Расчет машины постоянного тока

Расчет машины постоянного тока

Задание

Рассчитать двигатель постоянного тока со следующими данными:

Номинальная мощность: кВт

Номинальное напряжение сети: В

Номинальная частота вращения: об/с

Высота оси вращения: м

КПД:

Возбуждение параллельное без стабилизирующей обмотки;

Исполнение по степени защиты IP22, по способу охлаждения - самовентиляция (IС01);

Режим работы - продолжительный;

Изоляция класса нагревостойкости В.

Конструкция двигателя должна соответствовать требованиям ГОСТ на установочные размеры и размеры выступающего конца вала, а также общим техническим требованиям на машины электрические (ГОСТ 183). За основу конструкции принимается машина постоянного тока серии 2П.

1. Главные размеры машины

.1 Выбор главных размеров

Предварительное значение КПД двигателя .

Ток двигателя (предварительное значение)

А (1.2)

Ток якоря

А

где  по таблице 1.1 (1.3)

В таблице 1.1 приводиться значения коэффицентов для нахождение тока и ЭДС

Таблица 1.1

Значение коэффицентов при нахождение тока и ЭДС

Электромагнитная мощность

 (1.4)

Вт (или берем в процентах)

Диаметр якоря выбираем по таблице 1.2 D=0.11м (1.5)

Таблица 1.2

Диаметр якоря и внутренний диаметр машин серий 2П

Выбираем линейные нагрузки якоря в соответствии с рисунком 1.1,  А/м (1.6)

Рисунок 1.1 Зависимость линейной нагрукий от диаметра якоря

Индукция в воздушном зазоре в соответствии с рисунком 1.2

Рисунок 1.2 Зависимость в воздушном зазоре от диаметра якоря

Тл (1.7)

Расчетный коэффицент полюсной дуги в соответствии с рисунком 1.3

Рисунок 1.3 Зависимость расчетного коэффицента полюсной дуги от диаметря якоря

α_δ=0,59 (1.8)

Расчетная длина якоря

м (1.9)

Число полюсов принимаем

р=4 (1.10)

Полюсное деление

м (1.11)

Расчетная ширина полюсного наконечника

м (1.12)

Действительная ширина полюсного наконечника при эксцентричном зазоре

м (1.13)

.2 Параметры обмотки якоря

Ток параллельной ветви

А (1.14)

Выбираем простую волновую обмотку 2а=2 (1.15)

Предварительное общее число эффективных проводников

 (1.16)

Крайние пределы чисел пазов якоря с использованием

Принимаем ;

м (1.17)

Число эффективных проводников в пазу

 (1.18)

Принимаем целое четное число , тогда

Выбираем паз полузакрытой овальной формы с параллельными сторонами зубца.

Число коллекторных пластин К для различных значении  выбираем сравнивая три варианта

Поскольку напряжение между двумя соседними пластинами  должно быть в пределах 15…16В, принимаем вариант 3; в этом случае обмотка имеет целое число витков секции  число коллекторных пластин , число эффективных проводников в пазу , число секции в обмотке якоря .

Поскольку напряжении между двумя соседними (пластинами) коллекторными пластинами.  должно быть в пределах не превышающих 15…16В, принимает вариант1; в этом случае обмотка имеет целое число винтов секции , число коллекторных пластин , число пазу , число секции в обмотке якоря

  (1.19)

Уточняем линейную нагрузку

А/м² (1.20)

Корректируем длину якоря

м (1.21)

Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах

м (1.22)

Окружная скорость коллектора

м/с (1.23)

Коллекторное деление

м (1.24)

Полный ток паза

А (1.25)

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря

А/м²(1.26)

где - предварительно выбираем в соответствии с рисунком 1.4

На рисунке 1.4 представлена зависимость произведение AJ от диаметра якоря

Рисунок 1.4 Зависимость произведение  от диаметра якоря

Предварительное значение эффективного проводника

м²

Принимаем высыпную обмотку с круглыми проводниками и числом проводников равным двум, марка провода ПЭТВ по приложению А Диаметр неизолированного провода ^-3м диаметр изолированного провода dизм, сечение провода м сечение эффективного проводника обмотки якоря

м² (1.27)

1.3 Коллектор и щеточный аппарат

Ширина нейтральной зоны

м (1.28)

Принимаем ширину щетки равной

м

по приложению Б выбираем стандартные размеры щетки

 (1.29)

Поверхность соприкосновения щеток коллектора

 (1.30)

При допустимой плотности тока выбираем по приложению В

Принимаем  число щеток на болт

(1.31)

Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором

  (1.32)

Плотность тока под щетками

А/м² (1.33)

Активная длина коллектора

м (1.34)

Сечение полузакрытого паза (за вычетом сечения пазовой изоляции и пазового клина) при предварительного принятом коэффициенте заполнения паза

 (1.35)

.4 Расчет геометрий зубцовой зоны

Высота паза  соответствии с рисунком 1.5 (1.36)

Рисунок 1.5 Зависимость высоты паза от диаметры якоря

Высота шлица паза ,

 (1.37)

- допустимое значение индукции в стали зубца по таблице 1.3 при частоте перемагничивания стали зубца

Таблица 1.3

Значения магнитной индукция в зависимости от частоты перемагничивания

- коэффициент заполнения магнитопровода якоря сталью

Большой радиус

м (1.38)

Меньший радиус

м (1.39)

Расстояние между центрами радиусов

 (1.40)

Минимальное сечение зубцов якоря

 (1.41)

Предварительное значение ЭДС

В (1.42)

где  по предыдущей таблице 1.1

В таблице 1.1 приводиться значения коэффицентов для нахождение тока и ЭДС

Предварительное значение магнитного потока на полюс

Вб (1.43)

Для магнитопровода якоря принимаем сталь 2312

Индукция в сечении зубцов

 (1.44)

Длина лобовой части витка

 (1.45)

Средняя длина витка обмотки якоря

 (1.46)

Полная длина обмотки якоря

 (1.47)

Сопротивление обмотки якоря при

 (1.48)

Сопротивление обмотки якоря при

Ом (1.49)

Масса меди обмотки якоря

кг (1.50)

Расчет шагов обмотки

а) шаг по коллектору и результирующий шаг

б) первый частичный шаг

в) второй частичный шаг

 (1.51)

двигатель постоянный обмотка возбуждение

2. Расчетная магнитная системы машины, расчет обмоток возбуждения потери и КПД

.1 Расчетная магнитная система

Предварительное значение внутреннего диаметра якоря и диаметра вала

cм

где ;  об/мин.

По предыдущей таблице принимаем м  (2.1)

Высота спинки якоря соответствии с рисунком 2.1

Рисунок 2.1 Размеры полузакрытых пазов овальной формы

 (2.2)

Принимаем для сердечников главных полюсов сталь марки 3411 толщиной 0,5 мм.

Коэфицент рассеяния , длину сердечника м, коэффициент заполнения сталью приводиться значения коэффицентов в таблице 2.1 , ширину выступа полюсного наконечника

Таблица 2.1

Коэффициент заполнения пакета сталью

м. (2.3)

Рисунок 2.2. Ширина сердечника главного полюса

м. (2.4)

Индукция в сердечнике главного полюса

Тл. (2.5)

Сечение станины

м²

где -Тл (2.6)

Длина станины

м (2.7)

Высота станины

м (2.8)

Внешний диаметр станины

м (2.9)

Внутренний диаметр станины

 (2.10)

Высота главного полюса

 (2.11)

Сечение воздушного зазора

 (2.12)

Длина стали якоря

м (2.13)

Минимальное сечение зубцов якоря

м² (2.14)

Сечение спинки якоря

 (2.15)

Сечение сердечники главного полюса

 (2.16)

Сечение станины

 (2.17)

Воздушный зазор соответствии с рисунком 2.3

Рисунок 2.3.Зависимость длины воздушного зазора от диаметра якоря

м (2.18)

Коэффициент воздушного зазора учитывающим наличие пазов на якоре

 (2.19)

Расчетная длина воздушного зазора

м (2.20)

Длина магнитной линий в зубцах якоря

м (2.21)

Длина магнитной линий в спинке якоря

м (2.22)

Длина магнитной линий в сердечнике главного полюса

м (2.23)

Воздушный зазор между главным полюсам и станиной.

м (2.24)

Длина магнитной линий в станине

м (2.25)

Индукция в воздушном зазоре

  (2.26)

Индукция в сечение зубцов якоря

  (2.27)

Индукция в спинке якоря

 (2.28)

Индукция в сердечнике главного полюса

. (2.29)

Для стали 3411 допустимое значение Тл.

Индукция в станине

 (2.30)

Индукция в воздушном зазоре между главным полюсом

 Тл  (2.31)

Магнитные напряжение воздушного зазора

А (2.32)

Коэффициент вытеснения потока

 (2.33)

Магнитные напряжение зубцов якоря

А (2.34)

 определяется по приложению Б

Магнитные напряжения ярма якоря где  по предыдущей приложениий Б

 (2.35)

Магнитное напряжение сердечника главного полюса (сталь марки 3411)

А (2.36)

А/м по приложению В

Магнитное напряжение станины (массивная сталь марки СТ3)

где А/м по приложению В  (2.37)

Магнитная напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной.

А (2.38)

Суммарная МДС на полюс

 (2.39)

МДС переходной характеристики

 (2.40)

Ширина зоны по коммутации

м (2.41)

Отношение  что удовлетворяет условию

 (2.42)

Коэффициент магнитной проводимости паза

Где

м/с - скорость якоря;  (2.43)

Реактивная ЭДС

 (2.44)

Расчетная длина воздушного зазора под добавочным полюсам

м

где -  (2.46)

Средняя индукция в воздушном зазоре под добавочным полюсам

Тл (2.47)

где  принимаем для обеспечение несколько ускоренной коммутаций.

Расчетная ширина наконечника добавочного полюса согласно и на основании предварительных расчетов

м (2.48)

Действительную ширину наконечника добавочного полюса принимаем в пределах в

=8.235·10^-3м (2.49)

Магнитный поток добавочного полюса в воздушном зазоре

Вб (2.50)

Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса. Принимаем коэффициент рассеяния добавочного полюса

Вб (2.51)

Сечение сердечника добавочного полюса

 (2.52)

Сечение сердечника  сечения сердечника добавочного полюса

Расчетная индукция в сердечнике добавочного полюса

Тл (2.53)

Высота добавочного полюса

  (2.54)

В таблице 2.2 приводится расчет МДС обмотки добавочных полюсов

Таблица 2.2

Расчет МДС обмотки добавочных полюсов

Магнитная индукция в ярме на участке согласного потока добавочных полюсов на участке встречного направления главного потока добавочных полюсов      

Тл

Тл0,715

Напряженность магнитного поля на участке с индукций  на участке с индукцией  средняя напряженность магнитного поле в ярме

А/м

А/м

А/м120

Магнитный паток добавочных полюсов    Вб2,8836511·

Магнитная индукция в станине: на участке согласного направления магнитных потоков главного и добавочного полюсов. На участке навстречного направление магнитного потоков главного и добавочного  

Тл

Тл1,50215

Напряженность магнитного поля в станине: на участке с индукцией

на участке с индукцией

А/м

А/м

А/м2451

МДС обмотки добавочного полюса таблица2.1

 (2.55)

Число витков обмотки добавочного полюса на один полюс

 (2.56)

При токе  целесообразно принимать . Для многослойных обмоток принимаем выбираем согласно рекомендациям плотность тока

(2.57)

Предварительное сечение проводников

(2.58)

Принимаем проводник обмотки добавочных полюсов: круглый провод марки ПСД по предыдущей приложении 1 диаметром м диаметр изолированного провода , сечение провода

Выполняем эскиз катушки добавочного полюса и определяем предварительное значение ширины катушки

Средняя длина витка обмотки добавочного полюса

(2.59)

Где - .

Зазор между катушкой и сердечников принимаем м. (2.60)

Полная длина проводников обмотки

Lд=2lдcм (2.61)

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при температуре

Ом (2.62)

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при

Ом. (2.63)

Масса меди обмотки добавочных полюсов

кг (2.64)

.2 Расчет параллельной обмотки возбуждение

В таблице 2.3 приводится Расчетная величины при нахождений коэфицента влияние на реакцию якоря

Таблица 2.3

Расчетная величины при нахождений коэфицента влияние на реакцию якоря

Расчетная величина           Расчетная формула         Ед. величины      05Ф0,75Ф

0,9Ф

1Ф

1,1Ф

1,15Ф

График 2.1 Влияние воздействия на реакцию якоря:

Переходная характеристика (1) и характеристика холостого хода машины (2)

Размагничивающее действие реакции якоря определяют по переходной характеристике согласно таблице 2.3 и по графику 2.1

 (2.65)

Необходимая МДС параллельной обмотки

A (2.66)

Принимаем предварительное ширину катушки обмотки параллельного возбуждения  тогда средняя длина обмотки по

 (2.68)

где -односторонни зазор между катушками и полюсов

Сечение меди параллельной обмотки

где а - число параллельных ветвей обмотки параллельного возбуждения принимаем ;  коэффициент запаса  для

Принимаем по предыдущей таблице 1.2 круглый провод ПЭТВ. диаметр неизолированного провода м, . Сечение провода  (2.68)

Принимаем номинальную плотность тока (для машины со степенью защиты )

 (2.69)

Число витков на полюс

 (2.70)

Определяем номинальный ток возбуждения

 (2.71)

Плотность тока обмотке

 (2.72)

Полная длина обмотки

 (2.73)

Сопротивления обмотки возбуждения при температуре

Ом. (2.74)

Сопротивления Обмотки возбуждения при температуре

Ом (2.75)

Масса меди обмотки возбуждения

кг (2.76)

2.3 Потери и КПД

Электрические потери в обмотке якоря при температуре 75⁰С.

Вт (2.77)

Электрические потери в обмотке добавочных полюсов

Вт (2.78)

Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения

 Вт (2.79)

Электрические потери в переходном контакты щеток

 Вт

где  для марки щеток ЭГ-61 по приложении Г (2.80)

Потери на трения щеток коллектор

Вт (2.81)

где - давление на щетку, для щетки марки ЭГ-61

Па; - коэффициент трения щетки.

Потери на подшипниках и на вентиляцию определяет соответствии с рисунком 2.4

Рисунок 2.4 Потери на вентиляцу и трение подшипниках

 (2.82)

Масса стали ярма якоря

 (2.83)

Условия масса стали зубцов якоря

 (2.84)

Магнитные потери в ярме якоря

Вт (2.85)

Магнитны потери в зубцах якоря

 (2.86)

Добавочные потери

 (2.87)

Сумма потерь

 (2.88)

Потребляемая мощность

 (2.89)

Коэффициент полезного действия

 (2.90)

Приложения А

Диаметр и площади поперечного сечение круглых медных эмалированных провадов марок ПЭТВ и ПЭТ-155

Приложение Б

Шкала размеров электрощеток (в миллиметрах),

Приложение В

Рекомендуемые расчетные параметры и условна работы щеток для электрических машин общего назначения

Примечания: 1. При работе электрических машин в условиях повышенной вибрации и больших частот вращения коллектора (свыше 1500 об/мин) давление на щетку может быть повышено до 50 кПа.

Плотность тока щетки должна выбираться в зависимости от частоты вращения коллектора и условий коммутации каждого конкретного типа электрической машины. Коэффициент трения щеток о коллектор принимается равным 0,25 для всех марок щеток

Приложение Г

Основная кривая намагничивания (стали 2212,2214 и 2312)

Приложение Д

Кривая намагничивание для полюсов (сталь 3411)

Приложение Е

Литая сталь, толстые листы (ст3), поковки