Расчет и проектирование стартера

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАРТЕРА



1. Электромагнитный расчет стартера

1.1 Расчет сопротивлений участков стартерной цепи

При передаче мощности от электростартера к коленвалу ДВС часть ее теряется в редукторе, образованным шестерней стартера и зубчатым венцом маховика, поэтому необходимо увеличивать мощность стартера на величину потерь, которые составляют 8 - 10%:

Рст=(1,08-1,1)Рпуск=1,09*2,312=2,52 [л.с.]

Для дальнейшего расчета необходимо перевести мощность из л.с. в ватты, тогда электромагнитная мощность будет равна:

Рэ=Рст*736=2,52*736=1854,72 [Вт]

Находим сопротивление аккумуляторной батареи:

Rб=0,066Uб/Qб=(0,066*12,6)/55=0,01512 [Ом]

Uб - напряжение АБ, определяется из расчета 2,1В на банку,

Qб - номинальная ёмкость АБ (указана в задании).

Рассчитываем полное сопротивление стартерной цепи:

?R=/4Рмах=/(4*1854,72)=0,01721[Ом]

?Uщ - падение напряжения под щетками для 12 вольтовой системы равная 1,3В.

Находим ток при максимальной мощности:

Iрмах=(Еб-?Uщ)/2?R=(12,6-1,3)/(2*0,01721)=328,29[А]

Определяем ток короткого замыкания:

Iкз=(Еб-?Uщ)/?R=(12,6-1,3)/0,01721=656,595[А]

После этого находим сопротивление стартера:

Rст=?R-Rб-Rпр=0,01721-0,01512-0,002=0,00009 [Ом]

Сопротивление обмотки якоря:

Rа=(0,5ч0,60)Rст=0,5*0,00009=0,000045[Ом]

И обмотки возбуждения:

Rов=Rст-Rа=0,00009*0,000045=0,000045[Ом]

1.2 Определение основных размеров электродвигателя стартера

Для определения основных размеров стартерного электродвигателя необходимо сначала задаться по ГОСТ 3940-84 наружным диаметром стартера по таблице.

После чего диаметр якоря стартера определяется по формуле:

Dа=(Dнк-2д-2hj)/1,32=(11,5-2*0,05-0,7)/1,32=8,1[См]

д - величина воздушного зазора, которая принимается равной 0,5 мм

hj - толщина корпуса стартера (0,65ч0,8 см)

1.3 Расчёт обмотки якоря стартера

Для расчета параметров обмотки якоря необходимо задаться количеством пазов железа якоря, которое для простой волновой обмотки всегда должно быть нечётным.

Выбрав количество пазов находим количество активных проводников в обмотке якоря:

N=2Z*=2*29*1=58

- число витков в секции обмотки якоря.

Зная количество активных проводников, находим линейную нагрузку якоря по формуле:

A= = =374.32 [А/см]

Сечение провода обмотки якоря находим по формуле:

= = =9.6[]

- длина полувитка обмотки якоря в метрах,

N - количество активных проводников в обмотки якоря,

2а - число параллельных ветвей обмотки якоря.

Для простой волновой обмотки 2а=2

1/57 - удельное сопротивление меди (или, что тоже самое, 0,0175 Ом*м/),

Ra - сопротивление обмотки якоря

Длина полувитка обмотки якоря определяется по формуле:

=+1,4ф=8,1+1,4*6,36=0,17[м]

ф =(рDa)/2p=(3,14*8,1)/4=6,36 - полюсное деление электрической машины, а величина 1,4ф учитывает длину лобовых частей обмотки.

Длину пакета железа якоря определяем по формуле:

la=(0,6ч1,2)Da=1*8,1=8,1[см]

После определения сечения провода находим его размеры по ГОСТ 434-78 - для прямоугольного провода или по ГОСТ 787*78 для провода круглого сечения. Для получения оптимальных размеров паза необходимо выбирать прямоугольный провод с соотношением высоты (b) к толщине (a) в пределах 2,5ч4 мм.

Предварительно размеры паза якоря определяются с учетом пазовой изоляции, толщина которой составляет ?=0,2ч0,4 мм.

Размеры паза якоря для одновитковой секции находим по формулам:

hn=2b+3?=2*5,9+3*0,2=12,4;bn=a+2?=1,68+2*0,2=2,08 [мм]

1.4 Расчет магнитной цепи

Как уже было указано, габариты электрической машины в значительной мере зависят от частоты вращения, поэтому вначале необходимо найти частоту вращения якоря:

n=*i=50*20=1000

- минимальная пусковая частота вращения коленвала ДВС (50ч70 ), i=10ч20 - передаточное число от вала стартера к коленвалу ДВС.

Кроме того, расчет магнитной цепи стартера ведется по участкам, которых в стартерном электродвигателе шесть:

1. Воздушный зазор.

2. Зубцовый слой.

3. Тело якоря.

4. Полюса

5. Стык полюса и корпуса.

6. Корпус.

Воздушный зазор

Для расчета магнитной цепи необходимо сначала определить магнитный поток в воздушном зазоре:

Фд= = = 244138[Мкс]

a - число пар параллельных ветвей обмотки якоря

(для простой волновой обмотки 2а=2, а=1),

р - число пар полюсов (у стартеров 2р=4, р=2),

n - частота вращения якоря стартера

N - количество активных проводников обмотки якоря,

Еобр - противо-ЭДС обмотки якоря,

затем определяем магнитную индукцию в воздушном зазоре:

Вд===6242[Гс]

lд - длина воздушного зазора

bp - длина полюсной дуги

Длина воздушного зазора находится по формуле:

lд=la+(0,1ч0,2)=8,1+0,1=8,2 [см]

а длина полюсной дуги:

bp=aд*ф=0,75*6,36=4,77[см]

ад =0,72ч0,75 - коэффициент полюсного перекрытия.

Зубцовый слой

Предварительно минимальная ширина зубца якоря определяется по формуле:

bzmin= ==0,62[см]

Выполнив эскиз на милиметровке в масштабе 5:1, уточняем bzmin=0,31.

Зубцовое деление якоря (зубцовый шаг, шаг по пазам) находим по формуле:

tn= = = 0,88[см]

После этого определяем максимальную магнитную индукцию в зубцовом слое:

Bzmax= = =19931[Гс]

kc=0,9ч0,95 - коэффициент заполнения сталью.

Тело (спинка) якоря

Магнитную индукцию в теле якоря находим по формуле:

Ba= = =6441[Гс]

Высоту тела якоря находим из следующей зависимости:

ha= = = 2,6[см]

dв=0,25ч0,28

Полюс

Ширину полюса определяем исходя из рекомендованных таблицей значений магнитной индукции.

bт= = =2,29[см]

у=1,1ч1,2 - коэффициент рассеяния магнитного потока,

kc - коэффициент заполнения сталью. kc=1 т.к. полюс и корпус не шихтованные,

lm - длина полюса, lm=la.

Высота усика полюса полюса (полюсного наконечника) определяется исходя из магнитной индукции в нём, которая принимается равной Bp=20000Гс.

hp= = =0,43[см]

Стык полюса и корпуса

Магнитная индукция в стыке равна магнитной индукции в полюсе, поэтому применяем:

Bст=Вт=14500[Гс]

Корпус

Длина корпуса принимается равной двойной длине полюса:

lj=2lm=2*8,1=16,2[см]

а магнитная индукция в корпусе рассчитывается по формуле:

Bj= = =13157[Гс]

1.5. Расчет намагничивающей силы (Н.С.)

Основная задача этой части расчета заключается в определении суммарной намагничивающей силы всех участков магнитной цепи, что позволит в дальнейшем определить параметры обмотки возбуждения стартера.

Намагничивающая сила воздушного зазора

AWд=2*0.8*Bд*д=2*0.8*6242*0.05=499.36[A]

Намагничивающая сила зубцового слоя

AWz=awz*2hz=250*2*1,24=620[A]

awz- удельная намагничивающая сила зубцового слоя, которая определяются по кривой намагничивания по значению магнитной индукции Bz для электротехнической стали Э-11.

Намагничивающая сила тела (спинки) якоря

Для определения намагничивающей силы тела якоря необходимо сначала определить среднюю длину магнитной силовой линии этого участка по формуле:

La= +ha= +2,6=4,97[см]

после чего рассчитываем Н.С. тела якоря:

AWa=awa*La=1,5*4,97=7,46[А]

awa- удельная намагничивающая сила тела якоря, определяется по кривой намагничивания для электротехнической стали Э-11.

Намагничивающая сила полюса

AWm=awm*2h=34*2*1,2=81,6[A]

awm - удельная намагничивающая сила полюса, определяется по кривой намагничивания стали Ст10.

Намагничивающая сила стыка полюса с корпусом

Величина стыка полюса с корпусом принимается равной дcm=0,05мм.

а магнитная индукция в стыке равна магнитной индукции полюса, тогда:

AWcm=2*0,8*Bm*дcm=2*0,8*14500*0,005=116[A]

Намагничивающая сила корпуса

Средняя длина магнитной силовой линии корпуса определяется по формуле:

Lj= +hj= +0,7=6,51[см]

AWj=awj*lj=24,5*6,51=159,5[А]

awj - удельная намагничивающая сила корпуса, определяется по кривой намагничивания для стали Ст 10.

После расчета Н.С. для каждого из участков магнитной цепи стартерного электродвигателя можно рассчитать суммарную Н.С. без учета реакции якоря.

?AWo=AWд+AWz+AWa+AWm+AWcm+AWj=499,36+620+7,46+81,6+116+159,5=1512[A]

1.6 Расчет характеристики холостого хода (Х.Х.) стартера

После определения суммарной Н.С., полученной для режима максимальной мощности, необходимо построить характеристику Х.Х. стартера, которая в дальнейшем потребуется для расчета рабочих характеристик стартерного электродвигателя. Для этого задаемся десятью значениями магнитной индукции в воздушном зазоре Bд, а именно: 1000, 2000, 3000 ... 10000Гс и производим для каждого значения Вд расчёт Н.С. всех шести участков магнитной цепи и суммарной Н.С. стартерного электродвигателя по методике, изложенной выше. Результаты расчётов заносим в таблицу:

Bд	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7000	8000	9000	10000
AWд=0,8*Bд	80	160	240	320	400	480	560	640	720	800
Bz=kz*Bд awz(стальЭ11) AWz=2hz*awz	3190 1 2,48	6380 1,5 3,72	9570 4,75 11,78	12760 7,5 18,8	15950 25 62	19140 137,5 341	22330 1037,5 2573	25520 --	28710 --	31900 --
Ba=ka*Bд awa(стальЭ11) AWa=La*awa	1030 0,5 1,19	2060 0,9 2,13	3090 1 2,37	4120 1,1 2,61	5150 1,2 2,84	6180 1,3 3,08	7210 1,9 4,5	--	--	--
Bm=km*Bд awm(сталь10) AWm=2hm*awm	2320 3,6 8,64	4640 5,6 13,44	6960 7,8 18,72	9280 11,2 26,88	11600 17,8 42,72	13920 29,6 71,04	16240 52 124,8	--	--	--
AWcm=0,008Bm	20,48	40,96	61,44	81,92	102,4	122,88	143,36	--	--	--
Bj=kj*Bд awj(сталь10) AWj=Lj*awj	2100 3,5 22,79	4200 5,2 33,85	6300 6,8 44,27	8400 9,6 62,5	10500 14 91,14	12600 22 143,22	14700 34 221,34	--	--	--
?AW	135,58	254,1	378,58	512,71	701,1	1161,22	3667,5	--	--	--

1.7 Расчет обмотки возбуждения

При расчете обмотки возбуждения необходимо учитывать размагничивающее действие реакции якоря, для компенсации которой необходимо на 25 - 40% увеличить количество витков обмотки возбуждения.

Таким образом Н.С. обмотки возбуждения с учетом реакции якоря будет равна

AW=(1,25ч1,4)AWo=1.3*1512=1965,6[А]

а количество витков катушки обмотки возбуждения будет зависеть от принятой схемы соединения катушек: выбираем попарно-параллельное.

wов=2AW/Ipmax=(2*1965.6)/328,29=12

Сечение провода обмотки возбуждения определяется по формуле:

qов= = = 2,3[]

2а=2 - число число параллельных ветвей обмотки возбуждения,

lср - средняя длина витка катушки обмотки возбуждения, которая находится по формуле:

lср=2[lm+(8ч10мм)+bm+(8ч10мм)]=2(8,1+1+2,29+1)=0,2478[м]

Определив сечение провода ОВ необходимо подобрать его размеры по Гост 434-78. стартер ток электродвигатель магнитный

hов= = =0,52[см]

Dj - диаметр расточки корпуса

Dкат - внутренний диаметр катушки ОВ

Dj=Dнк-2hj=11.5-2*0,7=10.1

Dкат=Da+2д+2hp=8,1+2*0,05+2*0,43=9,06

Тогда высота провода ОВ будет равна:

bпр=hов-2?из=5,2-2*1=3,2[мм]

?из - толщина наружной изоляции катушки, равная 1мм.

Толщина провода будет равна:

апр= = =0,72[мм]

Находим толщину катушки по формуле:

bк=апр*wов+?'из(wов-1)+2?из=0,072*12+0,02(12-1)+2*0,02=1,124[см]

?'из - толщина межвитковой изоляции: принимается равной 0,2мм.

Ширина окна под катушку определяется по формуле:

bок=(рDкат/4p)-bm/2-dшп/2-Кз=(3,14*9,06/8)-2,29/2-0,5/2-0,4=1,76[см]

dшп - диаметр стяжного болта(шпилька), принимается равным 5ч8 мм

Кз - коэффициент запаса принимается равным 4чмм.

1.8 Расчет коллектора и щеток

Диаметр коллектора находим по формуле:

Dк=(0,72ч0,75)Da=0,75*8,1=6,075[см]

Шаг по коллектору будет равен:

tк= = =0,66[см]

К - число ламелей коллектора. Для простой волновой обмотки K = Z/

Для обеспечения хорошей коммутации необходимо, чтобы ширина щетки не превышала двойного шага по коллектору, т.е.:

bщ?2tк > 2*0,66?1,3[см]

Площадь щетки находим из зависимости:

Sщ= = =2,34[]

?Iщ - допустимая плотность тока под щеткой, принимается равной 60ч100 А/,

nщ - количество щеток в ряду.

Проверяем размеры щеток и если длина щетки окажется более 30 мм, необходимо установить в ряд по 2 щетки. Длина коллектора будет равна:

lк=lщ*nщ+2дщ*nщ+(4ч6)*(nщ-1)+2(4ч8)=1,8*1+2*0,1*1+0,4*(1-1)+2*0,4=2,8[см]

дщ - толщина стенок щеткодержателя, принимается равной 0,8ч1 мм.

1.9 Расчет рабочих характеристик стартера

Рабочие характеристики стартера изображаются графически и представляют собой функции мощности, частоты вращения якоря и крутящего момента в зависимости от силы тока, проходящего по обмоткам стартерного электродвигателя:

P=f(I),

n=f(I),

M=f(I),

поэтому для расчета рабочих характеристик необходимо задаться несколькими значениями тока.

Для расчета и построения рабочих характеристик удобно использовать четыре значения тока:

=0,25*Iкз=0,25*656,595=164,15[А]

=0,5*Iкз=0,5*656,595=328,3[А]

=0,75*Iкз=0,75*656,595=492,45[А]

=Iкз=656,595[А]

Определяем противо-ЭДС для соответствующего значения силы ток:

=Еб-?Uщ-?R=12,6-1,3-164,15*0,01721=8,47[В]

=Еб-?Uщ-?R=12,6-1,3-328,3*0,01721=56,5[В]

=Еб-?Uщ-?R=12,6-1,3-492,45*0,01721=2,82[В]

=0 т.к. якорь в режиме полного торможения не вращается

Рассчитываем мощность для каждого значения:

=*=8,47*164,15=1390,35[Вт]

=*=5,65*328,3=1854,9[Вт]

=*=2,82*492,45=1388,71[Вт]

=0 поскольку =0

Воспользовавшись графиком холостого хода определяем для каждого из четырех значений тока магнитную индукцию в воздушном зазоре (Bд).

После чего можно рассчитать величину магнитного потока в воздушном зазоре:

Ф=Sд*B=39,1*1232,36=48185,276[Мкс]

Ф=Sд*B=39,1*2603,92=101813,272[Мкс]

Ф=Sд*B=39,1*3868,76=151268,516[Мкс]

Ф=Sд*B=39,1*4828,92=188810,772[Мкс]

Частота вращения якоря и величина крутящего момента также рассчитываются для четырёх точек рабочей характеристики:

= = =9092[]

= = =28703,66[]

= = =964,26[]

=0 (режим полного торможения)

Величину крутящего момента на валу стартера определяется по формулам:

= = =0,1488[кгм]

= = =0,0629[кгм]

= = =1,4014[кгм]

Размещено на Allbest.ru

...