Двигатель постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО ЯРОСЛАВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра Электрификации

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНОГО ФАКУЛЬТЕТА

Ярославль

2009 г.



Составитель: профессор кафедры Электрификации ФГБОУ ВПО ЯГСХА, д.т.н. В.В. Шмигель

Набор осуществлен старшим лаборантом кафедры «Механизации сельского хозяйства» И.В. Рыбиной

Методические указания к выполнению контрольной работы разработаны в соответствии с программой курса «Электрические машины» для студентов электротехнических инженерных специальностей сельскохозяйственных высших учебных заведений.

Методические указания к контрольной работе по курсу «Электрические машины» рассмотрены на заседании кафедры физики и электротехники Ярославской ГСХА 30 апреля 2009 г. протокол № 7 и рекомендованы к внедрению в учебный процесс.

Рецензенты:

доцент кафедры «Электропривода и электротехнологии» Костромской ГСХА к.т.н., Ф. А. Новожилов;

профессор кафедры «Информатики» Ярославской ГСХА» к.т.н., Г.К. Файнгольд.

Методические указания к контрольной работе по курсу «Электрические машины» рекомендованы к публикации и использованию в учебном процессе учебно-методическим советом инженерного факультета ФГОУ ВПО ЯГСХА _5_мая_ 2009 г. протокол №_5.

Макет методических указаний к контрольной работе по курсу «Электрические машины» является собственностью ФГОУ ВПО ЯГСХА. Тиражирование сборника возможно только с разрешения владельца макета. При цитировании обязательна ссылка на источник.



1. Пример расчета двигателя постоянного тока

Задание на проект и исходные данные

Рассчитать и разработать конструкцию двигателя постоянного тока со следующими данными. Мощность = 7,5 кВт. Номинальное напряжение сети = 220 В. Номинальная частота вращения = 1500 об/мин. Высота оси вращения h = 160* м. Возбуждение параллельное: а) без стабилизирующей обмотки; б) со стабилизирующей обмоткой. Исполнение по степени защиты IP22, по способу охлаждения - самовентиляция (IC01). Режим работы - двигательный. Изоляция класса нагревостойкости В.

Конструкция двигателя должна соответствовать требованиям ГОСТ на установочные размеры и размеры выступающего конца вала (ГОСТ 13267-73), а также общим техническим требованиям на машины электрические (ГОСТ 183-74). За основу конструкции принимается машина постоянного тока серии П или 2П.

Дополнительное требование: рассчитать и сравнить рабочие характеристики двигателя без стабилизирующей обмотки и со стабилизирующей обмоткой.

Выбор главных размеров.

Предварительное значение КПД электродвигателя выбираем по рис.1: з = 84%.

Рис. 1 - Зависимость КПД от мощности

Ток электродвигателя (предварительное значение)

Ток якоря, принимая ток в шунтовой обмотке согласно табл. 1 равным около 0,025I = 0,975*40,5 = 39,6 А

Таблица 1 - Значение коэффициентов , ,

Мощность машины, кВт.
До 1 1-100 10-100 100-1000	1,4-1,15 1,2-1,1 1,15-1,06 1,06-1,03	0,65-0,85 0,82-0,95 0,85-0,97 0,93-0,98	0,2-0,08 0,1-0,025 0,035-0,02 0,02-0,005

Электромагнитная мощность:

Диаметр якоря:

D=h=0,156 м.

Выбираем линейную нагрузку якоря по рис. 2: А/м.

Рис. 2 - Зависимость линейной нагрузки от диаметра якоря

Индукция в воздушном зазоре по рис. 3: =0,65 Тл.

Расчетный коэффициент полюсной дуги по рис. 4 =0,64.



Рис. 3 - Зависимость индукции в воздушном зазоре от диаметра якоря

Рис. 4 - Зависимость

Расчетная длина якоря:

При отсутствии радиальных вентиляционных каналов равен полной длине сердечника якоря:

Отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру:

Число полюсов по рис 5: 2p=4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 - Зависимость числа полюсов диаметра якоря



Полюсное деление:

ф =

Расчетная ширина полюсного наконечника:

Действительная ширина полюсного наконечника при эксцентричном зазоре равна расчетной ширине:

Выбор обмотки якоря

Ток параллельной ветви:

Выбираем простую волновую обмотку с числом параллельных ветвей 2б=2.

Предварительное общее число эффективных проводников:

N=.

Крайние пределы чисел пазов якоря с использованием:

Принимаем:

Z=29; t==16,9*10-3 м.

Число эффективных проводников в пазу:

Принимаем: =18, тогда N =NпZ = 18*29 = 522.

Выбираем паз полузакрытой овальной формы с параллельными сторонами зубца.

Число коллекторных пластин K для различных значений выбираем, сравнивая три варианта:

№ п/п		К=
1	1	29	9	30,4
2	2	58	4,5	15,2
3	3	87	3	10,1

Поскольку должно быть в пределах 15-16 В, принимаем вариант 3, обеспечивающий обмотку с целым числом витков в секции

Тогда число коллекторных пластин К=87, число эффективных проводников в пазу Nп = 18, число витков в обмотке якоря

Уточняем линейную нагрузку:

Корректируем длину якоря:

Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах:

По таблице предпочтительного ряда чисел для диаметра коллектора принимаем:

Окружная скорость коллектора:

Коллекторное деление:

Полный ток паза:

Предварительное значение плотности в обмотке якоря:

,

где принимаем предварительно по рис.2

Предварительное сечение эффективного провода:

Принимаем два параллельных проводника марки ПЭТВ: по ГОСТ диаметр голого провода 1,2*10-3 м; диаметр изолированного провода 1,405*10-3 м; сечение эффективного проводника 2*1,368*10-6 = 2,736*10-6 м.

2. Расчет геометрии зубцовой зоны

Сечение полузакрытого паза (за вычетом сечения пазовой изоляции и пазового клина) при предварительно принятом коэффициенте заполнения кз=0,72

Высота паза (предварительно по рис. 6) .

Высота шлица паза ширина шлица

.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6 - Зависимость высоты паза от диаметра якоря

Ширина зубца:



где - допустимое значение индукции в стали зубца по табл.2.

Таблица 2 - Значение магнитной индукции в зубцах якорей с овальными пазами

Исполнение двигателя	Магнитная индукция Вz, Тл, при частоте перемагничивания, Гц.
	100	75	50	25 и ниже
IP22, IC01, IC17, IP44, IC37 IP44, IC0141 IP44, IC0041	1,65-0,85 1,4-1,6 1,3-1,5	1,75-1,95 1,5-1,7 1,3-1,6	1,85-2,05 1,55-1,75 1,5-1,7	1,9-2,1 1,6-1,8 1,55-1,75

Больший радиус:

Меньший радиус:

принимаем 2,5* м.

Расстояние между центрами радиусов:

Минимальное сечение зубцов якоря по табл. 3.

,

где - коэффициент заполнения магнитопровода якоря сталью по табл. 4.



Таблица 3 - Данные для расчета магнитной цепи

Участок магнитной цепи	Расчетная длина участка, м	Площадь сечения участка, м2	Магнитный поток при номинальном режиме	Индукция в сечении участка
Воздушный зазор под главным полюсом
Зубцы якоря овальной формы (рис. 10)
Зубцы якоря прямоугольной формы(рис.7,рис.8.)
Ярмо якоря
Зубцы наконечника главного полюса (рис. 9) с компенсационной обмоткой
Сердечник главного полюса (рис. 9)
Зазор между главным полюсом и станиной
Станина



Рис. 7 - Открытые пазы с параллельными стенками при креплении обмоток клиньями

Рис. 8 - Открытые пазы с параллельными стенками при креплении обмоток бандажом

Рис. 9 - Пазы компенсационной обмотки



Таблица 4 - Рекомендуемые марки холоднокатаной изотропной электротехнической стали, способы изолировки листов и коэффициент заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора асинхронных двигателей

h ,мм	U, в	Марка стали	статор	Короткозамкнутый ротор	Фазный ротор
			Способ изолировки листов		Способ изолировки листов		Способ изолировки листов
50-250 280-355 400-560	?660 ?660 6000	2013 2312 2411	оксидирование лакировка лакировка	0,97 0,95 0,95	оксидирование оксидная пленка лакировка	0,97 0,97 0,95	- лакировка лакировка	- 0,95 0,95

Предварительное значение ЭДС:

где - по табл. 1.

Предварительное значение магнитного потока на полюс:

Принимаем предварительное значение Вб.

Для магнитопровода якоря принимаем сталь марки 2312. Индукция в сечении зубцов:

Расчетом сечения пазовой изоляции согласно спецификации табл.5 для заданного класса нагревостойкости изоляции В и выбранной форме паза уточняем коэффициент заполнения паза:



Таблица 5 - Изоляция обмотки якоря двигателей постоянного тока (пазы овальные полузакрытые; обмотка двухслойная всыпная из круглого эмалированного провода; напряжение до 600 В)

Высота оси вращения h, мм	Позиция	Материал	Число слоев	Односторонняя толщина изоляции, мм
		Наименование	Толщина, мм
		класс В	класс F	класс Н
Пленкостеклопласт
80-112	1 2	изофлекс»	имидофлекс»	0,35 0,35	1 1	0,35 0,35
Пленкостеклопласт
132-200	1 2	изофлекс»	имидофлекс»	0,25 0,25	2 2	0,5 0,5

Примечание. Прокладку между катушками в лобовых частях обмотки выполняют из изофлекса.

3. Расчет обмотки якоря

Длина лобовой части витка:

Средняя длина витка обмотки якоря:

Полная длина проводников обмотки якоря с использованием п. 20.

Сопротивление обмотки якоря при х=20

Сопротивление обмотки якоря при х=75(см. табл. 6)



Таблица 6 - Удельное электрическое сопротивление материала проводников обмотки

Тип обмотки	материал	Удельное электрическое сопротивление, Ом·м, при температуре,
		20	75	115
Обмотки из медных проводников или неизолированной шинной меди	Медь
Короткозамкнутые роторы асинхронных двигателей	Алюминиевые шины Алюминий литой

Масса меди обмотки якоря:

Расчет шагов обмотки:

а) шаг по коллектору и результирующий шаг

б) первый частичный шаг

в) второй частичный шаг;

4. Определение размера магнитной цепи

Предварительное значение внутреннего диаметра якоря и диаметра вала.

= =46* м.

Высота спинки якоря (см. рис. 10)

Рис. 10 - Полузакрытые пазы овальной формы с параллельными сторонами зубцов

Принимаем для сердечников главных полюсов сталь марки 3411 толщиной 0,5 мм., коэффициент рассеяния , длину сердечника , коэффициент заполнения сталью по табл.4 , ширину выступа полюсного наконечника ,

м.

Ширина сердечника главного полюса (см.рис.11)

Рис. 11 - Полюсной наконечник главного полюса

Индукция в сердечнике:



Сечение станины:

Длина станины:

Высота станины (см. табл.3.)

Наружный диаметр станины:

Внутренний диаметр станины:

Высота главного полюса (см. рис. 12)

где д - см. п. 64.

Рис. 12 - К определению высоты главного полюса

5. Расчетные сечения магнитной цепи

Сечение воздушного зазора (см. табл. 3.)

Длина стали якоря:



Минимальное сечение зубцов якоря (см. п. 35)

Сечение спинки якоря (см. табл. 3)

Сечение сердечника главного полюса (см. табл. 3)

Сечение станины (см. п. 52)

Средние длины магнитных линий

Воздушный зазор согласно рис. 13 принимаем д= м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13 - Предварительное определение воздушного зазора по диаметру якоря

Коэффициент воздушного зазора, учитывающий наличие пазов на якоре:

Расчетная длина воздушного зазора:

Зубцы якоря (табл. 3.):

Спинка якоря (табл. 7):



Таблица 7 - Мощности электродвигателей общего применения (степень защиты IP22)

Га ба рит
	Мощность, кВт, при частоте вращения, об/мин.
	600	750	1000	1500	3000	600	750	1000	1500	3000	750	1000	1500
11 12 21 22 31 32 41 42 51 52	- - - - - - - - - -	- - 0,2 0,3 0,45 0,7 1,0 1,5 2,2 3,2	0,13 0,20 0,30 0,45 0,70 1,00 1,50 2,20 3,20 4,50	0,30 0,45 0,70 1,00 1,50 2,20 3,20 4,50 6,00 8,00	0,7 1,0 1,5 2,2 3,2 4,5 6,0 8,0 - -	- - - - - - - - - -	- - 0,2 0,3 0,45 0,7 1,0 1,5 2,2 3,2	0,13 0,2 0,3 0,45 0,7 1,0 1,5 2,2 3,2 4,5	0,3 0,45 0,7 1,0 1,5 2,2 3,2 4,5 6,0 8,0	0,7 0,1 1,5 2,2 3,2 4,5 6,0 8,0 11,0 14,0 19,0	- - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - -
61 62 71 72 81 82 91 92 101 102 111 112	- - - - - - 19,0 25,0 32,0 42,0 55,0 -	4,5 6,0 8,0 11,0 14,0 19,0 25,0 32,0 42,0 55,0 - -	6,0 8,0 11,0 14,0 19,0 25,0 32,0 - 55,0 - - -	11,0 14,0 19,0 25,0 32,0 - - - - - - -	- - - - - - - - - - - -	- - - - - - 19,0 25,0 32,0 42,0 55,0 70,0	4,5 6,0 8,0 11,0 14,0 19,0 25,0 32,0 42,0 55,0 75,0 85,0	6,0 8,0 11,0 14,0 19,0 25,0 32,0 42,0 55,0 75,0 100,0 125,0	11,0 14,0 19,0 25,0 32,0 42,0 55,0 75,0 100,0 125,0 160,0 200,0	25,0 32,0 42,0 - - - - - - - - -	- - - - - - 22 32 42 55 75 85	- - - - 19 25 32 42 55 75 95 125	- - - - 32 42 55 75 100 125 160 180

Сердечник главного полюса:

м.

Воздушный зазор между главным полюсом и станиной:

Станина (табл. 3):

Индукция в расчетных сечениях магнитной цепи

Индукция в воздушном зазоре (табл. 3)

Индукция в сечении зубцового якоря (табл. 3)

где - по п. 37.

Индукция в спинке якоря (табл. 3)

Индукция в сердечнике главного полюса (табл. 3)

для стали 3411 допустимое значение

Индукция в воздушном зазоре между главным полюсом и станиной

Индукция в станине (по табл. 3)

Магнитное напряжение отдельных участков магнитной цепи (по табл. 3)

Магнитное напряжение возд4ушного зазора:

Коэффициент вытеснения потока:

Магнитное напряжение зубцового якоря:

определяют по таблице 8 для стали 2312.

Таблица 8 - Основная кривая намагничивания. Сталь 2211 и 2311

В, Тл	0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
	Н, А/м
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4	68 76 86 96 140 190 240 300 400 550 1000 1600 3400 7700 13400 19400 38800 65500 144000 224000 304000	69 77 87 99 145 195 246 310 410 580 1060 1750 3600 8200 14000 20000 41000 72500 152000 232000 312000	70 78 88 103 150 200 252 320 420 610 1120 1900 3800 8900 14600 21800 43200 80000 160000 240000 320000	71 79 89 108 155 205 258 330 430 650 1180 2050 4100 9400 15200 23700 45400 88000 168000 248000 328000	72 80 90 113 160 210 264 340 440 690 1240 2200 4400 10000 15800 25700 47600 96000 176000 256000 336000	73 81 91 118 165 215 270 350 460 730 1300 2350 4700 10600 16400 27800 49800 104000 184000 264000 344000	73 82 92 122 170 220 276 360 470 780 1360 2500 5300 11100 17000 30000 52000 112000 192000 272000 352000	74 83 93 126 175 225 282 370 480 830 1420 2700 5900 11700 17600 32200 54500 120000 200000 280000 360000	75 84 94 131 180 230 288 380 500 880 1480 2900 6500 12200 18200 34400 57500 128000 208000 288000 368000	75 85 95 135 185 235 294 390 520 940 1540 3100 7100 12800 18800 36600 60500 136000 216000 296000 376000

Магнитное напряжение ярма якоря:

Магнитное напряжение сердечника главного полюса (сталь 3411):

Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной.

Магнитное напряжение станины (массивная сталь Ст3):

Суммарная МДС на полюс:

МДС переходного слоя:

Аналогичным образом производим расчет для потоков, равных 0,5; 0,75; 1,1; 1,15 номинального значения. Результаты расчета сведены в табл. 9. Строим характеристику намагничивания (1) и переходную характеристику (2) (рис. 14).

Таблица 9 - Расчет характеристики намагничивания машины

№ п/п.	Расчетная величина	Расчетная формула	Единица величины
1.	ЭДС	E	B	104,1	156,5	187,5	208,3	229	240
2.	магнитный поток		Вб	0,4	0,6	0,72	0,8	0,88	0,92
3.	магнитная индукция в воздушном зазоре		Тл	0,326	0,488	0,586	0,652	0,716	0,75
4.	магнитное напряжение воздушного зазора		A	430	645	774	860	945	990
5.	магнитная индукция в зубцах якоря		Тл	0,86	1,29	1,55	1,72	1,89	1,98
6.	напряженность магнитного поля в зубцах якоря для стали 2312
7.	магнитное напряжение зубцов		A	4,7	13	59	224	472	753
8.	магнитная индукция в спинке якоря		Тл	0,472	0,71	0,85	0,945	1,04	1,09
9.	напряженность магнитного поля в спинке якоря
10.	магнитное напряжение ярма якоря		A	3,26	4,35	7,25	9,3	11,6	12,9
11.	магнитный поток главного полюса		Вб
12.	магнитная индукция в сердечнике главного полюса		Тл	0,498	0,745	0,895	0,995	1,09	1,14
13.	напряженность магнитного поля в сердечнике главного полюса для стали 3411			85	125	150	170	220	240
14.	магнитное напряжение сердечника главного полюса		A	4,85	7,1	8,55	9,7	12,5	13,7
15.	магнитная индукция в воздушном зазоре между главным полюсом и станиной		Тл	0,498	0,745	0,895	0,995	1,09	1,14
16.	магнитное напряжение воздушного зазора между станиной и главным полюсом		A	52	78	93,5	104	114	119
17.	магнитная индукция в станине		Тл	0,645	0,980	1,16	1,29	1,42	1,48
18.	напряженность магнитного поля в станине (для массивных станин)			530	898	1210	1550	2230	2710
19.	магнитное напряжение станины		A	65,2	111	149	191	275	335
20.	сумма магнитных напряжений всех участков магнитной цепи		A	560	859	1092	1398	1826	2224
21.	сумма магнитных напряжений участков переходного слоя		A	438	662	840	1093	1429	1756

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14 - Характеристика холостого хода (1) и переходная характеристика (2)

6. Расчет параллельной обмотки возбуждения

Размагничивающее действие реакции якоря определяем по переходной характеристике (рис.15)



Рис. 15 - Рабочие характеристики двигателя;

Необходимая МДС параллельной обмотки:

Принимаем ширину катушки параллельной обмотки м, тогда средняя длина витка обмотки:

Сечение меди параллельной обмотки:

где б- число параллельных ветвей обмотки параллельного возбуждения: принимаем б=1; - коэффициент запаса:

Принимаем по табл. 10. круглый провод ПЭТВ: по табл. 11. диаметр голого провода м, сечение провода

Таблица 10 - Размер проводов, марка провода и тип обмотки возбуждения

Сечение, м2	Марка провода	Тип обмотки
	ПЭТВ, ПЭТ-155, ПСД, ПСДК	Многослойная катушка; проводники круглого сечения
	ПЭТВП, ПЭТП-155, ПСД, ПСДК	Многослойная катушка; проводники прямоугольного сечения с отношением сторон 1,4-1,8
	Голая шинная медь	Однослойная по ширине катушка с намоткой меди на ребро

Таблица 11 - Диаметр и площади поперечного сечения круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ-155

Номинальный диаметр неизолированного провода, мм	Среднее значение диаметра изолированного провода, мм	Площадь поперечного сечения неизолированного провода, мм2
0,08 0,09 0,10 0,112 0,125 (0,132) 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 (0,19) 0,20 (0,212) 0,224 (0,236) 0,25 (0,265) 0,28 (0,30) 0,315 0,335 0,355 0,375 0,40 0,425 0,45 (0,475) 0,50 (0,53) 0,56 0,60 0,63 (0,67) 0,71 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,12 2,24 2,36 2,50	0,10 0,11 0,122 0,134 0,147 0,154 0,162 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,242 0,259 0,271 0,285 0,300 0,315 0,335 0,350 0,370 0,395 0,415 0,44 0,465 0,49 0,515 0,545 0,585 0,615 0,655 0,69 0,73 0,77 0,815 0,865 0,915 0,965 1,015 1,08 1,14 1,20 1,26 1,33 1,405 1,485 1,585 1,685 1,785 1,895 1,995 2,095 2,22 2,34 2,46 2,60	0,00502 0,00636 0,00785 0,00985 0,01227 0,01368 0,01539 0,01767 0,0201 0,0227 0,0255 0,0284 0,0314 0,0353 0,0394 0,0437 0,0491 0,0552 0,0616 0,0707 0,0779 0,0881 0,099 0,1104 0,1257 0,1419 0,1590 0,1772 0,1963 0,221 0,246 0,283 0,312 0,353 0,396 0,442 0,503 0,567 0,636 0,709 0,785 0,883 0,985 1,094 1,227 1,368 1,539 1,767 2,011 2,27 2,54 2,83 3,14 3,53 3,94 4,36 4,91

Примечания: Провода, размеры которых указаны в скобках, следует применять только в отдельных случаях при обосновании технико-экономической целесообразности.

Среднее значение диаметра изолированного провода вычислено с учетом расчетной сре6дней двусторонней толщины эмалевой изоляции, принимаемой как округленное среднее арифметическое из минимальной и максимальной толщины.

Номинальную плотность тока принимаем (для машин исполнения IP22)



Число витков на полюсе

Определяем номинальный ток возбуждения:

Плотность тока в обмотке:

Полная длина обмотки:

Сопротивление обмотки возбуждения при температуре U=20

Сопротивление обмотки возбуждения при температуре U=75

Масса меди параллельной обмотки (по п. 94)

Конструкция изоляции и крепления обмоток главных полюсов приведены в табл. 12, 13.

Таблица 12 - Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока (h=80200 мм; напряжение до 600 В; изоляция классов нагревостойкости B, F, H)

Позиция на рис.	Назначение	Материал	Число слоев
		Класс В	Класс F	Класс Н	Толщина, мм
1	Изоляция сердечника (напыление)	Эпоксидная смола	1,0	-
2	Изоляция катушки	Лакотканеслюдопласт	0,25	1
		ГИТ-ЛСБ-ЛСЛ	ГИП-ЛСП-ЛСЛ	ГИК-ЛСК-ЛСЛ
3	Изоляция катушки	Стеклянная лента ЛЭС	0,1	1-вполнахлеста
4	Рамка	СТ	СТЭФ	СТК	0,5	1

Таблица 13 - Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока (h=355500 мм; напряжение до 1000 В; изоляция классов нагревостойкости B, F, H)

Позиция на рис.	Назначение	материал	Число слоев
		Наименование, марка	Толщина, мм
		Класс В	Класс F	Класс Н
1	Изоляция катушки	Стеклянная лента ЛЭС	0,1	1 вполнахлеста
2	Каркас	Стеклолакоткань	3,5	1
		ГИТ-ЛСБ-ЛСЛ	ГИП-ЛСП-ЛСЛ	ГИК-ЛСК-ЛСЛ
3	Рамка	Сталь Ст3	2-3	1
4	Скоба	Сталь Ст3	8-12	1
5	Изоляция сердечника	Слюдопластофолий ИФГ-Б	Синтофолий Е	Синтофолий Н	0,15	7,5
6	Прокладка междувитковая	Асбестовая бумага	Фенилоновая бумага 0,2 мм	0,3	1
7	Изоляция катушки	Стеклослюдинитовая лента ЛС-ПЭ-934-ТП	Полиимидная пленка ПМ 0,05 мм	0,15	7
8	Хомут	Латунь Л62		2,0	1

7. Коллектор и щетки

Ширина нейтральной зоны:

Принимаем ширину щетки равной ; по табл. 14 выбираем стандартные размеры щетки:

Выбираем щетки марки ЭГ-14.



Таблица 14 - Шкала размеров электрощеток (в миллиметрах),

Тангенциальный размер bщ	Осевой размер
	5	6,3	8	10	12,5	16	20	25	32	40	50
4	10 12,5 - -	- 12,5 16 -	- - 16 20	- - 16 20	- - - 20	- - - 20	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -
5	- - - - -	12,5 16 - - -	- 16 20 25 -	- 16 20 25 -	- - 20 25 32	- - 20 25 32	- - - 25 32 40	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
6,3	- - - -	- - - -	20 25 - -	20 25 32 -	20 25 32 -	- 25 32 -	- 25 32 -	- - 32 40	- - 32 40	- - - -	- - - -
8	- - - - -	- - - - -	- - - - -	20 25 32 - -	- 25 32 - -	- 25 32 - -	- 25 32 - -	- 25 32 40 50	- - 32 40 50	- - - - -	- - - - -
10	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	25 32 - -	25 32 - -	25 32 40 -	- 32 40 50	- 32 40 50	- - 40 50	- - - -
12,5	- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -	25 32 - - -	- 32 40 - -	- 32 40 50 -	- 32 40 50 -	- - 40 50 64	- - - 50 64
16	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	32 40 50 -	32 40 50 -	32 40 50 -	- 40 50 64	- - 50 64
20	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	32 40 50 -	32 40 50 -	- 40 50 64	- - 50 64
25	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	40 50 64	40 50 64	- 50 64
32	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	40 50 64	- 50 64 80
40	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- 80 100

Поверхность соприкосновения щетки с коллектором:

При допустимой плотности тока число щеток на болт

Принимаем

Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором:

Плотность тока под щетками:

Активная длина коллектора:

8. Коммутационные параметры

Ширина зоны коммутации:



Отношение что удовлетворяет условию

Коэффициент магнитной проводимости паза:

Реактивная ЭДС

Воздушный зазор под добавочным полюсом принимаем:

т.е.

Расчетная длина воздушного зазора под добавочным полюсом:

Средняя индукция в воздушном зазоре под добавочным полюсом:

где принимаем для обеспечения несколько ускоренной коммутации.

Расчетная ширина наконечника добавочного полюса на основании предварительных расчетов:

Действительная ширина наконечника добавочного полюса:

Магнитный поток добавочного полюса в воздушном зазоре:

Выбираем коэффициент рассеяния добавочного полюса магнитный поток в сердечнике добавочного полюса.

Сечение сердечника добавочного полюса

Расчетная индукция в сердечнике добавочного полюса:

Результаты расчета магнитной цепи добавочных полюсов сведены в табл. 15.

Таблица 15 - Расчет МДС обмотки добавочных полюсов

№ п/п.	Расчетная величина	Расчетная формула	Единица величины	Численное значение
1	Магнитный поток в воздушном зазоре		Вб
2	Магнитная индукция в воздушном зазоре		Тл	0,376
3	Магнитное напряжение воздушного зазора		А	101
4	Магнитная индукция в зубцах якоря		Тл	0,99
5	Напряженность магнитного поля в зубцах якоря		А/м	2,35
6	Магнитное напряжение зубцов		А	5,9
7	Магнитная индукция в ярме: на участке согласного направления главного потока и потока добавочных полюсов		Тл	1,04
	на участке встречного направления главного потока и потока добавочных полюсов		Тл	0,86
8	Напряженность магнитного поля: на участке с индукцией		А/м
	на участке с индукцией		А/м
	средняя напряженность магнитного поля в ярме		А/м
9	Магнитное напряжение якоря		А	2
10	Магнитный поток добавочного полюса		Вб
11	Магнитная индукция в сердечнике добавочного полюса		Тл	1,76
12	Напряженность магнитного поля в сердечнике добавочного полюса		А/м
13	Магнитное напряжение сердечника добавочного полюса		А	160
14	Магнитное напряжение воздушного зазора между станиной и добавочным полюсом при		А	140
15	Магнитная индукция в станине: на участке согласного направления магнитных потоков главного и добавочного полюсов		Тл	1,64
	на участке встречного направления магнитных потоков главного и добавочного полюсов		Тл	0,8
16	Напряженность магнитного поля в станине: на участке с индукцией		А/м
	на участке с индукцией		А/м
17	Средняя напряженность магнитного поля в станине		А/м
18	Магнитное напряжение участка станины		А	236
19	Сумма магнитных напряжений всех участков		А	645
20	МДС обмотки добавочного полюса		А	1935

9. Расчет обмотки добавочных полюсов

МДС обмотки добавочного полюса (табл. 15)

Число витков обмотки добавочного полюса на один полюс:

принимаем

Предварительное сечение проводников:

При токе I1000 А целесообразно принимать Для многослойных обмоток выбираем плотность тока

Принимаем проводник обмотки добавочных полюсов из круглого провода марки ПСД (табл. 10) диаметром 3 м(см. табл. 11); диаметр изолированного провода . Сечение провода

Принимаем сердечник добавочного полюса короче якоря на с каждой стороны для создания опоры для катушки. Длина сердечника Ширина катушки (по предварительному эскизу сечения катушки).

Средняя длина витка обмотки добавочного полюса:

Полная длина проводников обмотки:



Сопротивление обмотки добавочных полюсов при температуре х=20 по п. 125.

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при х=75

Масса меди добавочных полюсов6

10. Потери и КПД

Электрические потери в обмотке якоря:

Электрические потери в обмотке добавочных полюсов:

Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения:

Электрические потери в переходном контакте щеток на коллекторе:

Потери на трение щеток о коллектор:

,

где - давление на щетку; для щетки марки Эг-14

=0,2 - коэффициент трения щетки.

Потери в подшипниках и на вентиляцию определяются по рис.16:



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 16 - Потери на вентиляцию и в подшипниках

Масса стали ярма якоря

Условная масса стали зубцов якоря:

Магнитные потери в ярме якоря:

где

Магнитные потери в зубцах якоря:

где

Добавочные потери:



где =39,6+1,76=42,36 А.

Сумма потерь:

Потребляемая мощность:

Ток

Коэффициент полезного действия:

Рабочие характеристики

Для построения рабочих характеристик двигателя n, M, I, P1, з= при U = 220 В и токе возбуждения принимаем, что потери холостого хода с нагрузкой практически не меняются и составляют:

Вт.

МДС реакции якоря и расчет по переходной характеристике значений

для нескольких значений тока якоря позволяют представить

зависимость от тока I в виде

При номинальном токе якоря А ЭДС обмотки якоря

Номинальный магнитный поток в воздушном зазоре

По характеристике холостого хода (рис. 15)



МДС обмотки возбуждения

Номинальный ток возбуждения

Номинальный ток двигателя

Потребляемая мощность двигателя

Полезная мощность на валу двигателя

Коэффициент полезного действия

Вращающий момент

Результаты расчетов, выполненных по пп. 148-153 для ряда значений тока якоря, сведены в табл. 16, рабочие характеристики двигателя приведены на рис. 17. В результате расчета и построения рабочих характеристик двигателя установлены номинальные значения:

Таблица 16 - Рабочие характеристики двигателя без стабилизирующей обмотки

		E, В			n, об/мин	М,		I, А		з, %
1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73	9,7 14,8 19,6 24,5 29,5 34,6 37,1 44,5 59	215 213,4 211,9 210,4 208,85 207,3 206,5 204,2 199,7	1585 1584 1518 1476 1437 1400 1364 1334 1280	0,832 0,832 0,820 0,813 0,806 0,80 0,79 0,781 0,75	1485 1475 1485 1490 1490 1490 1500 1500 1530	12,1 19,1 25,4 31,7 38,3 44,4 47,1 56,0 71,3	1891 2947 3945 4931 5922 6907 7387 8793 11400	11,43 16,53 21,33 26,23 31,23 36,33 38,83 46,23 60,73	2510 3640 4680 5770 6871 7993 8550 10180 13380	75,4 81,1 84,3 85,4 86,2 86,4 86,6 86,4 85,1

двигатель ток цепь полюс

Рис. 17 - Эскиз междуполюсного окна двигателя (пунктиром указаны поверхности охлаждения обмоток главных и добавочных полюсов)

Рабочие характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой

Как следует из характеристики , з=, с увеличением нагрузки частота вращения двигателя возрастает. Поэтому для повышения устойчивости работы двигателя целесообразно ввести стабилизирующую обмотку.

МДС стабилизирующей обмотки

где - число параллельных ветвей стабилизирующей обмотки, принимается равным:=1. Принимаем , тогда

МДС обмотки возбуждения

Принимаем сечение проводов обмотки параллельного возбуждения, как и в варианте без стабилизирующей обмотки (см. п. 90):

плотность тока

Число витков на полюс обмотки параллельного возбуждения

Сопротивление обмотки возбуждения по пп. 96 и 97

Длина витка стабилизирующей обмотки

Полная длина стабилизирующей обмотки

Диаметр и сечение проводника стабилизирующей обмотки принимаем, как и для обмотки добавочных полюсов...