Проектирование двигателя постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»

Факультет электротехнический

Кафедра «Электромеханика»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту

по дисциплине «Конструирование и основы проектирования специальных устройств и изделий»

Проектирование двигателя постоянного тока

Студент группы 5СЭ-1 Д.К. Шестопалько

Руководитель работы В.А. Размыслов

Нормоконтроль В.А. Размыслов

2019



Номинальная мощность двигателя5,5 кВт

Номинальное напряжение220 В

Номинальная частота вращения1000 об/мин

Максимальная частота вращения3000 об/мин

Защитное исполнениеIP 22

Исполнение по способу вентиляцииIC 01

Исполнение по способу монтажаIM 1001

Классические условия и категория размещенияУ4

Форма выступающего конца валацилиндрическая

Расчет двигателя постоянного тока произведен по книге С.Д.Гольдберга «Проектирование электрических машин» [3].

Высота оси вращения, мм

Наружный диаметр якоря, мм

Наружный диаметр корпуса, мм

двигатель ток обмотка машина

,

.

где h1=6 -, по рис 1-3

Наружный диаметр сердечника якоря по рис 10-1, мм

Предварительное значение КПД, по рис 10-4

Расчетная мощность, Вт



,

.

где =0,88 - коэффициент, по рис 10-2

=0,963 - коэффициент, по рис 10-3

В данном пункте был произведен выбор главных размеров двигателя постоянного тока.

Линейная нагрузка якоря по рис 10-5, А/см

где 0,94 - коэффициент при частоте вращения 1000 об/мин,

Предварительное значение индукции в воздушном зазоре рис 10-5, Тл

где - коэффициент при частоте вращения 1000 об/мин,

Расчетный коэффициент полюсной дуги по рис 10-6

Расчетная длина сердечника якоря, мм

Отношение длинны магнитопровода ярма к его диаметру

Максимальное значение отношение длинны магнитопровода ярма к его диаметру по рис 10-7

Припуск на сборку сердечника по ширине паса для штампов, мм

Эффективная длина сердечника якоря, мм

где - коэффициент заполнения сердечника якоря сталью

Внутренний диаметр листов якоря, по рис 10-10, мм

Количество главных полюсов

Воздушный зазор, по рис 10-13, мм

Высота зазора у оси и у края полюса

Длина сердечника полюса

Полюсное деление, мм

Расчетная ширина полюсной дуги, мм

Действительная ширина полюсной дуги, мм

Предварительная магнитная индукция в сердечнике полюса, Тл

Предварительное значение магнитного потока в воздушном зазоре, Вб

Эффективная длина сердечника полюса, мм

где - заполнения сердечника якоря сталью

Ширина сердечника полюса, мм



Ширина уступа полюса

Высота полюсной дуги, мм

Добавочные полюса

Длина наконечник, мм

Длина полюса, мм

Ширина сердечника добавочного полюса по рис 10-15, мм

Воздушный зазор добавочного полюса по рис 10-16, мм

Длина станины, мм

Предварительная индукция в станине, Тл

Высота станины, мм

Магнитная индукция в местах распространения магнитного потока в станине при входе его в главный полюс, Тл

Внутренний диаметр монолитной станины, мм

Высота главного полюса

Высота добавочного полюса

На данном этапе курсового проекта был произведен расчет магнитной цепи двигателя и получены размеры основных элементов машины. Для обмотки якоря используется круглый провод марки ПЭТП-155.

Предварительное значение тока якоря, А

Количество витков обмотки

Предварительное количество витков в секции

Округленное количество витков в секции

Предварительное количество пазов якоря

где - число секций в пазу

Округленное количество пазов якоря

Количество коллекторных пластин

Зубцовое деление, мм

Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах якоря, мм

Диаметр по ГОСТ 1980 округляют до ближайшего числа

Коллекторное деление, мм



Максимальное напряжение между соседними коллекторными пластинами, В

где -коэффициент искажения поля по рис 10-19

Значение не должно превышать 50, В

Уточненное число витков обмотки якоря

Количество эффективных проводников в пазу

Ток в пазу, А

Уточненная линейная нагрузка, А/см

Расчет шагов обмотки:

а) Шаг по коллектору и результирующий шаг

б) Шаг по реальным пазам

в) Первичный частичный шаг

г) Вторичный частичный шаг

Высота паза по рис 10-21, мм

Высота спинки якоря, мм



Предварительная магнитная индукция в спинке якоря, Тл

Допустимое значение магнитной индукции в спинке якоря, Тл

Предварительная магнитная индукция, Тл

Ширина зубца, мм

Высота шлица паза, мм

=0,8

Радиус паза больший, мм

Радиус паза меньший, мм

Ширина зубца, мм

Контрольное значение ширины паза, мм

Расстояние между центрами радиуса, мм

Площадь поперечного сечения паза в свету, мм²

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции, мм²

где - односторонняя толщина корпусной изоляции, мм

Площадь поперечного сечения клина и прокладок, мм²

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой, мм²

Предварительный диаметр провода с изоляцией, мм

.

Ближайший меньший стандарт диаметра провода и без изоляции, мм

Уточненный коэффициент заполнения паза

,

Площадь поперечного сечения провода без изоляции при принятом диаметре, А/мм²

Плотность тока в обмотке, А/мм²

Удельная тепловая нагрузка якоря от потерь в обмотке, А²/см?мм²

Допустимое значение удельной тепловой нагрузки якоря от потерь в обмотке по рис 10-22, А²/см?мм²

Среднее зубцовое деление якоря, мм

,

.

Средняя ширина секции обмотки, мм

Средняя длина одной лобовой части секции, мм

Средняя длина витка обмотки, мм

Сопротивление обмотки при температуре 20, Ом

Сопротивление обмотки при температуре 20 в относительных единицах

Сопротивление обмотки при температуре 20 контрольное значение

Длина вылета лобовой части обмотки, мм

Ширина шлица паза, мм

.

В данном пункте курсового проекта была рассчитана обмотка якоря, также редечник якоря. Полученный для паза якоря коэффициент заполнения паза равный 0,748 является допустимым для укладки обмотки в паз вручную.

Поперечная МДС якоря, А

Предварительное количество витков катушки добавочного полюса у не компенсированной машины

где - отношение МДС некомпенсированной машины

Уточненное количество витков

Уточненное МДС катушки, А

Уточненное значение МДС некомпенсированной машины

Предварительная плотность тока в обмотке по рис 10-26, А/мм²

Предварительная площадь поперечного сечения проводника, мм²

Принимаемые стандартные размеры проводника без изоляции по приложению 2, мм

Площадь поперечного сечения принятого проводника по приложению 2, мм²

Размеры проводника с изоляцией

Уточненная плотность тока в обмотке, А/мм²



Предварительная ширина многослойной катушки из изолированных проводников, мм

Средняя длина витка многослойной катушки из изолированного проводника, мм

где

Сопротивление обмотки при температуре 20 °С, Ом

На данном этапе курсового проекта был произведен расчет обмотки добавочных полюсов. Катушка обмотки добавочных полюсов выполняется из прямоугольного провода марки ПЭТП-155.

МДС стабилизирующей обмотки на полюс, А

Для стабилизирующей обмотки используем тот же провод что и для обмотки добавочных полюсов

Предварительное количество витков в катушке

Уточненное количество витков

Уточненное значение МДС обмотки, А:

Плотность тока, А/мм²

Предварительная ширина катушки, мм

Средняя длина витка многослойной катушки из изолированного проводника, мм

Сопротивление обмотки при температуре 20 °С, Ом

В данном пункте была рассчитана стабилизирующая последовательная обмотка главных полюсов, она выполняется из такого же провода что и обмотка добавочных полюсов.

Сопротивление обмоток якорной цепи двигателе, приведенной к стандартной рабочей температуре, Ом

где - температурный коэффициент

Уточненная ЭДС при номинальном режиме работы, В

где Уточненный магнитный поток, Вб

Площадь поперечного сечения в воздушном зазоре, мм²

Уточненная магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения наконечника главного полюса

Общий коэффициент воздушного зазора

МДС для воздушного зазора, А

Площадь равновеликого поперечного сечения зубцов, мм²

Уточненная магнитная индукция, Тл

Напряженность магнитного поля приложение 17, А/см

Средняя длина пути магнитного потока, мм

МДС для зубцов, А

Площадь поперечного сечения спинки якоря без аксиальных каналов, мм²

5.15 Уточненная магнитная индукция в спинке якоря, Тл

Напряженность магнитного поля по приложению 5, А/см

Средняя длина пути магнитного потока, мм

МДС для спинки якоря, А

Площадь поперечного сечения сердечника полюса, мм²



Уточненная магнитная индукция в сердечнике полюса, Тл

Напряженность магнитного поля по приложению 20, А/см

Средняя длина пути магнитного потока у компенсированной машины, мм

МДС для сердечника полюса, А

.

Эквивалентный зазор в стыке между главным полюсов и станиной, мм

МДС для зазора, А

Площадь поперечного сечения станины из монолитного материала, мм²

Уточненная магнитная индукция в станине, Тл

Напряженность магнитного поля по приложению 6, А/мм²

Средняя длина пути магнитного потока, мм

МДС для станины, А

Суммарная магнитодвижущая сила магнитной цепи, А

.

Коэффициент насыщения магнитной цепи

Таблица 1

Расчетные данные

Наименование
%	50	75	90	100	110	115
Ф?10-3, Вб	3,264	4,896	5,875	6,528	7,181	7,507
, Тл	0,326	0,489	0,587	0,652	0,718	0,75
, А	436,516	654,775	785,73	873,033	960,336	1004
, Тл	0,94	1,41	1,692	1,88	2,068	2,162
, А/мм2	1,04	3,5	34	124	380	480
, А	3,267	10,994	106,794	389,485	1194	1508
, Тл	0,571	0,857	1,028	1,142	1,256	1,314
, А/мм2	0,68	0,94	1,15	1,32	1,82	2,2
, А	2,762	3,818	4,671	5,361	7,392	8,935
, Тл	0,795	1,192	1,431	1,59	1,749	1,828
, А/мм2	1	2,8	5,8	10	28	54
, А	5,463	15,295	31,683	54,625	152,951	294,977
, А	79,879	119,818	143,782	159,757	175,733	183,721
, Тл	0,578	0,867	1,041	1,156	1,272	1,33
, А/мм2	4,7	7,66	10	12,1	15,2	17,6
, А	57,662	93,977	122,685	148,449	186,481	215,925
, А	585,6	898,7	1195	1631	2676	3215



Рисунок 1 Характеристика намагничивания двигателя

На данном этапе расчета двигателя постоянного тока был произведен расчёт характеристики намагничивания машины и получен график зависимости суммарной МДС магнитной цепи машины от величины магнитного потока

Насыщения машины

Коэффициент по рис 10-29

Размагничивающее действие, А

МДС параллельной обмотки возбуждения, А

Предварительная ширина катушки, мм

Средняя длина витка обмотки, мм

Предварительное поперечное сечение провода, мм²

Принятое ближайшее стандартное поперечное сечение провода, мм²

Уточненный коэффициент запаса

Диаметр принятого провода без изоляции по приложению 1, мм

Диаметр принятого провода с изоляции по приложению 1, мм

Предварительная плотность тока в обмотке по рис 10-30, А/мм²

Предварительное число витков одной катушки

Уточненное количество витков

Уточненная плотность тока в обмотке, А/мм²

Сопротивление обмотки при t=20 °C, Ом

Максимальный ток обмотки, А

Максимальная МДС, А

В данном пункте курсового проекта был произведен расчет параллельной обмотки главных полюсов. Обмотка выполняется из круглого провода марки ПЭТП-155.

Ширина обмотки главного полюса, мм

где - поперечное сечение катушки с раскладкой витков по ширине

Высота обмотки главного полюса, мм

где -поперечное сечение катушки с раскладкой витков по высоте

Ширина обмотки добавочного полюса, мм

где - поперечное сечение катушки с раскладкой витков по ширине

Высота обмотки добавочного полюса, мм

где -поперечное сечение катушки с раскладкой витков по высоте

Ширина стабилизирующей последовательной обмотки, мм

где - поперечное сечение катушки с раскладкой витков по ширине

Высота стабилизирующей последовательной обмотки, мм

где -поперечное сечение катушки с раскладкой витков по высоте

В данном пункте были рассчитаны размеры обмоток главных и добавочных полюсов а также размеры стабилизирующей последовательной обмотки.

Стандартная ширина щетки, мм

Стандартная высота щетки, мм

Число перекрытых щеткой коллекторных делений

Укорочение

Ширина зоны коммутации, мм

Коэффициент зоны коммутации

Контактная площадь одной щетки, мм²

Необходимая контактная площадь всех щеток, мм²

где - плотность тока для номинального режима работы

Количество щеток на одном брикете

Уточненное количество щеток на одном брикете

Уточненная контактная площадь всех щеток, мм²

Уточненная плотность тока под щетками, А/мм²

Активная длина коллектора, мм

Окружная скорость коллектора при номинальной частоте вращения, м/с

В данном пункте был произведён расчёт коллекторно-щеточного узла двигателя постоянного тока

Проводимость рассеяния овального полузакрытого паза

Максимальная окружная скорость якоря, м/с

Реактивная ЭДС коммутирующих секций, В

Среднее значение магнитной индукции в зазоре под добавочным полюсом, Тл

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря

Общий коэффициент воздушного зазора

Магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при номинальной нагрузке, Вб

Магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при перегрузке, Вб

Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса при номинальной нагрузке, Вб

Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса при перегрузке, Вб

Площадь поперечного сечения сердечника добавочного полюса, мм²

Магнитная индукция в сердечнике добавочного полюса при перегрузке, Вб

Расчетная магнитная индукция на участках станины, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов, Тл

Расчетная магнитная индукция на участках спинки якоря, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов, Тл

На данном этапе курсового проекта был произведен расчёт коммутационных параметров двигателя постоянного тока

Масса стали зубцов якоря с овальными полузакрытыми пазами, кг

Магнитные потери в зубцах, Вт

Масса стали спинки якоря, кг



Магнитные потери в спинке якоря, Вт

Суммарные магнитные потери в стали

Потери на трение щеток о коллектор, Вт

Потери на трение подшипников, трение о воздух и на вентиляцию машин со степенью защиты IP 22 и способом охлаждения IC 01, Вт

Суммарные механические потери, Вт

Добавочные потери у некомпенсированного двигателя, Вт

Электромагнитная мощность двигателя, Вт

ЭДС якоря двигателя, В

Ток якоря двигателя, А

Уточненный ток двигателя, А

Подводимая мощность двигателя, Вт

Суммарные потери в двигателе, Вт

Уточненный КПД

Магнитный поток двигателя, Вб

МДС магнитной цепи двигателя, по характеристике намагничивания, А

Размагничивающее действие МДС якоря двигателя, А



Необходимая МДС параллельной или независимой обмотки главных полюсов двигателя, А

Момент вращения на валу двигателя, Н?м

В данном пункте курсового проекта был произведен расчёт номинального режима двигателя постоянного тока.

Таблица 1.2

рабочие характеристики

k	0,02	0,25	0,5	0,75	1	1,25
, А	0,604	7,554	15,109	22,663	30,218	37,772
, В	217,417	210,709	203,418	196,128	188,837	181,546
, А	5,096	63,703	127,406	191,109	254,811	318,514
, А	1644	1641	1637	1634	1631	1627
Ф, Вб	6,65?10-3	6,64?10-3	6,63?10-3	6,62?10-3	6,61?10-3	6,6?10-3
, об/мин	1127	1094	1058	1022	985	949
, А	1,909	8,859	16,413	23,968	31,522	39,077
, Вт	420	1949	3611	5273	6935	8597
, Вт	131	1592	3073	4445	5706	6857
, Вт	0,027	4,244	16,975	38,194	67,901	106,096
, Вт	-7	1449	2918	4268	5500	6613
. Вт	426,911	499,754	692,827	1005	1435	1984
, о. е.	-0,016	0,744	0,808	0,809	0,793	0,769
, Н?м	-0,066	13,84	27,868	40,763	52,525	63,154

Рисунок 2 Механическая характеристика двигателя

Рисунок 3 Рабочая характеристика двигателя

Рисунок 4 Рабочая характеристика двигателя

Рисунок 5 Рабочая характеристика двигателя

В данном пункте курсового проекта были получены рабочие характеристики и механическая характеристика проектируемого ДПТ.

Потери в обмотке якоря, Вт

Потери в обмотке добавочных полюсов, Вт

Потери в параллельной обмотке, Вт

Потери в контактах щеток, Вт

Условная поверхность охлаждения активной части якоря, мм²

Условный периметр поперечного сечения овального полузакрытого паза, мм



Условная поверхность охлаждения пазов, мм²

Условная поверхность охлаждения лобовых частей при отсутствие аксиальных вентиляционных каналов в якоре, мм²

Условная поверхность охлаждения машины, мм²

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения активной части якоря, Вт/ мм²

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки, отнесенные к по поверхности охлаждения пазов, Вт/ мм²

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частя обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки, Вт/ мм²

Окружная скорость якоря при номинальной частоте вращения, м/с

Превышение температуры поверхности активной части якоря над температурой воздухом внутри машины, °С

где - коэффициент теплоотдачи поверхности якоря, по рис 10-34

Перепад температуры в изоляции паза и проводов, °С

Превышение температуры поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, °С

Перепад температуры в изоляции катушек и проводов лобовой части обмотки, °С

Среднее превышение температуры поверхности обмотки надо температурой воздуха внутри машины, °С

Сумма потерь, Вт

Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой наружного охлаждающего воздуха, °С

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой наружного охлаждающего воздуха, °С

Не превышает допустимого значения температуры для класса F, не должно превышать 100 °С

Периметр поперечного сечения добавочных полюсов, мм

Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов, мм²

Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки, Вт/мм²

Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки, °С

Перепад температуры и внутренней изоляции многослойных катушек обмотки из изолированных проводом, °С

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины, °С

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха, °С

Периметр главных полюсов для катушек из одной шайбы, мм

Условная поверхность охлаждения всех катушек, мм²

Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки, Вт/мм²

Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки, °С



Перепад температуры и в наружной и внутренней изоляции обмотки, °С

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины, °С

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха, °С

Условная поверхность охлаждения коллектора, мм²

Удельный поток от потерь на коллекторе, отнесенных к поверхности охлаждения коллектора, Вт/мм²

Превышение температуры коллектор над температурой воздуха внутри машины, °С

Превышение температуры коллектора над температурой наружного охлаждающего воздуха у машины, °С

Необходимый расход воздуха, м³/с

где -теплоемкость воздуха, Дж/°С?м³

-превышение температуры выходящего из машины воздуха над входящим

Наружный диаметр вентилятора, мм

Внутренний диаметр колеса вентилятора, мм

Длина лопатки вентилятора, мм

Количество лопаток вентилятора

Линейная скорость вентилятора по наружному диаметру, м/с

Линейная скорость вентилятора по внутреннему диаметру, м/с



Напор вентилятора, Па

Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора, м²

Максимальный расход воздуха, м³/с

Действительный расход воздуха, м³/с

Напор вентилятора, Па



На данном этапе расчета курсового проекта был произведен тепловой и вентиляционный расчет. В ходе расчета был выбран центробежный вентилятор. По данным расчета было получено что данный вентилятор создает необходимый расход воздуха необходимый для охлаждения машины

Масса проводов обмотки якоря, кг

Масса проводов обмотки добавочных полюсов, кг

Масса проводов обмотки параллельной или независимой обмотки главных полюсов, кг

Масса меди коллектора, кг

Суммарная масса проводов обмоток и меди коллектора, кг

Масса стали зубцов сердечника якоря, кг

Масса стали спинки сердечника якоря, кг

Масса стали сердечников главных полюсов некомпенсированной машины, кг

Масса стали сердечников добавочных полюсов, кг

Масса стали массивной станины, кг

Суммарная масса активной стали, кг

Масса изоляции машины, кг

Масса конструкционных материалов, кг

где А=0,6, В=0,8 -коэффициент из табл. 10-17

Масса машины, кг

13.15 Динамический момент инерции якоря, кг?м²

13.16 Электромеханическая постоянная времени якоря, с

В данном пункте курсового проекта был произведен расчет массы и динамических показателей ДПТ. Масса машины составила 101 килограмм.

Регулирование частоты вращения вверх

Магнитный поток при наибольшей частоте вращения, Вб

МДС при минимальном магнитном потоке, А

Минимальный ток возбуждения, А

Максимальная величина регулирующего сопротивления, Ом

Частота вращения при холостом ходе, об/мин

Регулирование частоты вращения вниз

Допустимый момент вращения на валу при наименьшей частоте вращения двигателя с самовентиляцией,

Магнитный поток при минимальной скорости у двигателя с самовентиляцией, Вб

Ток якоря при минимальной скорости у двигателя с самовентиляцией, А

Минимальная частота вращения об/мин. Эта частота, при которой двигатель с самовентиляцией будет обеспечивать нужный напор воздуха.

ЭДС при минимальной частоте вращения, В

Напряжение на якоре при минимальной частоте вращения, В

Результирующая МДС при минимальной частоте вращения, А

Размагничивающая МДС реакции якоря, А

МДС стабилизирующей обмотки, А

МДС обмотки возбуждения главных полюсов, А

Ток обмотки возбуждения, А

Максимальная величина регулирующего сопротивления, Ом

На последнем этапе расчета ДПТ производился расчет регулирования частоты вращения двигателя вверх и вниз в ходе которых были получены значения регулировочных сопротивлений.

В настоящем курсовом проекте мы рассчитали основные параметры двигателя постоянного тока: размеры, сопротивления, потери. Так же мы рассчитали и построили кривую намагничивания машины, а также рабочие характеристики; проверили двигатель на нагрев - провели тепловой расчёт.

Контрольные величины попадают в заданный диапазон, выполняются различные конструктивные условия к параметрам, из чего можно считать, что машина рассчитана верно.

Список использованных источников

1 Копылов И. П. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев. 3-е изд., испр. и доп. М.: Высш. шм., 2002. 757 с.

2 Гольдберг О. Д. Проектирование электрических машин: учебник для втузов / О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И. С. Свириденко. М.: Высш. шк., 1984. 431 с.

3 Копылов И. П. Электрические машины / И. П. Копылов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 360 с.

Размещено на Allbest.ru

...