Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ДОНЕЦЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Электрические машины”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: “Проект расчета электрической машины постоянного тока”

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине “Электрические машины”

КП 09.0601-99-514.14.00.00. ПЗ

Выполнил: И.С. Стеценко

студент гр. ЭАПУ-97а

Проверил: профессор А.С Апухтин

Нормоконтролёр: А. А. Гусаров

Донецк, 1999 г

РЕФЕРАТ

Объектом разработок является двигатель постоянного тока номинальной мощностью 4,5 кВт, номинальным напряжением 220 В, номинальной частотой вращенья 1000 об/мин и степенью защиты IP44.

Цель работы - изучить устройство и принцип действия, а также зависимости между физическими величинами и геометрией машины, связи между отдельными физическими величинами, спроектировав двигатель постоянного тока.

Проектирование выполняется на основе опыта проектирования и испытания большого числа машин, множество геометрических параметров и значения физических величин, например, индукции в различных участках магнитной цепи машины, были приняты или рассчитаны на основе опытных зависимостей этих величин от частоты вращения, высоты оси вращения или степени защиты двигателя. Так как в основу проектирования был положен отдельный типоразмер электродвигателей единой серии 2П, то при расчёте были использованы некоторые справочные данные, характерные для этой серии.

В результате проектирования был рассчитан и разработан конструктивно двигатель постоянного тока, а также рассчитаны его рабочие характеристики, что позволяет судить о месте использования данного двигателя.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НАГРУЗКИ, ОБМОТКА ЯКОРЯ, ПОТЕРИ, МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ, ОБМОТКА ВОЗБУЖДЕНИЯ, КОММУТАЦИЯ, КПД, КОНСТРУИРОВАНИЕ, МОЩНОСТЬ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Перечень условных обозначений

Выбор электромагнитных нагрузок и расчёт главных размеров

Выбор обмотки якоря

Расчёт геометрии зубцовой зоны

Расчёт обмотки якоря

Расчёт магнитной цепи

Расчёт параллельной обмотки возбуждения

Расчёт коллектора и щёток

Коммутационные параметры

Расчёт обмотки добавочных полюсов

Потери и КПД

Рабочие характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой

Рабочие характеристики двигателя без стабилизирующей обмотки

Тепловой расчёт

Вентиляционный расчёт

Вывод

Список использованной литературы

Приложение А. Сводные данные расчёта двигателя постоянного тока

Приложение В. Перечень замечаний нормконтролёра

ВВЕДЕНИЕ

Достоинствами двигателей постоянного тока являются хорошие пусковые свойства и возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. Недостатками этих машин являются высокая стоимость, пониженная надёжность и сложность в изготовлении.

Соответственно их достоинством, двигатели получили распространение в станкостроении, в металлургической промышленности, также используются для привода подъёмных средств, в качестве тепловых двигателей привода транспортных средств, в качестве крановых двигателей.

Недостатки машин постоянного тока обусловлены коллекторно-щёточным узлом, который выполняет функцию преобразования переменного тока в постоянный и наоборот. Важными параметрами машин постоянного тока являются электромагнитные нагрузки, которые выбирают по опытным кривым, полученным в результате конструирования многих машин. Вхождение электромагнитных нагрузок в рекомендуемые пределы обеспечивает превышение температуры отдельных частей машины над температурой охлаждающей среды меньше предельно допустимого.

Метод расчёта машин постоянного тока основан на «магнитной постоянной», определяемой из допустимых электромагнитных нагрузок.

Машины постоянного тока серии 2П по сравнению с машинами других серий обладают радом преимуществ, а именно: повышенная нагрузочная способность, расширенный диапазон регулирования частоты вращения, улучшенные динамические свойства, уменьшенный шум и вибрация при работе, увеличенная надёжность и ресурс работы.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

двигатель электромагнитный ток

- коэффициент полезного действия

- диаметр якоря

- линейная нагрузка якоря

- расчётный коэффициент полюсного перекрытия

- магнитная индукция в воздушном зазоре

- длина якоря

- полюсное деление

- расчётная ширина полюсного наконечника

- число пазов якоря

- число коллекторных пластин

- число пар параллельных ветвей обмотки якоря

- номинальный ток якоря

- ток в параллельной ветви обмотки якоря

- число эффективных проводников

- зубцовое деление по наружному диаметру якоря

-число эффективных проводников

-число витков в обмотке якоря

- наружный диаметр коллектора

- окружная скорость коллектора

- коллекторное деление

- плотность тока в обмотке якоря

- сечение проводника

- результирующий шаг обмотки якоря

- первый частичный шаг обмотки якоря

- второй частичный шаг обмотки якоря

- шаг обмотки по коллектору

- ширина зубца

- коэффициент заполнения паза

- индукция в зубцах якоря

- больший радиус паза

- меньший радиус паза

- ширина шлица паза

- высота паза

- площадь паза в штампе

- площадь сечения пазовой изоляции

- односторонняя толщина пазовой изоляции

- площадь пазового клина

-площадь сечения паза, заполненная обмоткой

- площадь сечения паза

- коэффициент заполнения паза изолированными проводниками

- число элементарных проводников в одном эффективном проводнике

- высота спинки якоря

- внутренний диаметр якоря

- магнитная индукция в спинке якоря

- магнитный поток на полюс

- средняя длина полувитка обмотки якоря

- длина лобовой части

- сопротивление обмотки

- удельное сопротивление меди при рабочей температуре

- масса обмотки

- коэффициент рассеяния

- ширина выступа полюсного наконечника

- ширина сердечника главного полюса

- индукция в сердечнике главного полюса

- индукция в станине

- сечение станины

- длина станины

- высота станины

- внутренний диаметр станины

-наружный диаметр массивной станины

- воздушный зазор

-ЭДС якоря

-индукция в воздушном зазоре

- магнитное напряжение воздушного зазора

- магнитное напряжение зубцов якоря

- магнитное напряжение ярма якоря

- магнитное напряжение сердечника главного полюса

- магнитное напряжение станины

- суммарная МДС на полюс

- МДС обмотки возбуждения

- размагничивающее действие реакции якоря

-средняя длина витка обмотки возбуждения

- число витков обмотки возбуждения на полюс

- ток возбуждения

- длина обмотки возбуждения

- число щёток на болт

- активная длина коллектора

- реактивная ЭДС

- поток в сердечнике добавочного полюса

- сечение сердечника добавочного полюса

- число витков обмотки добавочного полюса

- длина полувитка обмотки добавочного полюса

- потребляемая мощность машины

- суммарные потери в машине

- МДС стабилизирующей обмотки

- номинальная мощность двигателя

-номинальный момент двигателя

- номинальная частота вращения двигателя

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК И РАСЧЁТ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Расчётная электромагнитная мощность машины

кВт,

где - расчётный КПД из рис. 1.3 [1, с.8];

Вт - номинальная мощность двигателя.

Диаметр якоря

м,

где м - высота оси вращения;

м, из табл. 17.5 [3, с.307].

Выбираем электромагнитные нагрузки по рис. 1.1 [1, с.6]

А/м,

Тл,

,

где -[2, с. 341]

Расчётная длина якоря

м,

где об/мин.

Так как машина не имеет радиальных вентиляционных каналов, то .

Число полюсов

При м, при м, . Принимаем .

Полюсное деление

м.

Расчётная ширина полюсного наконечника

м.

2. ВЫБОР ОБМОТКИ ЯКОРЯ

2.1 Выбор типа обмотки якоря связан с током якоря и числом главных полюсов, причём все типы проектируемых симметричных обмоток должны удовлетворять условиям симметрии

целые числа,

Ток якоря определяем, принимая ток в параллельной обмотке возбуждения согласно табл. 8.10 [2] равным ,

А,

где В - номинальная частота вращения.

Ток параллельной ветви

А.

По условиям коммутации, нагрева и технологии обмоточных работ А. Принимаем простую волновую обмотку.

Предварительное общее число эффективных проводников

.

Зубцовое деление по наружному диаметру якоря

Зубцовое деление в данном случае должно находится в пределах м [1.c.10]. Отсюда крайние значения чисел пазов якоря

,

.

Принимаем ;

м.

Число эффективных проводников в пазу

.

Принимаем , тогда

.

Так как дана машина малой мощности, то выбираем паз полузакрытый овальный.

Число коллекторных пластин для различных значений выбираем сравнивая три варианта:

			,В
1	31	9	28,4
2	62	4,5	14,2
3	93	3	9,5

Так как В и - целое число только в третьем случаи, то выбираем третий вариант, обеспечивающий обмотку с , ,

и

Уточняем линейную токовую нагрузку

А/м.

Корректируем длину якоря

м.

2.9 Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах якоря

м.

Согласно с ГОСТ 19760-74 округлим полученный диаметр. Принимаем м.

Окружная скорость коллектора.

м/с.

Коллекторное деление

м.

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря

,

где - принимаем предварительно по рис.1 [1, с.6].

Предварительное сечение активного проводника

.

Рассчитываем шаги обмотки

по реальным пазам

,

,

.

по элементарным пазам

,

,

.

шаг по коллектору

.

Схема простой волновой обмотки приведена на рисунке 2.1

3. РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИИ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ

Предварительная ширина зубца

м,

где Тл - по рекомендации табл. 3.1 [1 с.13].

Диаметр изолированного провода

По предварительному значению сечения провода используя табл.П-28 [2. с.470] выбираем провод у которого:

Поперечное сечение неизолированного провода ;

Среднее значение диаметра изолированного провода м;

Номинальный диаметр не изолированного провода м.

Размеры радиусов паза

больший радиус

м,

где м - ширина шлица [3, с.62].

меньший радиус

м,

где м - высота паза определяем по рис. 8-12 [2, с.344].

Расстояние

м.

Площадь паза в штампе

.

Площадь сечения пазовой изоляции

,

где м - по табл.3-15 [2. с98.].

Площадь пазового клина

.

Площадь сечения паза, заполненная обмоткой

.

Площадь сечения

,

где - находим из [2. С.345].

Так как площадь поперечного сечения паза примерно равна площади поперечного сечения обмотки , то значит проводник выбран верно.

Уточняем плотность тока

.

Высота спинки якоря

м,

где м.

Магнитная индукция в спинке якоря

Тл,

где Вб.

Из табл. 3.3 [1 с.14] видно, что полученное значение Тл меньше чем максимальное значение Тл.

Заносим данные по спецификации паза в табл. 3.1

Таблица 3.1 - Спецификация овального полузакрытого паза

Позиция Рис.3.1	Назначение	Материал	Количество слоёв	Односторонняя толщина изоляции, мм
		Наименование	Толщина, мм
1	Пазовая изоляция	Стекломиканит гибкий	0,4	1	0,4
2	То же	Стеклоткань эскапоновая	0,18	1	0,18
3	Прокладка	Стекломиканит гибкий	0,4	1	0,4
4	То же	Стеклотекстолит	0,5	1	0,5
5	Клин	Стеклотекстолит	3	-	-

Рисунок 3.1- Полузакрытые пазы овальной формы с параллельными сторонами зубцов

4. РАСЧЁТ ОБМОТКИ ЯКОРЯ

Средняя длина полувитка секций обмотки якоря с овальными пазами

м,

где м - длина лобовой части [2 с.345].

Сопротивление обмотки якоря

Ом,

где Ом*м - по табл. 4-1 [2 c.111].

Масса меди обмоток

кг.

5. РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Рисунок 5.1 - Магнитная цепь машины постоянного тока

Определение размеров магнитной цепи

Принимаем для сердечников главных полюсов:

Сталь марки 3411 толщиной , , , и м.

Ширина сердечника главного полюса

Индукция в сердечнике

Тл.

Полученное значение Тл допустимо [2 с.355].

Сечение станины

,

где Тл - индукция в станине из массивной стали [2 с.355].

Длина станины

м.

Высота станины

м.

Внутренний диаметр станины

м,

где учитывает, помимо двух зазоров, наличие стальных прокладок между главным полюсом и станиной, предназначенных для регулирования воздушного зазора;

м - определяется из рис. 8-24 [2 с.355].

Наружный диаметр массивной станины

м.

Полученное значение м сопоставимо по размерам с максимальным значением

м,

так как погрешность не превышает 5%. Значит принимаем м.

Определение средней длины магнитных линий

Воздушный зазор согласно [2 с.349] принимаем

м.

Коэффициент воздушного зазора

.

Расчётная длина воздушного зазора

м.

Зубцы якоря

м.

Спинка якоря

м.

Сердечник главного полюса

м.

Зазор между главным полюсом и станиной

м.

Станина

м.

Расчётные сечения магнитной цепи

Сечение воздушного зазора

.

Длина стали якоря

.

Минимальное сечение зубцов якоря

.

Сечение спинки якоря

.

Сечение сердечника главного полюса

.

Сечение станины .

Индукция в расчётных сечениях магнитной цепи

Предварительное значение ЭДС якоря

В,

где - по табл. 8-10 [2 с.340].

Магнитный поток на полюс

Вб.

Индукция в воздушном зазоре

Тл.

Индукция в расчётных сечениях зубцов якоря

Тл.

Индукция в спинке якоря

Тл.

Индукция в сердечнике главного полюса

Тл.

Для стали 3411 допустимое значение Тл.

Индукция в воздушном зазоре между главным полюсом и станиной

Тл.

Индукция в станине

Тл.

Магнитные напряжения отдельных участков магнитной цепи

Магнитное напряжение воздушного зазора

А.

Коэффициент вытеснения потока

.

Магнитное напряжение зубцов якоря

А,

где -определяем по таблице П-20 для стали 2312 [2 с.462 ]

Магнитное напряжение ярма якоря

А,

где -определяем по таблице П-19 для стали 2312 [2 с.462 ].

Магнитное напряжение сердечника главного полюса

А,

где -определяем по таблице П-27 для стали 3411 [2 с.465 ]

Таблица 5.1 - Расчёт характеристики намагничивания машины

Расчётная величина	Расчётная Формула	Ед. вел	0,5	0,75	0,9	1,0	1,11	1,15
ЭДС		В	105	157	188	209	230	240
Магнитный поток		Вб	0,0056	0,0084	0,01	0,0112	0,0123	0,0129
Магнитная индукция в воздушном зазоре		Тл	0,35	0,52	0,62	0,69	0,76	0,8
Магнитное напряжение воздушного зазора		А	468	695	828	922	1015	1069
Магнитная индукция в зубцах якоря		Тл	0,82	1,24	1,47	1,65	1,81	1,9
Напряжение магнитного поля в зубцах якоря		А/м	302	638	1040	1650	2800	4160
Магнитное напряжение зубцов		А	6	12	20	32	54	80
Магнитная индукция в спинке якоря		Тл	0,42	0,64	0,76	0,85	0,93	0,98
Напряжение магнитного поля в спинке якоря		А/м	93	141	180	212	243	265
Магнитное напряжение ярма якоря		А	4	6	8	9	10	11
Магнитная индукция главного полюса		Тл	0,51	0,77	0,91	1,02	1,12	1,18
Напряжение магнитного поля в сердечнике главного полюса		А/м	75	100	135	180	230	260
Магнитное напряжение сердечника главного полюса		А	3	4	5	7	9	10
Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной		А	276	416	492	552	606	638
Магнитная индукция в станине		Тл	0,69	1,03	1,22	1,37	1,51	1,58
Напряжение магнитного поля в станине		А/м	574	969	1340	1920	2990	3830
Магнитное напряжение в станине		А	57	97	134	192	298	382
Сумма магнитных напряжений всех участков цепи		А	814	1230	1487	1714	1992	2190
Сумма магнитных напряжений участков переходного слоя		А	478	713	856	963	1079	1160

Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной

А.

Магнитное напряжение станины

А,

где -определяем по таблице П-25 для стали Ст3 [2 с.465 ]

Суммарная МДС на полюс

Аналогичным образом производим расчёт для потоков равных 0,5; 0,75; 0,9; 1,1; 1,15 номинального значения. Результаты расчёта сводим в табл. 5.1.

6. РАСЧЁТ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Магнитодвижущая сила обмотки параллельного или независимого возбуждения, приходящаяся на один полюс некомпенсированного двигателя

А,

где А - находим из рис. 5.1;

А .

Т.о. .

Определяем среднюю длину витка обмотки

где м - ширина катушки [3 с.98];

м - радиус закругления катушки [3 с.98].

Сечение меди параллельной обмотки возбуждения

,

Принимаем по табл. 8.20 [2] круглый провод ПЭТВ;

По табл.П-28 [2. с.470] выбираем провод у которого:

Поперечное сечение неизолированного провода ;

Среднее значение диаметра изолированного провода ;

Номинальный диаметр не изолированного провода .

Номинальную плотность тока принимаем для двигателя степени защиты IP44.

Число витков на полюс

.

Определяем номинальный ток возбуждения

А.

Плотность тока в обмотке

.

Полная длина обмотки

м.

Сопротивление обмотки возбуждения при

Ом.

Сопротивление обмотки возбуждения при

Ом.

Масса меди параллельной обмотки

7. РАСЧЁТ КОЛЛЕКТОРА И ЩЁТОК

Длина рабочей поверхности коллектора рассчитывается с учётом возможности правильного расположения щёток на одном щёточном болте.

Определяющим при выборе щёток является площадь щёточного контакта и ширина щёток. Последняя предварительно рассчитывается в зависимости от коллекторного деления

м.

Принимаем щётку по табл. П-34 [2]:

Ширина щётки м;

Длина щётки м;

Марка щётки - ЭГ-14 (табл. П-35 [2]).

По условиям коммутации ширина щётки не должна превышать значения

м.

Поверхность соприкосновения щётки с коллектором

.

Число щёток на болт

,

где - допустимая плотность тока из табл. П-35 [2].

Принимаем .

Поверхность соприкосновения всех щёток с коллектором

.

Плотность тока по щёткам

.

Активная длина коллектора

м.

8. КОММУТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Ширина зоны коммутации

Проверка условия

,

Полученное отношение удовлетворяет условию

.

Коэффициент магнитной проводимости для овальных полузакрытых пазов

где м.

Реактивная ЭДС

Воздушный зазор под добавочным полюсом принимаем

м.

Расчётная длина воздушного зазора под добавочным полюсом

м,

.

Средняя индукция в воздушном зазоре под добавочным полюсом

Тл.

Расчётная ширина наконечника добавочного полюса

;

м.

Действительная ширина наконечника добавочного полюса

м.

Магнитный поток добавочного полюса в воздушном зазоре

Вб.

Выбираем коэффициент рассеяния добавочного полюса [3 c.111] и определяем магнитный поток в сердечнике добавочного полюса

Вб.

Сечение сердечника добавочного полюса

.

Расчётная индукция в сердечнике добавочного полюса

Тл.

Полученное значение не превышает допустимого значения равного Тл.

Расчёт магнитной цепи добавочных полюсов сведён в табл. 8.1

Таблица 8.1 - Расчёт магнитодвижущей силы обмотки добавочных полюсов

Расчётная величина	Расчётная формула	Единицы величины	Численное значение
Магнитный поток в воздушном зазоре		Вб
Магнитная индукция в воздушном зазоре		Тл	0,4
Магнитное напряжение воздушного зазора		А	784
Магнитная индукция в зубцах якоря		Тл	0,96
Напряжённость магнитного поля в зубцах якоря		А/м	379
Магнитное напряжение зубцов		А	7,3
Магнитное напряжение в спинке ярма якоря: С согласным направлением магнитного потока С встречным направлением магнитного потока		Тл Тл	0,75 0,38
Напряженность магнитного поля: на участке с индукцией Вj1; на участке с индукцией Вj2; средняя напряжённость магнитного поля в ярме		А/м А/м А/м	176 76 50
Магнитное напряжение якоря		А	2
Магнитный поток добавочного полюса		Вб
Магнитная инд. добавочного полюса		Тл	0,9
Напряжение магнитного поля в сердечнике добавочного полюса		А/м	130
Магнитное напряжение сердечника главного полюса		А	0,3
Магнитное напряжение воздушного зазора между станиной и доб. полюсом		А	144
Магнитная индукция в станине: на участке согласного направления магнитных потоков; на участке встречного направления магнитных потоков.		Тл Тл	1,55 1,19
Напряженность магнитного поля в станине		А/м А/м А/м	3420 1269 1075,5
Магнитное напряжение участка станины		А	107,3
Сумма магнитных напряжений всех участков		А	1045
МДС обмотки добавочного полюса		А	1909

9. РАСЧЁТ ОБМОТКИ ДОБАВОЧНЫХ ПОЛЮСОВ

Число витков обмотки добавочного полюса на один полюс

.

Предварительное сечение провода

где -плотность тока согласно [2 с.359]

Принимаем проводник обмотки добавочных полюсов из прямоугольного провода без изоляции (голая шинная медь) согласно рекомендациям табл. 8-20 [2] с однослойной намоткой меди на ребро.

Размеры провода мм, сердечника .

Средняя длина витка обмотки добавочного полюса

где м - ширина катушки [3 с.98];

м - радиус закругления катушки;

м - длина сердечника.

Полная длина проводников обмотки

м.

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при

Ом.

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при

Ом.

Масса меди обмотки добавочных полюсов

10. ПОТЕРИ И КПД

Электрические потери в обмотке якоря

Вт.

10.2 Электрические потери в обмотке добавочных полюсов

Вт.

Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения

Вт

Электрические потери в переходном контакте щёток на коллекторе

Вт,

где В - падение напряжения в переходном контакте щёток.

Потери на трение щёток о коллектор по (8.110) из [2]

Вт.

Потери в подшипниках и на вентиляцию по рис. 8.30 [2].

Вт.

Масса стали ярма якоря

Масса стали зубцов якоря с овальными пазами.

Магнитные потери в ярме якоря

Вт,

Вт .

Магнитные потери в зубцах якоря

Вт,

Вт .

Добавочные потери

Вт.

Сумма потерь

Потребляемая мощность

Вт.

Потребляемый ток

А.

Коэффициент полезного действия

.

11. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ СО СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБМОТКОЙ

МДС стабилизирующей обмоткой

А.

.

Принимаем плотность тока в проводниках стабилизирующей обмотки такую же, как в параллельной обмотке возбуждения

.

Определим сечение обмоточного провода

.

Принимаем проводник обмотки из прямоугольного провода согласно рекомендациям табл. 8-20 [2]. Размеры провода , сечение .

Длина витка стабилизирующей обмотки

.

Полная длина стабилизирующей обмотки

м.

Сопротивление стабилизирующей обмотки при

Ом.

Сопротивление стабилизирующей обмотки при

Ом.

ЭДС якоря при номинальной нагрузке

Магнитный поток в воздушном зазоре при номинальной нагрузке

Вб.

Индукция в зазоре машины

Тл.

По характеристике холостого хода определяем

А.

МДС обмотки возбуждения

А.

Номинальный ток возбуждения

А.

Результаты расчётов выполненных по п. 11.1-11.12 сведём в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 - результаты расчёта рабочих характеристик двигателя со стабилизирующей обмоткой

Параметр	Ед. вел	Формулы, рисунок, пункт	Параметры при К
			0,1	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5
	А		2,45	6,125	12,25	18,375	24,5	30,625	36,75
	В	П. 11.8	216	212,8	208	202,8	197,7	192,6	187,6
	А		5,6	14	28	42	56	70	84
	А		5,8	14,5	29	43,5	58	72,5	87
	А		1568,2	1568,5	1569	1569,5	1570	1570,5	1571
	Вб	По рис. 5.2	0,0103	0,01035	0,0104	0,0105	0,0106	0,0107	0,0108
	об/мин		1128	1105	1075	1038	1003	968	934
	Вт		867	1694	3014	4356	5698	7040	8382
	Вт		527	1298	2538	3711	4745	5874	6866
	Вт		30	30	30	30	30	30	30
	Вт		190	200	202	204	206	208	210
	Вт		0,55	3,44	13,75	31	55	86	124
	Вт		298	1065	2292	3446	4454	5550	6502
	Вт		569	629	722	910	1244	1490	1880
	%		34,4	61	76	79	80	79	78
	Нм		2,5	9,2	20,4	31,7	42,4	54,8	66,5
	А		3,85	7,525	13,65	19,775	25,9	32,025	38,15

12. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ БЕЗ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБМОТКИ

ЭДС якоря при номинальной нагрузке

Магнитный поток в воздушном зазоре при номинальной нагрузке

Вб.

Индукция в зазоре машины

Тл.

По характеристике холостого хода определяем

А.

МДС обмотки возбуждения

А.

Определим сечение меди параллельной обмотки возбуждения

.

Принимаем по табл. 8-20 [2] круглый провод ПЭТВ, по табл. П-28 [2] диаметр голого провода м, диаметр изолированного провода м, сечение .

Число витков на полюс

.

Номинальный ток возбуждения

А.

Результаты расчётов выполненных по п. 12.1-12.8 сведём в таблицу 12.1.

Таблица 12.1 - результаты расчёта рабочих характеристик двигателя без стабилизирующей обмотки

Параметр	Ед. вел	Формулы, рисунки, пункт	Параметры при К
			0,1	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5
	А		2,45	6,125	12,25	18,375	24,5	30,625	36,75
	В	П. 12.1	216	213	208	203	198	193	188
	А		5,6	14	28	42	56	70	84
	А		1595,6	1604	1618	1632	1646	1660	1674
	Вб	По рис. 5.2	0,0111	0,011	0,0109	0,0108	0,0107	0,0106	0,0104
	об/мин		1046	1041	1026	1011	1000	980	972
	Вт		867	1694	3014	4356	5698	7040	8382
	Вт		534	1315	2569	3761	4891	5959	6965
	Вт		30	30	30	30	30	30	30
	Вт		214	212	210	208	206	204	202
	Вт		0,55	3,44	13,75	31	55	86	124
	Вт		290	1070	2315	3492	4600	5639	6609
	Вт		583	619	732	914	1164	1484	1872
	%		33	63	76	79	80	79	78
	Нм		2,5	9,2	20,4	31,7	42,4	54,8	66,5
	А		3,85	7,525	13,65	19,775	25,9	32,025	38,15



Рисунок 12.1 - Рабочие характеристики двигателя постоянного тока

со стабилизирующей обмоткой

без стабилизирующей обмотки

Номинальные данные двигателя по его рабочим характеристикам

; ; ; ; ; .

Рисунок 12.2 - Эскиз межполюсного окна двигателя (пунктиром показаны поверхности охлаждения обмоток главных и добавочных полюсов)

Рисунок 12.3 - Коллекторная пластина

13. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

Задача теплового расчёта - определение превышения температуры отдельных частей машин.

Для приближённой оценки тепловой напряжённости машины необходимо сопротивления обмоток привести к температуре, соответствующей классу нагревостойкости В, при этом сопротивления умножаются на коэффициент .

Расчётные сопротивления обмоток

Ом,

Ом,

Ом.

Потери в обмотках

А,

А,

А.

Превышение температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря

где - поверхность охлаждения пазовой части обмотки якоря, которая находится по формуле

- эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции;

- эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции секции из круглого провода.

Расчёт бандажа

Выбираем бандаж из стеклоленты ЛСБ шириной:

м для якоря;

м для вылетов.

Количеством бандажных канавок - 3 шт.

Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря

,

где - коэффициент теплоотдачи по рис. 8-32 [2];

- поверхность охлаждения наружной поверхности лобовых частей обмотки якоря, которая находится по формуле

,

где - длина вылета лобовой части обмотки якоря при .

Расчёт перепада температуры охлаждаемой поверхности якоря

.

Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки

где - периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части, для овального полузакрытого паза

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха

Сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объём воздухом

Вт.

Условная поверхность охлаждения двигателя

.

Среднее повышение температуры воздуха внутри двигателя

,

где - коэффициент подогрева воздуха по рис. 8-32 [2].

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды

Наружная поверхность охлаждения катушки обмотки возбуждения

Превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины

,

где определяется согласно [2, с.368];

- коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки возбуждения по рис. 8-31 [2].

Перепад температуры в изоляции катушки

Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды

Превышение температуры наружной поверхности добавочного полюса над температурой воздуха внутри машины

.

Перепад температуры в изоляции катушки добавочного полюса

Среднее превышение температуры обмотки добавочных полюсов над температурой охлаждающей среды

.

Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя

где - коэффициент теплоотдачи с поверхности коллектора по рис. 8-33 [2].

14. ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЁТ

Необходимое количество охлаждающего воздуха

где - превышение температуры воздуха.

Принимаем наружный диаметр центробежного вентилятора равным приблизительно

м.

Окружная скорость вентилятора по наружному диаметру

.

Внутренний диаметр колеса вентилятора

м.

Окружная скорость вентилятора по внутреннему диаметру

.

Ширина лопаток вентилятора

м.

Число лопаток

.

Давление вентилятора при холостом ходе (х.х.)

.

Где - аэродинамический КПД вентилятора в режиме х.х.

Максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания (к.з.)

,

где .

Аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы машины по рис. 5-20 [2]

.

Действительный расход воздуха

.

Действительное давление вентилятора

.

Мощность потребляемая вентилятором

,

где - энергетический КПД вентилятора.

ВЫВОД

Итак, спроектирован двигатель постоянного тока с мощностью 4,5 кВт, степенью защиты IP44. Двигатель с такой степенью защиты предназначен для работы в не очень пыльных помещениях; машина защищена также от попадания в неё капель, падающих под углом менее .

Тепловой расчёт показал, что температуры перегрева отдельных частей машины близки к предельно допустимым, что говорит о хорошем использовании машины.

Серийно изготовляемый двигатель по основным показателям мало отличается от спроектированного.

Конструктивные особенности спроектированного двигателя: коллектор арочного типа, одна щётка на болт, крепление обмотки якоря бандажом, осевой вентилятор, коробка выводов размещена сверху. Для повышения надёжности и механической прочности машины станина выполняется длинной и подшипниковые щиты небольшими.

Станина выполняется сварной из листовой стали, причём сварной шов расположен по линии главных полюсов, чтобы не препятствовать замыканию магнитного потока.

В обмотке, секции каждой параллельной ветви равномерно расположены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная нессиметрия не влечёт за собой неравенства ЭДС в параллельных ветвях, так как она одинаково влияет на все параллельные ветви обмотки, в связи с этим уравнительные соединения не нужны.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Методические указания по курсовому проекту «Расчёт двигателя постоянного тока». - Донецк.: ДПИ, 1989.

Проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980. - 496 с.

Морозов Г.А. Расчёт электрических машин постоянного тока. -М.: Высш. шк., 1977 -224 с.

Тембель П.В., Геращенко Г.В. Справочник по обмоточным данным электрических машин и аппаратов. 3-е изд., перераб. -Киев: Техника. 1981.- 481 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

СВОДНЫЕ ДАННЫЕ РАСЧЁТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Номинальные данные машины

; ; ; ; ; .

Основные геометрические данные и размеры

якоря: ; ; ; ; ; ; ; ;

коллектора, щёток ; ; ; ; ;

марки щёток ЭГ-14; ; ; ;

полюсов ; ; ;

Обмотка якоря: размеры провода ; марка провода ПЭТСО; ; ; ; ; размер паза .

Данные обмоток полюсов

Тип обмотки	Число витков на полюс	Размеры провода	Марка провода	Плотность тока
Возбуждения			ПЭТВ
Добавочных полюсов			Голая шинная медь

Электромагнитные нагрузки

; ; ; ; ; ; ; ;

Потери при номинальной нагрузке

Вид потерь	Вт	Процент к сумме потерь
В обмотке якоря	375	32
В обмотке добавочных полюсов	144	12
В обмотке возбуждения	330	28
В контакте щёток	50	4,2
На трение щёток	20	1,6
В подшипниках и вентиляторе	10	0,8
В ярме якоря	80	7
В зубцах якоря	126	11
Добавочные потери	55	4,6

Среднее превышение температуры отдельных частей машины над охлаждающим воздухом

обмотки якоря ;

добавочных полюсов ;

обмотки возбуждения ;

поверхности коллектора .

Размещено на Allbest.ru