Проектирование электрического двигателя постоянного тока

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    400,04 Кб
  • Опубликовано:
    2012-04-29
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Проектирование электрического двигателя постоянного тока
















Тема «Проектирование электрического двигателя постоянного тока»

Содержание

Введение

Выбор главных размеров и расчет параметров якоря

.1 Определение главных размеров

.2 Выбор типа обмотки якоря

.3 Определение обмоточных данных

.4 Расчет геометрии зубцовой зоны

Магнитная система машин постоянного тока

.1 Воздушный зазор под главным полюсом

.2 Зубцовая зона сердечника якоря

.3 Ярмо сердечника якоря

.4 Сердечник главного полюса

.5 Зазор между полюсом и станиной

.6 Станина

.7 Характеристика намагничивания. Переходная характеристика

Расчет системы возбуждения

.1 Определение размагничивающего действия поперечной реакции якоря

.2 Расчет обмоток при параллельном возбуждении

.3 Расчет обмоток при смешанном возбуждении

Оценка коммутационных параметров

.1 Расчет коммутационных параметров

.2 Расчет щеточно-коллекторного узла

.3 Расчет магнитной цепи добавочных полюсов

.4 Расчет обмотки добавочного полюса

Потери мощности и рабочие характеристики

.1 Расчет потерь мощности

.2 Определение номинальных параметров

Тепловой расчет

Вентиляционный расчет

Заключение

Использованная литература

Введение

электрический двигатель постоянный ток

Электромашиностроение начало развиваться с середины XIX в. Исследование электромагнитных полей, проведённые в то время учёными, позволили преступить к созданию моделей для практического применения.

Выдающиеся значение имели работы французского физика А. Ампера, английского физика М. Фарадея и русских учёных Э. Ленца, Б. Якоби и М. О. Доливо-Добровольского, работы которого дали мощный толчок использованию переменного тока. К началу XX в. стали вполне очевидными достоинства и широкие возможности использования в народном хозяйстве электрической энергии.

Продолжительный период времени электрический генератор, и электрический двигатель развивались независимо друг от друга, и только в 70-х годах XIX в пути их развития объединились.

Электрическая машина постоянного тока прошла 4 этапа развития:

)        магнитоэлектрические машины с постоянными магнитами;

)        машины с электромагнитами с независимым возбуждением;

)        электрические машины с самовозбуждением и элементарными якорями;

)        электрические машины с усовершенствованными якорями и многополюсными системами.

Начальный период развития электрических машин связан главным образом с постоянным током. Объясняется это тем ,что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе.

В 80-х годах прошлого столетия возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882 г. были проведены первые опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшало работу коллектора и часто приводило к авариям.Основной недостаток машин постоянного тока - это более сложная, дорогая и менее надежная конструкция по сравнению с бесколлекторными машинами переменного тока. Коэффициент полезного действия машин постоянного тока зависит от их номинальной мощности, и с ее возрастанием к. п. д. увеличивается. Для микромашин обычно к. п. д. ~60%, для машин мощностью свыше 100 кВт к. п. д. превышает 90%.

Основным недостатком более простых в изготовлении и обслуживании двигателей переменного тока являются трудности регулирования их частоты вращения. Поэтому если в процессе эксплуатации требуется плавно регулировать частоту вращения двигателей в широких пределах, то применяют электродвигатели постоянного тока. Наряду с двигателями находят широкое применение и генераторы постоянного тока. Машины постоянного тока, как двигатели, так и генераторы, используют на транспорте, судах, самолетах, в схемах автоматики (в виде микродвигателей) и т. д. Генераторы постоянного тока применяют для питания двигателей постоянного тока, электролитических ванн, а также в качестве сварочных генераторов, в схемах автоматического управления в качестве усилителей электрических сигналов управления и тахогенераторов (датчиков частоты вращения) и др.

1 Выбор главных размеров и расчет параметров якоря

.1 Определение главных параметров

.1.1 Диаметр якоря

 м.

.1.2 Линейная нагрузка А, индукция в воздушном зазоре Bδ, коэффициент полюсного перекрытия αδ


Минимум

Ср. значение

Максимум

А, А/м

13000

18000

23000

Вδ, Тл

0.55

0.625

0.7

αδ

0.59

0.615

0.64


.1.3 Расчетная электромагнитная мощность

,

где η = 0.78 - предварительное значение коэффициента полезного действия

 Вт.

.1.4 Длина воздушного зазора

.

Расчет проводим при различных сочетаниях значений А, Вδ, αδ.

1

2

3

lδ, м

0.198

0.133

0.159


.1.5 Отношение главных размеров

.

λ1.270.8541.021





.1.6 Выберем вариант №3: λ=1.021, lδ=0.159 м, А=20394 А/м, Вδ=0.666 Тл, αδ=0.635.

Выбор производится исходя из того, что при λ=1 получается машина, сбалансированная по сумме производственных, технологических и эксплуатационных затрат.

.2 Выбор типа обмотки якоря

.2.1 Ток якоря

,

где кв=0.035 - коэффициент токовозбуждения,

А.

.2.2 Ток параллельной ветви

,

где - число параллельных ветвей.

 А.

По типу исполнения обмотку выберем простую волновую.

.3 Определение обмоточных данных

.3.1 Число зубцов

, ,

где t1max, t1min - максимальное и минимальное значение коллекторного деления,

, .

Принимаем .

.3.2 Зубцовое деление м

.3.3 Предварительное число эффективных проводников

,


Принимаем .

.3.4 Число эффективных проводников в пазу

,

.

Принимаем .

Уточняем N: ,

.

.3.5 Диаметр коллектора

,

м.

Принимаем м.

.3.6 Число коллекторных пластин

,

где uп=1,3,5 - число элементарных пазов в реальных пазах,

.3.7 Число витков в секции:

.

.3.8 Напряжение между коллекторными пластинами

,

где 2·p=4 - число пар полюсов.

.3.9 Коллекторное деление




uп=1

uп=3

uп=5

K

29

87

145

wC

6

2

1.2

UK,CP, В

30.345

10.115

6.069

tK, м

0.012



Выбираем вариант с uп=3. Т.к.  должно быть <16; - целым, а К нечётным.

.3.10 Уточненное число проводников

,

.3.11 Число витков в обмотке якоря

, .

.3.12 Первый частичный шаг

, ,

где ε - коэффициент удлинения шага обмотки,

y1П - первый частичный шаг по реальным пазам,

, .

.3.13 Шаг по коллектору и второй частичный шаг

, , ,

где p - число полюсов,

y2П - второй частичный по реальным пазам,

, , .

.3.14 Уточненная линейная нагрузка

, А/м.

Расхождение полученного значения со значением, принятым в пункте 1.1.6, составляет <10%, что в пределах нормы.

.3.15 Уточняем длину воздушного зазора

,

 м.

.3.16 Плотность тока в обмотке якоря

,

где  - предварительно заданное по справочнику значение для класса нагревостойкости В,

 А/м2.

.3.17 Поперечное сечение эффективного проводника

,

 м2.

Так как полученное значение qa>2.54 мм2 , разобьем проводник на 2 элементарных проводника. Полученное сечение проводника нормируется. Имеем по ГОСТ для марки проводов ПЭТВ:

nЭЛ=2,  м2,  м, м.

Сечение эффективного проводника

 м2.

.3.18 Сопротивление обмотки якоря

,

где mt - температурный коэффициент, учитывающий повышение удельного сопротивления при рабочей температуре ,

ρ, Ом·м - удельное сопротивление меди,

lacp , м- средняя длина полувитка обмотки якоря,

lacp=lп+ lл=lδ+ lл,

где lп , м - длина пазовой части, принимается равной lδ,

lл , м - длина лобовой части обмотки якоря, для четырехполюсной машины принимается равной ,

м,

lacp=0.159+0.156=0.315 м.

Получим:

 Ом.

.3.19 Масса проводников обмотки якоря

где mM=8900 кг/м3 - удельная масса меди,

кг.

1.4 Расчет геометрии зубцовой зоны

.4.1 Ширина зубца при овальной форме паза

,

где кС=0.95 - коэффициент заполнения пакета якоря сталью при оксидировании,

ВZД, Тл - допустимое значение индукции в зубце, принимаемое в зависимости от частоты перемагничивания, степени защиты и способа охлаждения.

Частоту перемагничивания определим по формуле:

,

 Гц.

Принимаем значение допустимой индукции  Тл.

 м.

.4.2 Высота паза выбирается в соответствии с высотой оси вращения

 м.

.4.3 Внутренний диаметр якоря

DO ≈ 0.3·D,

DO ≈ 0.3·0.156 = 0.0462.м

Принимаем DO = 0.055 м.

.4.4 Большой радиус паза

,

где  м - высота шлица паза.

 м.

.4.5 Малый радиус паза

,

 м.

.4.6 Расстояние между центрами радиусов

,

 м.

.4.7 Площадь паза в штампе

,

 м2.

.4.8 Площадь пазовой изоляции

,

где  м - толщина пазовой изоляции.

 м2.

.4.9 Площадь пазового клина

,

 ,м2.

.4.10 Площадь паза под обмотку

,

 ,м2.

.4.11 Площадь обмотки

,

 ,м2.

.4.12 Коэффициент заполнения паза:

,

.

2 Магнитная система машин постоянного тока

.1 Воздушный зазор под главным полюсом

.1.1 Величина воздушного зазора под главным полюсом

,

 ,м.

.1.2 Полюсное деление

,м.

.1.3 Ширина полюсного наконечника

,м.

.1.4 Коэффициент воздушного зазора

,

где м - ширина шлица паза,

.1.5 Уточнение величины воздушного зазора

,м.

Принимаем ,м.

.1.6 Предварительное значение ЭДС якоря


где кД=0.9 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в якорной цепи,

.1.7 Магнитный поток в воздушном зазоре

,Вб

.1.8 Площадь поперечного сечения

,

.1.9 Магнитная индукция воздушного зазора

,Тл

.1.10 Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре

,А/м

.1.11 Расчётная длина воздушного зазора

 - коэффициент Картера, учитывающий зубчатость якоря,

.1.12 Магнитное напряжение воздушного зазора

,А.

.2 Зубцовая зона сердечника якоря

.2.1 Магнитный поток в зубцовой зоне

,

 Вб.

.2.2 Площадь сечения зубцовой зоны при овальной форме паза

,

 м2.

.2.3 Магнитная индукция зубцовой зоны

,

Тл.

Сердечник якоря собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2312, толщиной 0.5 мм.

2.2.4 Определим по основной кривой намагничивания для стали 2312 напряженность магнитного поля зубцовой зоны якоря

,А/м.

.2.5 Расчетная длина зубцового слоя при пазах овальной формы

,

,м.

2.2.7 Магнитное напряжение зубцового слоя

,

,А.

.3 Ярмо сердечника якоря

.3.1 Магнитный поток в ярме якоря

,

 ,Вб.

.3.2 Площадь сечения ярма сердечника

,

где , м - высота ярма сердечника якоря,

,

 ,м.

Получим:  ,м2.

2.3.3 Магнитная индукция ярма сердечника якоря

,

,Тл.

.3.4 По основной кривой намагничивания для стали 2312 определим напряженность магнитного поля в ярме сердечника якоря

,А/м.

.3.5 Расчетная длина ярма сердечника якоря

,

,м.

.3.6 Магнитное напряжение ярма сердечника якоря:

,

 ,А.

.4 Сердечник главного полюса

.4.1 Магнитный поток в сердечнике главного полюса

,

где  - коэффициент магнитного рассеяния главных полюсов,

,Вб.

.4.2 Площадь сечения сердечника главного полюса

,

где  - коэффициент заполнения сердечника главного полюса сталью,

,м - длина сердечника главного полюса:

,

,м.

,м - ширина сердечника главного полюса:

,

,м.

Получим:

 ,м2.

.4.3 Магнитная индукция в сердечнике главного полюса

,

 ,Тл.

Сердечники главных полюсов собирают из штампованных листов анизотропной холоднокатаной электротехнической стали марки 3411, толщиной 1,0 мм.

.4.4 По основной кривой намагничивания для стали 3411 определим напряженность магнитного поля в сердечнике главного полюса

,А/м.

.4.5 Расчетная длина сердечника главного полюса

,

где м - высота сердечника главного полюса,

,м.

.4.6 Магнитное напряжение сердечника главного полюса

,

 ,А.

.5 Зазор между полюсом и станиной


,

 Вб.

.5.2 Площадь сечения зазора между станиной и полюсом

,

 м2.

.5.3 Магнитная индукция в воздушном зазоре между главным полюсом и станиной

,

Тл.

.5.4 Напряженность магнитного поля в зазоре

 ,А/м

,А/м.

.5.5 Расчетная длина зазора между полюсом и станиной

м.

.5.6 Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной

.

, А.

2.6 Станина

.6.1 Магнитный поток в станине с учетом его разветвления

,

Вб.

.6.2 Площадь сечения станины

,

где  Тл - допустимое значение индукции в станине двигателя, выбирается в зависимости от степени защиты и способа охлаждения,

,м2.

.6.3 Магнитная индукция в станине

,

 Тл.

Марка стали станины Ст3.

2.6.4 По основной кривой намагничивания для стали Ст3 определим напряженность магнитного поля в станине

А/м.

.6.5 Расчетная длина станины

,

где ,м - толщина станины:

,

где ,м - длина станины:

,

 м,

 м.

, м - наружный диаметр станины:

,

м.

Получим:

м.

.6.6 Магнитное напряжение в станине

,

А.

2.7 Характеристика намагничивания. Переходная характеристика

.7.1 Суммарная МДС на полюс

,

А.

.7.2 МДС переходного слоя

,

А.

Для построения характеристик машины постоянного тока необходимо определить сумму МДС всех участков магнитной цепи при значениях потока в воздушном зазоре . Расчет характеристики намагничивания и переходной характеристики производится по приведенной в таблице 1 форме. По данным таблицы 1 построим характеристику намагничивания машины постоянного тока  и переходную характеристику . Вид характеристик представлен на рисунке 3.

Таблица 1 - Расчет характеристик машины постоянного тока

 Расчетная величина

 0.5·ЕН

 0.75·ЕН

 0.9·ЕН

1.0·ЕН

1.1·ЕН

1.15·ЕН

 Воздушный зазор под главным

 полюсом

2.1.7 Фδ, Вб·10-3

3.8793

5.81895

 6.98274

7.7586

8.53446

8.92239

 2.1.8 Площадь сечения воздушного зазора Sδ=12.36·10-3, м2

2.1.9 Вδ, Тл

0.31385

0.47

 0.56493

 0.6277

0.69

0.721855

2.1.10 Нδ, А/м

 251080

376620

451944

 502160

 552376

 577484

2.1.11 Расчетная длина воздушного зазора Lδ=1.32·10-3

 

2.1.12 , А331.426497.138596.566662.85729.136762.28







Зубцовая зона сердечника якоря

2.2.1 ФZ, Вб·10-3

3.8793

 5.81895

6.98

7.76

8.53

 8.9224

2.2.2 Площадь сечения зубцовой зоны при овальной форме паза SZ=4.577099·10-3, м2

2.2.3 ВZ, Тл

0.8475

1.27

1.5255

1.695

 1.8645

1.949

2.2.4 НZ, А/м

164

482

1976

7500

17300

27700

 2.2.5 Расчетная длина зубцового слоя при овальной форме паза LZ=23.081·10-3, м2

2.2.6 FZ, A

3.785

 11.1249

45.6

173.106

399.298

639.34

Ярмо сердечника якоря

2.3.1 Фj, Вб·10-3

1.94

2.91

3.49

3.88

4.27

4.46

 2.3.2 Площадь сечения ярма сердечника якоря Sj=4.38045·10-3, м2

2.3.3 Вj, Тл

0.44

0.66

0.792

0.88

0.968

1.012

2.3.4 Нj, А/м

72

92

136

 180

224

 248

2.3.5 Расчетная длина ярма сердечника якоря Lj=0.0455, м

2.3.6 Fj, А

3.276

4.186

6.188

8.19

 10.192

11.284

Сердечник главного полюса

2.4.1 ФГ, Вб·10-3

4.655

6.98

8.38

9.31

10.24

10.7

2.4.2 Площадь сечения сердечника главного полюса SГ=9.3965·10-3, м2

2.4.3 ВГ, Тл

0.4955

0.74325

0.8919

0.991

1.09

1.14

2.4.4 НГ, А/м

84.15

126.35

151.62

170

210

240

 2.4.5 Расчетная длина сердечника главного полюса LГ=61·10-3, м

2.4.6 FГ, А

5.13

7.7

9.25

10.37

12.81

14.64

Зазор между станиной и полюсом

 2.5.1 ФСП, Вб·10-3

4.66

6.98

8.38

9.31

10.24

10.7

 2.5.2 Площадь сечения зазора между станиной и полюсом SСП=9.3965·10-3, м2

2.5.3 ВСП, Тл

0.496

0.74

0.89

0.991

1.09

1.14

2.5.4 НСП, А/м

396400

 594600

713520

792800

 872080

 911720

2.5.5 Расчетная длина зазора между станиной и полюсом LСП=131.8·10-6, м2

2.5.6 FСП, А

52.246

92 78.37

94.04

104.49

 114.94

 120.165

Станина

22.6.1 ФС, Вб·10-3

2.33

3.49

4.19

4.655

5.12

5.35

 2.6.2 Площадь сечения станины SС=3.581·10-3, м2

2.6.3 ВС, Тл

0.65

0.975

1.17

1.30

1.43

1.495

2.6.4 НС, А/м

535

892

1227

1590

2300

 2845

 2.6.5 Расчетная длина станины LС=123.9·10-3, м

2.6.6 FС, А

66.28

110.52

152.02

197

284.97

352.496

F∑, А

 462.152

709.04

903.68

1155.96

 1551.35

 1900.2

FδZj, A

 338.49

 512.45

 648.36

844.15

1138.63

1412.9


Рис.3-Характеристика намагничивания.

Рис.4-Переходная характеристика.

3 Расчет системы возбуждения

.1 Определение размагничивающего действия поперечной реакции якоря

3.1.1 Определим величину :

, А.

.1.2 По переходной характеристике определим величины и :

 Тл,  Тл.

.1.3 Среднее значение индукции в воздушном зазоре

,

 ,Тл.

.1.4 По переходной характеристике определим размагничивающее действие поперечной реакции якоря: ,А.

.2 Расчет обмоток при параллельном возбуждении

.2.1 Необходимое значение МДС обмотки параллельного возбуждения:

 , ,

, А.

.2.2 Поперечное сечение проводников параллельной обмотки возбуждения:

,

где ,

 - число параллельных ветвей параллельной обмотки возбуждения, в некомпенсированных машинах принимается равным ,

 - коэффициент запаса,

 - толщина изоляции плюс односторонний зазор между катушкой и полюсом, принимаем равным ,

 - средняя длина витка параллельной обмотки возбуждения,

,

где - ширина катушки обмотки возбуждения,

 м,

, м,

 м2,

Поперечное сечение проводников нормируется, получим:

 м2.

.2.3 Число витков на один полюс:

,

где ,

где  А/м2 - значение плотности тока в параллельной обмотке возбуждения,

 А,

.

Принимаем число витков .

.2.4 Сопротивление обмотки возбуждения:

,

 Ом.

.2.5 Масса меди обмотки возбуждения:

,

 кг.

.2.6 Коэффициент запаса:

,

где  - максимальное значение тока обмотки возбуждения,

 ,А, .

3.3 Расчет обмоток при смешанном возбуждении

.3.1 Необходимое значение МДС:

, .

.3.2 Значение МДС последовательной стабилизирующей обмотки:

,  А.

.3.3 Число витков последовательной стабилизирующей обмотки на один полюс:

,

где  - число параллельных ветвей стабилизирующей обмотки, в некомпенсированных машинах принимается равным ,

.

Принимаем число витков .

Уточним значение МДС последовательной стабилизирующей обмотки:

 А.

.3.4 Предварительное сечение проводников стабилизирующей обмотки:

,

где  - плотность тока в последовательной стабилизирующей обмотке возбуждения,

 м2.

Принимаем  м2. Проводник выберем с прямоугольной формой сечения марки ПЭВП, со сторонами м и м.

.3.5 Средняя длина витка стабилизирующей обмотки:

 ,м.

.3.6 Сопротивление стабилизирующей обмотки:

,

, Ом.

.3.7 Масса меди стабилизирующей обмотки:

,

, кг.

.3.8 МДС обмотки параллельного возбуждения:

,

 ,А.

.3.9 Поперечное сечение проводников параллельной обмотки возбуждения:

,

 ,м2.

Поперечное сечение проводников нормируется, получим:

 ,м2.

.3.10 Число витков на один полюс:

,

где ,

где  А/м2 - значение плотности тока в параллельной обмотке возбуждения,

 ,А,

.

Принимаем число витков .

.3.11 Сопротивление обмотки возбуждения:

,


.3.12 Масса меди обмотки возбуждения:

,

 ,кг.

.3.13 Коэффициент запаса:

,

где  - максимальное значение тока обмотки возбуждения,

 А, .

4 Оценка коммутационных параметров

.1 Расчет коммутационных параметров

.1.1 Окружная скорость якоря:

,

 ,м/с.

.1.2 Коэффициент удельной проводимости пазового рассеяния для овального паза:

,

.

.1.3 Значение реактивной ЭДС:

,

 В.

.2 Расчет щеточно-коллекторного узла

.2.1 Ширина щетки:

,

где γ - коэффициент щеточного перекрытия, назначим ,

м.

Из условия,  В, выберем графитные щетки марки 611М.

Принимаем ширину щетки .

.2.2 Ширина зоны коммутации:

,

м.

.2.3 Коэффициент зоны коммутации:

,

.

.2.4 Контактная площадь щеток на один щеточный болт:

,

где  А/м2 - плотность тока под щеткой,

, м2.

.2.5 Длина щетки:

,

где  - число щеток на щеточный болт, принимаем ,

 м.

Принимаем длину щетки м.

.2.6 Уточненное значение плотности тока под щеткой:

,

 А/м2.

.2.7 Активная длина коллектора:

,

, м.

.3 Расчет магнитной цепи добавочных полюсов

.3.1 Воздушный зазор под добавочным полюсом:

,

 м.

.3.2 ЭДС коммутации:

,

 ,В.

.3.3 Индукция под добавочным полюсом:

,

 Тл.

4.3.4 Магнитный поток в воздушном зазоре под добавочным полюсом:

,

где , м - длина наконечника добавочного полюса, принимаем ,

, м - ширина наконечника добавочного полюса,

.

Получим:

 ,м.

Получим в итоге, что:

 Вб.

.3.5 Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса:

,

где σД - коэффициент магнитного рассеяния добавочного полюса.

В машинах без компенсационной обмотки , примем .

Получим:

 ,Вб.

.3.6 Индукция в сердечнике добавочного полюса:

,

где , м2 - сечение сердечника добавочного полюса.

,

где , м - длина сердечника добавочного полюса, принимаем ,

, м - ширина сердечника добавочного полюса,

,

м.

 ,м2.

Получим:

, Тл.

.4 Расчет обмотки добавочного полюса

.4.1 Приближенное значение МДС обмотки добавочных полюсов:

,

 ,А.

4.4.2 Число витков в обмотке добавочных полюсов:

,

где  - число параллельных ветвей обмотки добавочных полюсов,

.

Принимаем .

.4.3 Площадь поперечного сечения проводников обмотки добавочных полюсов:

,

где А/м2 - плотность тока в обмотке добавочных полюсов,

 ,м2.

Принимаем провод прямоугольного сечения марки ПЭВП с площадью сечения  м2, номинальными размерами м и м.

.4.4 Средняя длина витка катушки обмотки добавочного полюса:

,

где , м - ширины катушки обмотки добавочного полюса, принимаем ,

, м.

.4.5 Сопротивление обмотки добавочных полюсов:

,

где  - количество добавочных полюсов в машине,

Ом.

.4.6 Масса меди обмотки добавочных полюсов:

,

кг.

Рис.5-Эскиз междуполюсного окна

5 Потери мощности и рабочие характеристики

.1 Расчет потерь мощности

.1.1 Механические потери мощности на трение щеток о коллектор:

,

где  - коэффициент трения щеток о коллектор,

Па - удельное давление на щетку,

, м/с - окружная скорость коллектора:

,

м/с,

Вт.

.1.2Механические потери мощности на трение в подшипниках и вентиляцию равными  Вт.

.1.3 Механические потери мощности:

,

 Вт.

.1.4 Электрические потери в обмотке якоря :

,

 Вт.

.1.5 Электрические потери в обмотке добавочных полюсов:

,

Вт.

.1.6 Определим электрические потери в последовательной обмотке возбуждения:

,

Вт.

.1.7 Рассчитаем электрические потери в параллельной обмотке возбуждения:

,


.1.8 Электрические потери в щеточно-коллекторном контакте:

,

где  В - падение напряжения на пару щеток,

Вт.

.1.9 Сумма электрических потерь:

,

Вт.

.1.10 Определим массу зубцов якоря:

,

где кг/м3 - удельная масса стали,

 кг.

5.1.11 Масса стали ярма якоря:

,

кг.

.1.12 Магнитные потери в зубцах якоря:

,

Для стали марки 2312 принимаем удельные магнитные потери , показатель степени . Технологический поправочный коэффициент .

 Вт.

5.1.13 Определим магнитные потери в ярме якоря:

,

Вт.

.1.14 Основные магнитные потери:

,

Вт.

5.1.15 Добавочные потери

,

 Вт.

.1.16 Определим суммарные потери двигателя:

,

Вт.

.2 Определение номинальных параметров

.2.1 Предварительное значение потребляемой мощности:

,

 Вт.

.2.2 Предварительное значение тока двигателя:

,

А.

.2.3 Номинальный ток якоря:

,

А.

.2.4 ЭДС обмотки якоря

,

 В.

.2.5 Рассчитаем магнитный поток:

,

Вб.

5.2.6 По основной характеристике намагничивания  определяем суммарное магнитное напряжение всех участков магнитной цепи: А.

.2.7 Рассчитаем МДС возбуждения:

,

А.

5.2.8 Уточняем значение тока возбуждения:

,

 А.

.2.9 Уточняем номинальный ток двигателя:

,

А.

.2.10 Уточняем потребляемую мощность двигателя:

,

Вт.

.2.11 Добавочные потери

,

Вт.

.2.12 Полезная мощность на валу двигателя:

 ,

Вт.

.2.13 Коэффициент полезного действия

,

.

.2.14 Вращающий момент на валу двигателя

,

 Н.м.

5.3 Расчет рабочих характеристик

Таблица 4 - Расчет рабочих характеристик

 0.10.250.50.751.251.5







, А5,66914.17328.34742.5270.867 85.041







, В216.561214.403210.805207.208 200.013196.415







 , А21.453.5107160.5267.5321







, А22.9757.44114.881172.321287.202344.64







, А12401242.21246125012581262







 , Вб7.9477.95117.95987.96857.98597.9945







 n, об/мин

2349

2325

2283

2242

2164

2118

, А7.35915.86330.03644.2172.55686.73







, Вт16193490660897261596219081







, Вт832.5972637555083461358316025







0.5140.7560.840.8580.8510.84







М, Н·м

3.392

10.856

23.265

35.628

60.205

72.408


По результатам расчета строятся рабочие характеристики двигателя, которые представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Рабочие характеристики

6 Тепловой расчет

Приведем сопротивления обмоток якоря, возбуждения и обмотки добавочных полюсов к расчетным температурам, соответствующих классам нагревостойкости изоляции B. Температурный коэффициент для класса нагревостойкости изоляции B - .

Расчетное сопротивление обмотки якоря определим по формуле

,

Ом.

Расчетное сопротивление обмотки добавочных полюсов:

,

Ом.

Расчетное сопротивление обмотки возбуждения:

,

 Ом.

Потери в обмотке якоря:

,

Вт.

Потери в обмотке добавочных полюсов:

,

Вт.

Потери в обмотке возбуждения:

,

Вт.

Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности якоря .

.9 Превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря над температурой воздуха внутри машины:

,


Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря:

,

где , м - периметр поперечного сечения паза:

,

м.

где  - эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции секции из круглого провода,

 - эквивалентный коэффициент теплопроводности,

 0С.

Коэффициент теплоотдачи с лобовых поверхностей обмотки якоря .

Длина вылета лобовой части:

,

 м.

Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря:

,

0С.

Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря:

,

где , м - периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части:

,

м.

 0С.

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха:

,

0С.

Сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объем двигателя воздухом:

,

Вт.

Условная поверхность охлаждения двигателя:

,

м2.

Коэффициент подогрева воздуха .

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя:

,

 0С.

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды:

,

0С.

Коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки возбуждения .

Наружная поверхность охлаждения катушки обмотки возбуждения

,

где м - периметр охлаждения катушки обмотки возбуждения, определяемый по эскизу междуполюсного окна (рисунок 5),

м2.

.23 Превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины:

,

0С.

Перепад температуры в изоляции катушки обмотки возбуждения:

,

0С.

Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды:

,

0С.

Коэффициент теплоотдачи с поверхности катушки обмотки добавочных полюсов .

Поверхность охлаждения обмотки добавочных полюсов

,

где  м - периметр охлаждения катушки обмотки добавочных полюсов, определяемый по эскизу междуполюсного окна (рисунок 5),

м2.

Превышение температуры наружной поверхности катушки обмотки добавочных полюсов над температурой воздуха внутри машины:

,

0С.

Перепад температуры в изоляции катушки обмотки добавочных полюсов:

,

0С.

Среднее превышение температуры катушки обмотки добавочных полюсов над температурой охлаждающей среды:

,

0С.

Коэффициент теплоотдачи с поверхности коллектора примем согласно рекомендациям [1]:.

Поверхность охлаждения коллектора:

,

 м2.

Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя:

,

 0С.

Среднее превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей среды при входе охлаждающего воздуха со стороны коллектора:

,

0С.

Средние превышения температур обмоток двигателя и коллектора ниже предельно допустимых для класса нагревостойкости изоляции B. Запас на тепловую прочность выдержан

7 Вентиляционный расчет

Среднее превышение температуры воздуха внутри машины:

,

0С.

Необходимое количество охлаждающего воздуха:

,

 м3/с.

Наружный диаметр центробежного вентилятора:

,

где , м - внутренний диаметр станины:

,

м.

 м.

Окружная скорость вентилятора по внешнему диаметру:

м/с.

Внутренний диаметр колеса вентилятора:

,

м.

Окружная скорость вентилятора по внутреннему диаметру:

,

 м/с.

Ширина лопаток вентилятора принимается равной:

,

 м.

Согласно рекомендации [1] число лопаток вентилятора определяется в соответстии с выражением :

,


Принимаем число лопаток вентилятора .

Давление вентилятора при холостом ходе составляет:

,

где  - аэродинамический КПД радиальных крыльев,

 - плотность воздуха,

Па.

Входное сечение вентилятора

,

 м2.

Максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания:

,

 м3/с.

Аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы машины [1].

Действительный расход воздуха:

,


Действительное давление вентилятора:

,

 Па.

Мощность, потребляемая вентилятором:

,

где  - энергетический КПД вентилятора,

Вт.

Уточняем потери на трение в подшипниках:

,

 Вт.

Уточняем сумму потерь на трение в подшипниках и вентиляцию:

Вт.

Уточненное значение суммы механических потерь:

,

 Вт.

Пересчитаем полезную мощность на валу двигателя:

 ,

Вт.

Уточняем КПД машины в номинальном режиме:

,

.

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован двигатель постоянного тока, габариты которого несколько меньше аналога. Данный эффект был достигнут, в первую очередь, за счет снижения КПД. В результате этого уменьшается стоимость двигателя и затраты на его изготовление.

Анализ рабочих характеристик двигателя с параллельной системой возбуждении показал, что необходимая жесткость механической характеристики не обеспечивается. Для повышения устойчивости работы двигателя была введена стабилизирующая обмотка.

Анализ теплового расчёта показал, что перегрев машины находится в приделах нормы. Был выбран класс нагревостойкости изоляции В.

К недостаткам спроектированной машины следует отнести нетехнологичность изготовления отдельных узлов, в частности необходимость секционирования обмоток возбуждения и введение стабилизирующей обмотки.

Ввиду низкой точности расчетов можно говорить лишь об ориентировочных значениях полученных в ходе расчета величин. На всех этапах проектирования использовано большое количество эмпирических формул, графически определяемых коэффициентов.

Использованная литература

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., ил.

Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. Т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.: ил.

Гольдберг О. Д., Гурин Я. С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов/ Под ред. О. Д. Гольдберга. - М.: Высш. шк., 1984. -

Похожие работы на - Проектирование электрического двигателя постоянного тока

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!