Расчет самолетного генератора

Расчет самолетного генератора

1.      Расчёт электрической машины

1.1    Расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением

Таблица 1 - Исходные данные

Цель расчета: рассчитать самолетный генератор, работающий с угольным регулятором напряжения РН-180.

Таблица 2 - Паспортные данные угольного регулятора РН-180 2 серии

При расчете следует определить:

номинальную мощность генератора;

длину и диаметр якоря генератора;

данные обмотки якоря;

размеры магнитопровода;

данные обмотки возбуждения;

коллектор и щетки.

1.1.1
Выбор основных размеров генератора

Электромагнитная мощность генератора:

, (1.1)

где  выбирается по кривой (рис. 1).

.                   (1.2)

Так как генератор работает совместно с угольным регулятором напряжения, то ток возбуждения определяется по формуле:

,

,

где Р_умах=180 (Вт).

Рис. 1. Зависимость E/U_H=f(P_H)

Номинальная мощность генератора равна:

.           (1.3)

,

Используя отношение

,

используя график кривой (рис. 2), выбираем число пар полюсов и диаметр якоря:

Рис. 2. График зависимости диаметра якоря генератора от отношения

Диаметр округляем до ближайшего значения в таблице №3, в которой указаны рекомендуемые диаметры якорей, принятых в единых сериях машин.

Таблица 3

Из таблицы №3 имеем: D=10,6 (см); ∆_ш=0,5 (см).

По величине диаметра D, используя кривые (рис. 3 и рис. 4), определяем магнитную индукцию в воздушном зазоре B_δ и плотность тока в обмотках А. При этом необходимо учесть, что чем больше электромагнитная нагрузка (В_δ, А), тем меньше размеры якоря. Однако увеличение А и В_δ ограничивается, тем, что возрастают потеря мощности в меди и стали, увеличивается перегрев и снижается коэффициент полезного действия машины.

Для якоря определяется из основного расчета управления:

, (1.4)

где α=0,65, B_δ=0.88 (Тл), A=350 (А/см).

Отношение

,

где . λ лежит в пределах 0,8-1,6, что удовлетворяет условию.

1.1.2 Расчет обмотки якоря

Число проводников в одной параллельной ветви:

,

где

.       (1.5)

Число витков ω_s секции следует выбирать наименьшим, т. к. при этом уменьшается ЭДС в короткозамкнутой секции и улучшается коммутация. При ω_s=1 число коллекторных пластин:    

.                  (1.6)

Число пазов:

,

где U_n=4 - число коллекторных пластин на паз, выбирается равным 1 или 3 при 2 р=4, или 2 или 4 при 2 р=6.

Шаг обмотки по пазам:

, где , .          (1.7)

Знак соответствует обмотке с укороченным шагом. Шаг по коллектору

Полное число проводников в пазу:        

.                  (1.8)

Сечение обмотки якоря определяем как:

,

где j_я - плотность тока, для машин с продувом равна j_я=20 [A/мм²].

Далее пользуемся ближайшим значением S_я=2.7759 (мм²), выбранным в приложении №1 методических указаний по выполнению курсовой работы

Сопротивление обмотки якоря определяется по формуле:

 (1.9)

где  - удельное сопротивление меди обмотки при температуре +120^о С;

Средняя длина полувитка обмотки якоря:

        (1.10)

 - длина лобовой части обмотки, определяется:  - в случаи обмотки из прямоугольного провода.

1.1.3 Размеры магнитопровода

Магнитопровод генератора изготавливается из следующих материалов:

якорь (сталь Э21 толщиной 0..35 мм);

изоляция листов (оксидирование);

полюсы (сталь Э или ЭА (армко);

Воздушный зазор:

,      (1.11)

где .

Величина воздушного зазора авиационных электрических машин постоянного тока приведена в таблице №4.

Таблица 4

Внутренний диаметр якоря D_вн определяется высотой спинки якоря λ_я:

,      (1.12)

где В_я=1,5 (Тл) - магнитная индукция в спинке якоря, определяется по таблице №5.

Таблице 5

Для авиационных машин постоянного тока высота прямоугольного паза колеблется λ_я в пределах 0,65-1,3 см.

Диаметр якоря определяем по кривой на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость диаметра вала от диаметра якоря

Магнитный поток, проходящий через полюсы и корпус, равен:

             (1.13)

где К_σ=1,1 - коэффициент рассеивания полюсов.

Сечение полюсов:

.     (1.14)

Ширина полюса:

                  (1.15)

Высота полюса:

h_m=1,3в_m=1,3∙2,16=2,8.                           (1.16)

Сечение корпуса:

.              (1.17)

Длина корпуса:

.                          (1.18)

Высота спинки корпуса:

не менее 0,35, что удовлетворяет поставленным условиям.

Наружный диаметр машины:

.     (1.19)

Отношение

 − находится в пределах 1,4−1,9, что удовлетворяет поставленным условиям.

1.1.4 Расчет параллельной обмотки возбуждения

Сечение меди обмотки возбуждения:

                       (1.20)

где j_в= 7 А/мм² (для машин с продувом).

Средняя длина витка ОВ:

,    (1.21)

где в_к=0,017 - ширина одной катушки.

Необходимое число витков на один полюс:

.  (1.22)

МДС ОВ на один полюс определяется как:

.            (1.23)

1.1.5 Коллектор и щетки

Диаметр коллектора принимается равным диаметру якоря D_k=D (для генераторов с продувом).

Коллекторное деление:

.                             (1.24)

Ширина коллекторной пластины:

,                                   (1.25)

где ∆к=0,05 см - толщина изоляции между пластинами.

Окружная скорость коллектора:

 (1.26)

не превышает 50-55 м/с, что удовлетворяет поставленным условиям.

Общая площадь щеточного контакта:

,                 (1.27)

где Р_щ=Р, а j_щ=20 (А/см²).

Определим данное значение «Технические параметры щеток» настоящего методического указания по выполнению курсовой работы в таблице №6.

Таблица 6

Ширина щетки:

.                           (1.28)

Число щеток на один болт:

.  (1.29)

1.2 Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Расчет асинхронного двигателя следует производить по исходным данным таблицы 7.

Таблица 7 - Исходные данные

В процессе расчета необходимо определить:

основные размеры двигателя;

частоту вращения ротора и номинальный момент;

параметры обмотки и пазов статора;

параметры обмотки и пазов ротора;

1.2.1 Выбор основных размеров

Величинами, определяющими основные размеры электродвигателя (внутренний диаметр статора и длинна) при заданных полезной мощности и частоте вращения являются:

·        Относительная ЭДС .

·        КПД

·        Коэффициент мощности , зависящий от числа пар полюсов, конструкции ротора, режима работы и мощности.

·        Коэффициент обмотки статора К_01, зависит от типа и способа выполнения обмотки и ориентировочно выбирается для диаметральных обмоток равным 0,96.

·        Коэффициент формы кривой поля К_ф зависит от степени насыщения магнитной цепи, обычно равен 1,11-1,065. Он с увеличением мощности уменьшается.

·        Коэффициент полюсного перекрытия α зависит тоже от степени насыщения магнитной цепи.

Расчетная мощность двигателя:

; (2.1)

где ; .

Коэффициент использования машины:

,

где В_δ=0,6 - магнитная индукция в воздушном зазоре,

А=220 - линейная нагрузка.

При выборе В_δ и А необходимо иметь ввиду, что они оказывают основное влияние на главные размеры. Чем больше эти величины, тем меньше габаритные размеры. Однако с увеличением их увеличиваются электрические и магнитные потери, температура нагрева, снижается КПД.

Для увеличения максимального вращающегося момента двигателя и, следовательно, для увеличения его перегрузочной способности надо увеличить значение В_δ и уменьшить значение А, а для увеличения коэффициента мощности необходимо уменьшить В_δ и увеличить А.

Конструктивный коэффициент:

. (2.2)

Число пар полюсов:

.                    (2.3)

Внутренний диаметр статора (диаметр расточки):

 (2.4)

Длина пакета статора:

.    (2.5)

Величина воздушного зазора приближенно вычисляется по эмпирической формуле:

.                (2.6)

Диаметр ротора:

  . (2.7)

Наружный диаметр двигателя:

,         (2.8)        

Полюсное деление:

. (2.9)

Окружная скорость ротора:

.      (2.10)       

Частота вращения ротора:

. (2.11)

Номинальный развиваемый момент:

.         (2.12)

1.2.2 Расчет обмотки и пазов статора

В авиационных асинхронных электродвигателях мощности до 1 кВт целесообразно применять однослойные, равносекционные обмотки, которые проще в изготовлении, имеют компактную укладку лобовых соединений, меньшее число катушек и обеспечивают лучшее заполнение паза.

Число пазов на полюс и фазу статора q₁ целесообразно принимать q₁=2.

Число пазов статора:

, (2.13)

где m₁ число фаз.

Полюсное деление по пазам: .

Шаг обмотки статора по пазам:.    

Магнитный поток полюса:

.

Номинальное напряжение фазы статора при соединении звезда:

.

Число последовательно соединенных витков одной фазы статора:

 (2.14)

Номинальный ток фазы статора:

         . (2.17)

Плотность тока в обмотках статора j₁=4,5 (А/мм²) c естественным охлаждением при длительном режиме работы.

Сечение неизолированного проводника обмотки статора:

мм²).  (2.18)

Диаметр неизолированного провода круглой формы:

. (2.19)

По величине диаметра определяются размеры провода, класс, тип, толщина изоляции согласно действующим, из которых следует, что за диаметр неизолированного провода следует принять величину d₁=0,069 (мм), для которой соответствует максимальный диаметр изоляционного провода ПЭВ-1 d₂=0,74 (мм) с толщиной изоляции ∆d₁₂=0,05 (мм).

Число активных проводников, приходящихся на паз статора:

.                           (2.20)

Полное число проводников всех фаз:

. (2.21)

Выберем овальный паз с круглым проводом. 

Активное сопротивление обмотки статора при температуре +120 °C:

, (2.22)

где ().

Средняя длинна обмотки статора для однослойной равносекционной обмотки:

.     (2.23)

1.2.3 Расчет обмотки и пазов ротора

Обмотки ротора выполнены в виде беличьей клетки из медных, латунных или алюминиевых стержней. Выбор материала определяется возможностью обеспечения заданной кратности пускового момента.

.              (2.24)

ЭДС в стержне ротора при холостом ходе, отнесенная к частоте сети:

. (2.25)

Ток в стержне ротора:

, (2.26)

где

Для стержней ротора машин с естественным охлаждением и длительным режимом работы величина плотности тока J_ст2 =9,5 (А/мм²).

Сечение стержня ротора:

.     (2.27)

Пазы ротора имеют в основном круглую и прямоугольную форму.

Размеры паза определяются согласно сечению S_ст2 в соответствии с принятой формой паза.

Размеры стержня ротора для круглого паза:

.         (2.28)

Размеры паза ротора (круглого):

.    (2.29)

Ток в кольце, замыкавшем стержни ротора накоротко:

. (2.30)

Сечение кольца ротора:

, (2.31)

где .

Активное сопротивление стержня:

.            (2.32)

Сопротивление участка кольца между двумя стержнями:

, (2.33)

где .

2. Расчет выпрямительного устройства

В прочесе расчета необходимо выбрать наиболее рациональную схему выпрямления, определить число и тип вентилей, подобрать схему к рассчитанным элементам сглаживающего фильтра, найти электрические и конструктивные параметры силового трансформатора, составить электрическую схему выпрямительного устройства. Исходные данные приведены в таблице №8.