Курсовая работа: Расчет двигателя постоянного тока

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Омский государственный университет путей сообщения

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Электрические машины и общая электротехника»

Расчет двигателя постоянного тока

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Электрические машины»

Выполнила:

Студент гр. 13Б

Радченко Ю.Ю.

Омск 2016

Реферат

Курсовой проект содержит 37 страниц, 5 источников , 1 лист графического материала.

Двигатель постоянного тока, номинальная мощность, частота вращения, магнитопровод, якорь, нагрузка, обмотка.

Объектом проектирования является двигатель постоянного тока.

Цель работы - закрепление теоретических знаний, расчетов всех узлов двигателя постоянного тока и приобретение опыта конструирования.

Задача курсового проекта - построение чертежа двигателя постоянного тока. Для этого необходимо рассчитать параметры, представленные ниже.

1. Высота оси вращения h

2. Внешний диаметр корпуса машины Dвн

3. Диаметр якоря D

4. Расчетная длина якоря lд

5. Внешний диаметр коллектора Dк

6. Внутренний диаметр якоря D0

7. Внутренний диаметр станины dc

8. Длина стали якоря lст

9. Средняя длина лобовой части lл

10. Высота главного полюса hг

11. Ширина полюсного наконечника bp

12. Длина сердечника lг

13. Ширина сердечника добавочного полюса bд

14. д - воздушный зазор по рис. 4.3

15. Параметры щетки П.6.

Введение

Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важно е значение для экономики нашей страны.

Проектирование электрических машин соединяет в себе знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, создающих новую или улучшающих уже выпускаемую машину, а также умение применять вычислительную технику.

Двигатели постоянного тока допускают плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне, характеризуются высокими пусковыми и перегрузочными моментами. Это определило их распространение в приводах, требующих изменения частоты вращения или специальных скоростных характеристик: в станкостроении, электрическом транспорте и в других отраслях народного хозяйства.

1. Задание на проектирование двигателя постоянного тока

Разработка любого изделия всех отраслей промышленности определяется техническим заданием, в котором устанавливаются основное назначение, технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к проектируемому изделию.

В техническом задании на проектируемую машину постоянного тока указываются следующие данные: номинальная мощность машины, номинальное напряжение сети, номинальная частота вращения, род возбуждения, исполнение двигателя по степени защиты, способам монтажа и охлаждения, условия эксплуатации при воздействии климатических и механических факторов, номинальный режим работы и допускаемое превышение температуры, класс изоляции по нагревостойкости, массогабаритные характеристики [1].

За основу конструкции принять машину постоянного тока серии 2П с параллельным возбуждением без стабилизирующей обмотки (см. рис. П.1.1). Исполнение двигателя по степени защиты - IP22; способ охлаждения - самовентиляция ICO1; режим работы - продолжительный; класс изоляции по нагревостойкости - В; исполнение по форме монтажа - с горизонтальным валом, лапами вниз.

В качестве исходных данных для выполнения данной курсовой работы, посвященной отдельным вопросам расчета двигателя постоянного тока (ДПТ), будут служить значения номинальной мощности Pн, номинального напряжения сети Uн, номинальной частоты вращения nн, высота оси вращения до нижней опорной поверхности лап h (табл. 1.1 и 1.2).

Таблица 1.1 - Исходные данные проектируемого ДПТ

Таблица 1.2 - Исходные данные проектируемого ДПТ

2. Выбор главных размеров машины

Машины постоянного тока имеют единую шкалу высоты оси вращения. При заданной высоте оси вращения h внешний диаметр корпуса машины не может превышать размера 2h, м:

(2.1)

Предварительное значение диаметра якоря, м,

, (2.2)

где µ = 1 - относительная радиальная высота магнитной системы.

Истинное значение электромагнитной мощности можно определить только после полного расчёта электрической машины - на этапе расчёта её характеристик, поэтому ее предварительное значение Р' определяется по номинальной мощности Рн и принятому значению КПД з (рис. 2.1):

(2.3)

Рис. 2.1. Зависимость КПД машин постоянного тока от мощности

Значения КПД принимаем з = 0,765 = 76,5%

Расчетная длина якоря, м,

, (2.4)

где бд - коэффициент полюсного перекрытия (рис. 2.2);

A - линейная нагрузка рис. 2.3), А/м;

Bд - индукция в воздушном зазоре (рис. 2.4), Тл.

Расчетный коэффициент полюсного перекрытия бд оказывает влияние на степень использования машины, но при чрезмерном увеличении бд уменьшается коммутационная надежность машины. На рис. 2.2 приведены зоны предельных значений бд для машин общего назначения при числе полюсов 2р ? 4.

Рис. 2.2. Зависимость бд = f (D)

Увеличение электромагнитных нагрузок A и Bд приводит к улучшению использования объема якоря. Однако с ростом линейной нагрузки A увеличивается нагрев якоря и машины, ухудшается коммутация, с повышением Bд насыщаются отдельные участки магнитной цепи.

Рис. 2.3. Зависимость линейной нагрузки от диаметра якоря

Рис. 2.4. Зависимость индукции в воздушном зазоре от диаметра якоря

Принимаем значения: бд = 0,61,

А = 1,9 104 А/м,

Bд = 0,55 Тл.

Отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру

(2.5)

Условие выполняется.

Число главных полюсов машин постоянного тока общего назначения в зависимости от диаметра выбирается по рис. 2.5, принимаем 2p = 4.

Полюсное деление, м,

(2.6)

Расчетная ширина полюсного наконечника, м,

(2.7)

Действительная ширина полюсного наконечника при эксцентричном зазоре равна расчетной ширине, м:

(2.8)

3. Расчет обмотки и пазов якоря

Тип обмотки и число параллельных ветвей определяются исходя из принятого числа главных полюсов 2р и тока параллельной ветви Ia.

Предварительное значение тока двигателя, А,

; (3.1)

Значения коэффициента kв, определяющего отношение тока возбуждения к току якоря, приведены в табл. 3.1. Т.к. Рн = 1,0 кВт, то kд = 0,9, kв = 0,1.

Ток якоря, А,

(3.2)

Ток параллельной ветви, А,

, (3.3)

где a = 1 - число параллельных ветвей,

Таблица 3.1 - Значения коэффициентов kд и kв

Исходя из принятого числа главных полюсов 2р, предварительного значения тока якоря Iн и числа параллельных ветвей принимается тип обмотки.

При токе якоря до 600 А допускается выбор простой волновой обмотки, от 500 до 1400 А - простой петлевой обмотки.

= 5,346А - простая волновая обмотка

Предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря

(3.4)

По соотношению Z'/2p (табл. 3.2) рассчитывается число пазов якоря

(3.5)

Таблица 3.2 - Зависимость соотношению Z'/2p от диаметра якоря

Т.к. D = 0,107м, то принимаем Z'/2p = 8,25.

Число пазов якоря должно находиться в следующем диапазоне:

(3.6)

, (3.7)

где tZ1max, tZ1min - зубцовый шаг, крайние пределы которого определяются для различных высот вращения из соотношений табл. 3.3.

Таблица 3.3 - Зависимость зубцового шага от высоты оси

Значение h = 0,122м, значит tz1max = 0.02м,

tz1min = 0,01м.

Зубцовый шаг для выбранного Z

(3.8)

Число эффективных проводников в пазу

(3.9)

Принимаем целое четное число =72, тогда

Выбираем паз якоря полузакрытыми овальной формы, зубцы - с параллельными стенками. (Рис. 3.3)

Таблица 3.4 - Результаты расчета числа коллекторных пластин К

Выбираем 3 вариант.

Внешний диаметр коллектора, м:

при полузакрытых пазах -

Dк = (0,65 ч 0,85) D, (3.10)

По таблице предпочтительного ряда чисел принимаем диаметр коллектора

Коллекторное деление, м,

(3.11)

После выбора варианта обмотки необходимо уточнить линейную нагрузку, А/м:

(3.12)

Корректируются длина якоря, м:

(3.13)

Окружная скорость коллектора, м/с,

(3.14)

Полный ток паза обмотки якоря, А:

(3.15)

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря, А/м2,

(3.16)

Произведение AJ выбирается по рис. 3.1 для серийных машин постоянного тока 2П, класс нагревостойкости изоляции - В.

Т.к. D = 0,107м, то AJ = 1,5 1011 А2/м.

Предварительное сечение эффективного провода, м2,

, (3.17)

Для всыпных обмоток якоря с полузакрытыми пазами следует выбрать круглый провод марки ПЭТВ при классе нагревостойкости изоляции В [2, табл. П.3.1]. Диаметр изолированного провода dиз не должен превышать 1,8 мм. Эффективные проводники всыпных обмоток обычно состоят из нескольких элементарных проводников выбранного диаметра. Число элементарных проводников nэл и сечение элементарного проводника qэл должны соответствовать условию:

, (3.18)

где nэл - число элементарных проводников, оно должно быть целым.

Принимаем значения dиз = 0,73мм, qэл = 0,353, nэл = 1.

При овальной форме паза зубцы выполняются с равновеликим по высоте сечением. Площадь поперечного сечения обмотки, уложенной в один полузакрытый паз, м2,

(3.19)

где kз - коэффициент заполнения паза изоляционными проводниками, kз = = 0,68 - 0,72.

Высота паза hп предварительно выбирается по рис. 3.2, ширина шлица bш должна быть больше суммы максимального диаметра изолированного проводника и двухсторонней толщины пазовой изоляции (0,3 мм). Высота шлица hш = = 0,5 - 0,8 мм.

Ширина зубца, м,

,(3.20)

где BZ - допустимое значение индукции в зубцах по табл. 3.5, Тл;

kc - коэффициент заполнения пакета якоря сталью, kс = 0,95.

Рис. 3.2. Зависимость высоты паза от диаметра якоря

Принимаем значения: - высота паза hп = 2,2 10-2 м,

- ширина шлица bш = 0,0016 м,

- высота шлица hш = 0,0005 м.

Таблица 3.5 - Значения магнитной индукции в зависимости от частоты

перемагничивания

Частота перемагничивания, Гц:

, (3.21)

Принимаем значение Bz = 2,0 Тл,

Больший радиус паза, м,

; (3.22)

меньший, м:

; (3.23)

расстояние между центрами радиусов, м,

; (3.24)

минимальное сечение зубцов якоря, м2,

. (3.25)

Составим эскиз пазов овальной формы (рис.3.3).

Рис. 3.3. Полузакрытые пазы овальной формы с параллельными сторонами зуба

Предварительное значение ЭДС для двигателя, В,

, (3.26)

где kд = 0,9 (табл. 3.1),

В.

Предварительное значение магнитного потока на полюс, Вб,

, (3.27)