Курсовая работа: Расчет двигателя постоянного тока

Для магнитопровода якоря принимаем сталь марки 2312. Индукция в сечении зубцов, Тл,

, (3.28)

Средняя длина лобовой части, м:

при 2р ? 4 -

(3.29)

Средняя длина полувитка секций обмотки якоря, м,

(3.30)

где lл - длина лобовой части, м;

lп - длина якоря, м.

0,1+0,128=0,228

Полная длина обмотки якоря, м,

, (3.31)

Сопротивление обмотки якоря при температуре ? = 20 °С, Ом,

, (3.32)

Сопротивление обмотки якоря при ? = 75 °С, Ом,

, (3.33)

масса меди обмотки якоря, кг,

, (3.34)

Число элементарных пазов Zэ, число секций во всей обмотке якоря S, число пластин коллектора К и число пазов якоря Z связаны соотношением:

Zэ = S = К = Zuп, (3.35)

Шаг простой волновой обмотки по коллектору равен результирующему шагу:

, (3.36)

Второй частичный шаг

y2 = y - y1, (3.37)

По полученным данным построим схему обмотки (рис.3.4).

4. Расчет магнитной цепи

Воздушный зазор под главными полюсами является одним из главных размеров машины (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Магнитная цепь машины постоянного тока

Предварительное значение внутреннего диаметра якоря, м:

, (4.1)

Высота спинки якоря, м:

, (4.2)

Для сердечника главных полюсов принимается сталь марки 3411 толщиной 0,5 мм, коэффициент заполнения сталью kс = 0,95.

Коэффициент рассеяния уг = 1,2 при 2p = 4. Длина сердечника lг = lд = 0,129м. Ширина выступа полюсного наконечника bг.в. = 0,1bp = 0,0049м. Главный полюс показан на рис.4.1

Ширина сердечника главного полюса, м:

, (4.3)

Индукция в сердечнике главного полюса, Тл:

, (4.4)

Рис. 4.2. Полюсный наконечник главного полюса

Сечение станины, м2:

, (4.5)

где Вс - индукция в станине, Вс = 1,3 Тл.

Расчетная длина станины для машин постоянного тока, м:

, (4.6)

Высота станины hс определяется по формуле, м:

, (4.7)

Внутренний диаметр станины, м:

, (4.8)

Высота главного полюса, м:

, (4.9)

где д - воздушный зазор, который определяется по рис. 4.3, д = 0,001м.

Рис. 4.3. Зависимость величины воздушного зазора от диаметра якоря

Сечение воздушного зазора, м2:

, (4.10)

Длина стали якоря, м:

, (4.11)

Сечение спинки якоря, м2:

, (4.12)

Сечение сердечника главного полюса, м2:

, (4.13)

Коэффициент воздушного зазора, учитывающий наличие пазов на якоре:

для пазов овальной формы -

; (4.14)

Расчетная длина воздушного зазора, м:

(4.15)

Длина магнитной линии в зубцах якоря, м:

для пазов овальной формы -

; (4.16)

Длина магнитной линии в спинке якоря, м:

, (4.17)

Длина магнитной линии в сердечнике главного полюса, м:

, (4.18)

Воздушный зазор между главным полюсом и станиной, м:

, (4.19)

Длина магнитной линии в станине, м:

, (4.20)

Индукция в воздушном зазоре, Тл:

, (4.21)

Индукция в сечении зубцов якоря, Тл:

, (4.22)

Индукция в спинке якоря, Тл:

, (4.23)

Индукция в сердечнике главного полюса, Тл:

, (4.24)

Индукция в станине, Тл:

, (4.25)

Индукция в воздушном зазоре между главным полюсом и станиной, Тл:

, (4.26)

Магнитное напряжение воздушного зазора, А:

, (4.27)

двигатель ток индукция магнитный

Коэффициент вытеснения потока

, (4.28)

Магнитное напряжение зубцов якоря, А:

, (4.29)

где Hz = 15200 А/м.

Магнитное напряжение ярма якоря, А:

, (4.30)

где Hj = 135 А/м

Магнитное напряжение сердечника главного полюса, А:

, (4.31)

где Hг = 155 А/м

Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной, А:

, (4.32)

Магнитное напряжение станины, А:

(4.33)

где Hс = 672 А/м

Суммарная МДС на полюс, А:

, (4.34)

МДС переходной характеристики, А:

, (4.35)

Аналогичным образом проводится расчет для участков магнитной цепи при значениях магнитного потока в воздушном зазоре от 0,5 Фдн до 1,15 Фдн. Результаты расчета сводятся в табл. 4.1.

По данным табл. 4.1 строятся характеристика намагничивания Bд =f(FУ) и переходная характеристика Bд =f(Fдzj) машины постоянного тока.

Таблица 4.1 - Расчет характеристик намагничивания машины

По данным табл. 4.1 строятся характеристика намагничивания Bд=f(FУ) и переходная характеристика Bд=f(Fдzj)машины постоянного тока (рис. 4.4).

Рис.4.4. Характеристика холостого хода и переходная характеристика

5. Расчет обмотки возбуждения

Размагничивающее действие реакции якоря Fqd определяется по переходной характеристике B? = f (F? zj), представленной на рис. 4.4.

Среднее значение индукции определяется по уравнению, Тл:

, (5.1)

Необходимая МДС параллельной обмотки, А,

, (5.2)

где Fqd - размагничивающее действие реакции якоря, Fqd = 61,4А.

Средняя длина витка обмотки, м,

, (5.3)

где Диз - толщина изоляции катушки, Диз = 0,5 ч 0,8·10-3 м

Размеры катушек ориентировочно могут быть приняты в зависимости от диаметра якоря (табл. 5.1).

Таблица 5.1 - Размеры катушек

Т.к. D = 0,107м, то примем bкт Ч hкт = 0,024 Ч 0,023м.

Сечение меди параллельной обмотки, мм2,

, (5.4)

где a - число параллельных ветвей обмотки параллельного возбуждения, a = 1; kз - коэффициент запаса, kз = 1,1 - 1,2; - удельное сопротивление меди, Ом·м.

Для расчета числа витков необходимо задаться плотностью тока Jв в обмотке возбуждения. Средние значения Jв могут быть приняты равными

(4,5 - 6)·106 А/м2 при исполнении по степени защиты IP22.

Число витков обмотки на один полюс

, (5.5)

Исходя из предыдущего, определяем номинальный ток возбуждения, А,

, (5.6)

Плотность тока в обмотке, А/м2,

, (5.7)

Полная длина обмотки, м,

, (5.8)

Сопротивление обмотки возбуждения при ? = 20 °С, Ом,

, (5.9)

Сопротивление обмотки возбуждения при ? =75 °С, Ом,

(5.10)

Масса меди обмотки возбуждения, кг,

(5.11)

6. Коллектор и щетки

Ширина нейтральной зоны, м,

, (6.1)

Принимается ширина щетки, м:

при простой волновой обмотке -

bщ = , (6.2)

Марка щетки определяется условиями работы. Для генераторов и двигателей со средними и затрудненными условиями коммутации принимается марка щетки ЭГ14 с плотностью тока Jщ =11 A/см2 и скоростью по коллектору нк = 40 м/с.

Поверхность соприкосновения щетки с коллектором, м2,

(6.3)

При допустимой плотности тока Jщ =11·104 А/м2 число щеток

, (6.4)

Округляем, Nщ = 1.

Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором, м2,

, (6.5)

Плотность тока под щетками, А/м2,

, (6.6)

Активная длина коллектора при шахматном расположении щеток по длине коллектора, м,

, (6.7)

7. Расчет добавочных полюсов

МДС обмотки добавочного полюса, А,

, (7.1)

Число витков обмотки на один добавочный полюс

, (7.2)

где ад - число параллельных ветвей обмотки добавочного полюса, ад = 1.

Число витков округляется до ближайшего целого числа = 317.

Предварительное сечение проводников, м2,

, (7.3)

где Jд - плотность тока при IP22, Jд = 5•106 А/м2.

Сердечник добавочного полюса, м:

lд = la - (5 ч 10)·10-3 при D ? 0,132 м.

lд = 0,128-7·10-3 = 0,121м.

Средняя длина витка обмотки добавочного полюса, м,

, (7.4)

где bд и lд - ширина и длина сердечника добавочного полюса, bд = 5,5м;

bктд - ширина катушки добавочного полюса;

Диз - односторонний размер зазора между сердечником добавочного полюса и катушкой с учетом изоляции сердечника, Диз = (1,7 ч 2,2)·10-3 м.

Рис. 7.1. Зависимость ширины добавочных полюсов от диаметра якоря

Полная длина проводников обмотки, м,

, (7.5)

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при ? = 20 °С, Ом

, (7.6)

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при ? = 75 °С, Ом,

, (7.7)

Масса меди обмотки добавочных полюсов

, (7.8)

8. Потери и КПД

Электрические потери в обмотке якоря при ? =75 °С, Вт,

, (8.1)

Электрические потери в обмотке добавочных полюсов, Вт,

, (8.2)

Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения, Вт,

, (8.3)

Электрические потери в переходном контакте щеток, Вт,

, (8.4)

где 2ДUщ = 2,5 В для щеток марки ЭГ-14.

Потери на трение щеток о коллектор, Вт,

, (8.5)

где pщ - давление на щетку (для щетки марки ЭГ-14 pщ = 3·104 Па);

f - коэффициент трения щетки, f = 0,2;

Потери в подшипниках Pт.п и на вентиляцию Pвент определяются по графику, изображенному на рис. 8.1, Pт.п + Pвент = 0,005кВт = 5Вт.

Рис. 8.1. Потери на вентиляцию и трение в подшипниках

Масса стали ярма якоря определяется по формуле, кг:

, (8.6)

Условная масса стали зубцов якоря, кг,

, (8.7)

Магнитные потери в стали зубцов и ярма якоря, Вт,

, (8.8)

где с1,0/50 - удельные потери в стали, с1,0/50 = 1,785Вт/кг;

в - коэффициент пропорциональности, в = 2.

Добавочные потери, Вт,

, (8.9)

Сумма потерь, Вт,

, (8.10)

Потребляемая мощность, Вт,

, (8.11)

Коэффициент полезного действия

, (8.12)

Заключение

В ходе выполнения расчета и проектирования, был произведен расчет основных параметров двигателя постоянного тока. Были получены навыки проектирования типовой схемы двигателя.

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.

Параметры из расчетов.

1. Высота оси вращения h = 0,112м;

2. Внешний диаметр корпуса машины Dвн = 0,214м;

3. Диаметр якоря D = 0,107м;

4. Расчетная длина якоря lд = 0,129м;

5. Внешний диаметр коллектора Dк = 0,080м;

6. Внутренний диаметр якоря D0 = 0,029м;

7. Внутренний диаметр станины dc = 0,185м;

8. Длина стали якоря lст = 0,122м;

9. Средняя длина лобовой части lл = 0,1м;

10. Высота главного полюса hг = 0,056

11. Ширина полюсного наконечника bp = 0,038м;

12. Длина сердечника lг = lд.

13. д - воздушный зазор по рис. 4.3, д = 0,001

14. Параметры щетки П.6.

Библиографический список

1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общей ред.

И. П. Копылова, Б. К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989. Т. 1. 456 с.

2. Копылов И. П. Проектирование электрических машин / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин.М.: Высшая школа, 2005. 767 с

3. Вольдек А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы / А. И. Вольдек, В. В. Попов. СПб.: Питер, 2008. 320 с.

4. Расчет двигателя постоянного тока. Методические указания к выполнению курсовой работы / П. Г. Петров, Е. А. Третьяков; Омский гос.ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 43 с

5. Стандарт предприятия. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные: СТП ОмГУПС-1.2-2005 [Текст]: общие требования и правила оформления текстовых документов / Омский государственный университет путей сообщения. Взамен СТП ОмГУПС-1.2-02; Введ. с 01.01.2006. - Омск : ОмГУПС, 2005 г. 28 с.