Технология

Расчет электродвигателя


|                                                                                 |
|СОДЕРЖАНИЕ                                                                       |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|ЛИСТ                                                                             |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|Введение                                                                         |
|3                                                                                |
|Исходные данные                                                                  |
|4                                                                                |
|1. Главные размеры двигателя                                                     |
|5                                                                                |
|2. Дополнительные размеры                                                        |
|6                                                                                |
|3. Обмотка якоря                                                                 |
|8                                                                                |
|4. Пазы якоря полузакрытые, овальные                                             |
|9                                                                                |
|5. Размеры секции и сопротивление обмотки якоря                                  |
|11                                                                               |
|6. Расчет магнитной цепи                                                         |
|12                                                                               |
|7. Обмотка вобуждения                                                            |
|15                                                                               |
|8. Обмотка добавочных полюсов                                                    |
|17                                                                               |
|9. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов                        18     |
|10. Щетки и коллектор                                                            |
|21                                                                               |
|11. Расчет коммутации                                                            |
|22                                                                               |
|12. Потери и КПД                                                                 |
|23                                                                               |
|13. Рабочие характеристики двигателя                                             |
|26                                                                               |
|14. Тепловой расчет                                                              |
|27                                                                               |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|                                                                                 |
|   |     |            |      |    |                                           |
|   |     |            |      |    |            К 558. 180111. 000             |
|Изм|Лист |№ Документа |Пдпись|Дата|                                           |
|Разработал|Семушина    |      |    |  Электрические     |Литера|Лист  |Листов |
|Проверил  |Амос        |      |    |           машины   |у| | |   2  |28     |
|          |            |      |    |                    |                      |
|Н. Контр. |            |      |    |                    |            СПЭТК     |
|          |            |      |    |                    |                      |


                                  Введение:
       Электромашиностроение - это основная отрасль электротехнической
промышленности, изготавливающая генераторы для производства электроэнергии
и электродвигатели для привода станков и механизмов.
       Основным достижением в области турбогенераторостроения является
разработка и освоение в производстве турбогенератора мощностью 500, 800,
1200 Вт.
       В области гидрогенератора строения весьма важными достижениями
является содержание мощных генераторов с высокими технологическими
показаниями.
       Достигнуты успехи в производстве крупных электродвигателей.
Разработаны и освоены в производстве единые серии электрические машины:
серия трехфазных асинхронных двигателей 4А и серии машин постоянного тока
2П.
       Проектирование электрической машины - это сложная комплексная задача,
включающая расчет и выбор размеров статора, ротора и других электрических
машин и конструировании статей и сборочных единиц с последующей компоновкой
электрических машин в целом.
       Главной задачей электромашиностроения является создание новых
образцов электрических машин с высокими технологическими показателями,
совершенных в эксплуатации, удовлетворяющих различным требованиям.



                      РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА



       Исходные данные:


           номинальная мощность Pном=3 кВт;
           номинальное напряжение сети Uном=220 В;
           номинальная частота вращения nном=1500 об/мин;
           высота оси вращения h=250 мм;
           степень защиты IP22;
           способ охлаждения IC01;
           способ возбуждения - параллельное с последовательной
       стабилизирующей обмоткой;
           максимальная частота вращения nmax=2200 об/мин;
           класс нагревостойкости изоляции F;
           режим работы - продолжительный.



       1. Главные размеры двигателя

       1.1. Предварительное значение КПД при номинальной нагрузке
                                h’ном = 0,755
       1.2. Расчетная мощность двигателя
                    Pi = kд  / Pном = 1,07 / 3 = 2,8 кВт,
  где kд = 1,07.
       1.3. Наружный диаметр якоря и число главных полюсов
                            D2 = 112 мм; 2p = 4.
       1.4. Предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия при
                       2p = 4 и D2 = 112 мм a’i =0,65.
       1.5. Предварительное значение максимальной магнитной индукции в
  воздушном зазоре
                               B’d = 0,58 Тл.
       1.6. Предварительное значение линейной нагрузки
                             А’2 = 210 102 А/м.
       1.7. Расчетная длина сердечника якоря
                           6,1 1012 Pi                        6,1 1012 2,8
       li = _________________________________ =
__________________________________________ = 114 мм.
              k’в k’об a’i nном D22 B’d A’2  1 1 0,65 1500 1122 0,58 210 102
       1.8. Коэффициент длины сердечника якоря
                       l = li / D2 = 114 / 112 = 1,02,
  что находится в пределах рекомендуемых значений.
       1.9. Внутренний диаметр сердечника якоря
                      D2вн = 0,31 D2 = 0,31 112 = 39,2.



       2. Дополнительные размеры

       2.1. В соответствии с таблицей принимаем: марка электротехнической
  стали сердечника якоря - 2013; форма пазов на якоре - полузакрытые
  овальные (см.рис. 1); тип обмотки якоря - всыпная.



                                                        Рис. 1.

       2.2. В соответствии с таблицей предусматриваем в сердечнике якоря
аксиальные вентиляционные каналы в один ряд,
       число каналов                    nк2 = 0,
       диаметр одного канала      dк2 = 0.
       2.3. Конструктивная длина сердечника якоря
                              l2 = li = 114 мм.
       2.4. Воздушный зазор эксцентричный. По рисунку принимаем
                                 d = 0,9 мм,
            тогда
                            dmax = 0,9 / 1,5 = 0,6 мм;
                           dmin = 0,9 2 = 1,8 мм.
       2.5. Длина сердечника главного полюса
                              lm = l2 = 114 мм.
       2.6. Предварительное значение высоты главного полюса
                                 hm = 40 мм.
       2.7. Полюсное деление
                    t = p D2 / 2p = 3,14 112 / 4 = 88 мм.
       2.8. Магнитная индукция в сердечнике главного полюса
                                Bm = 1,65 Тл.
       2.9. Ширина сердечника главного полюса
                                          B ’d a’i t s’     0,58 0,65 88 1,2
          bm = _______________  = _______________________  = 24 мм.
                                            k’c1 Bm
       0,98 1,65
       2.10. Ширина выступа полюсного наконечника главного полюса
                      bmн  = 0,10 bm = 1,10 24 ~ 2 мм.
       2.11. Высота полюсного наконечника в основании выступа
                                         B ’d                     0,58
       hm = ___________ (bp - bm)= _________________ (57 - 24)= 7 мм,
                                    1,67 Bm                      1,67 1,65
где длина полюсного наконечника
                       bp = a’i  t = 0,65 88 = 57 мм.
       2.12. Сердечники главных и добавочных полюсов изготавливаем из
электротехнической стали марки 3411 толщиной 1 мм (kc = 0,98).

       2.13. Длина сердечника добавочного полюса
                              lд = l2 = 114 мм.
       2.14. Ширина сердечника добавочного полюса
                                 bд = 20 мм.
       Число добавочных полюсов
                                  2pд = 4.
       2.15. Воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом
                                 dд = 3 мм.
       2.16. Длина станины
                  lc1 = l2 + kl t = 114 + 0,65 88 = 171 мм,
       где kl = 0,65. Материал станины - сталь марки Ст3.
       2.17. Толщина станины
                                       B’d a’i t s ’ l2          0,58 0,65
  88 1,2 114
    hc1 = ___________________ = ___________________________   ~ 10,3 мм,

                                           2 Bc1 lc1                       2
  1,28 171
       где Bc1 = 1,28 Тл.
       2.18. Внутренний диаметр станины
     D1вн = D2 + 2dmin + 2hm + 2d = 112 + 2 0,6 + 2 40 + 2 0,9 = 195 мм.
       2.19. Наружный диаметр станины
                D1  = D1вн + 2hc1 = 195 + 2 10,3 = 215,6 мм.



       3. Обмотка якоря

       3.1. Номинальный ток якоря
                                        Pном  103                        3
  103
    I2ном = _______________ (1 - ki) = ______________  (1 - 0,1) = 16 А,
                                       h’ном Uном
  0,755 220
       Так как  I2ном < 700 А, то в соответствии с таблицей принимаем
простую волновую обмотку якоря 2а2 = 2.
       3.2. Принимаем зубцовое деление
                                 t2 = 15 мм.
       3.3. Число пазов якоря
                  z2 = p D2 / t2 = 3,14 112 / 15 = 23 паза,
       что удовлетворяет требованиям таблицы.
       3.4. Число эффективных проводников в обмотке якоря
    N2 = A’2 p D2  2а2 / I’2ном 103 = 210 102 3,14 112 2 / 16 103 = 923.
Принимаем
                                  N2 =920,
 тогда
                          N2 / z2 = 920 / 23 = 40.
       3.5. Диаметр коллектора
                      Dк = 0,80 D2 = 0,80 112 = 90 мм,
что соответствует стандартному значению Dк .
Максимальная окружная скорость на коллекторе
         vmax = p Dк nmax / 60 103 = 3,14 78 1500 / 60 103 = 7 м/с,
что не превышает допускаемого значения 40 м/с.
       3.6. Составляем таблицу вариантов.
       Так как напряжение  Uк    не должно превышать 16 В, принимаем
|      №   |     Uп   | K=Uп  z2 |  Dк, мм  | tк , мм  |          |     Uк ,В|
|Варианта  |          |          |          |          |N2        |          |
|          |          |          |          |          |Wc2= _____|          |
|          |          |          |          |          |          |          |
|          |          |          |          |          |2K        |          |
|          |       5  |      115 |       90 |      3,0 |        4 |       7,6|


       3.7. Шаги обмотки якоря:
первый частичный шаг по якорю
                y1 = (zэ / 2p) + e = (115 / 4 ) + 0,25 = 29;
шаг обмотки по коллектору
                   yк = (K + 1) / p = (115 + 1) / 2 = 57;
шаг обмотки по реальным пазам
                  yz = (z2 / 2p) + e = (23 / 4) + 0,25 = 6.
       3.8. Уточненное значение линейной нагрузки
                                         N2 I2ном
  920 16
       A2 = ________________  =  ____________________  = 209 10 2 А/м
                                     2а2 p D2 10-3         2 3,14 112 10-3
где
                      N2 = 2Uп z2 wc2 = 2 5 23 4 = 920.



       4. Пазы якоря полузакрытые овальные

       4.1. Частота перемагничивания якоря
                  f2 = p nном  / 60 = 2 1500 / 60 = 50 Гц.
       4.2. Ширина зубца якоря в его основании
      bz2min = B ’d t2 / kc2 B ’z2max  = 15 0,58 / 0,95 2,3 = 3,98 мм,
       где
                              Bz2max = 2,3 Тл.
       4.3. Высота зубца якоря
                                hz2 = 21 мм.
       4.4. Высота спинки якоря
                                        D2 - D2вн
  (112 - 39)
       hc2 = _____________  -  hz2 = _______________  -  21= 15,5 мм.
                                           2
   2
       4.5. Магнитная индукция в спинке якоря
                                      B’d a’i t
   0,58 0,65 88
     Bс2 = _________________________ = _________________________________
                                 = 0,78 Тл.
                             2kc2 (hc2 - __ dк2)                  2 0,95
  (15,5 - __ 0)
       4.6. Ширина паза
                                p (A2 - 2 hz2)                   3,14 (112 -
  2 19)
      bп2 = __________________ - bz2min = ____________________ - 3,86 =
                                  6,24 мм.
                                           z2
        23
       4.7. Диаметр меньшей окружности паза
                      p (D2 - 2hz2) - z2 bz2                          3,14
  (112 - 2 0,8) - 23 3,98
                    dп2 = _____________________________ =
           ____________________________________________ = 5,46 мм.
                                z2 - p
     23 - 3,14
       4.8. Диаметр большой окружности паза
                       p (D2 - 2hш2) - z2 bz2            3,14 (112 - 2 0,8)
  - 23 3,98
                     d’п2 = _________________________ =
            _________________________________________ = 9,76 мм,
                                 z2 + p
  23 + 3,14
       Расстояние между центрами окружностей
     hп2 = hz2 - hш2 - 0,5 (d’п2 + dп2) = 21 - 0,8 - 0,5 (9,76 + 5,46) =
                                  12,6 мм.
       4.9. Площадь паза в свету
      Sп2 = (p / 8)[(d’п2 - bпр)2 + (dп2 - bпр)2] + 0,5 (d’п2  + dп2 -
                                 2bпр) hп2 =
     (3,14 / 8) [(9,76 - 0,1)2 + (5,46 -0,1)2]+ 0,5(9,76 + 5,46 - 2 0,1)
                               12,6 = 142 мм2,
       где bпр = 0,1 припуск на сборку сердечника якоря по ширине паза.
       4.10. Площадь паза, занимаемая обмоткой
        Sоб = Sп2 - Sи - (Sкл + Sпр) = 142 - 17,2 - 8,19 = 116,6 мм2,
       где Sи - площадь, занимаемая корпусной изоляцией, мм2
      Sи ~ 0,5 bи  (p d’п2 + p dп2 + 4hп2) = 0,5 0,35 (3,14 9,76 + 3,14
                        5,46 + 4 12,6) =  =17,2 мм2,
                 Sкл + Sпр ~ 1,5 dп2  = 1,5 5,46 = 8,19 мм2.
       4.11. Предварительное значение диаметра изолированного обмоточного
  провода круглого сечения
          d’из = Kз2  Sоб z2 / N2 =  0,70 142 23 / 920  = 1,58 мм.
 Уточненное значение коэффициента заполнения паза якоря при стандартном
диаметре изолированного провода
             Kз2 = N2 d2из / Sоб z2 = 920 (158)2 / 142 23 = 0,70

       4.12. Допустима плотность тока
      доп = (A2   доп) 10-6 / A2 = 1,1 1011 10-6 / 209 102 = 5,3 A/мм2,
при
                                D2 = 112 мм,
принимаем
                       A2   доп = 1,1 1011   А2/ мм3.
       4.13. Плотность тока в обмотке якоря
          2 = I2ном  / 2a2  nэл q2эл = 16 / 2 1 1,767 = 4,53 А/мм2,
что не превышает допустимое значение плотности тока.
       Конструкция изоляция пазовых и лобовых частей обмотки якоря при
напряжении, не превышающем 600 В.



       5. Размеры секции и сопротивление обмотки якоря

       5.1. Среднее значение зубцового деления якоря
         tср2 = p (D2 - hz2) / z2 = 3,14 (112 - 21) / 23 = 12,4 мм.
       5.2. Средняя ширина секции обмотки якоря
                      bс,ср = tср2 yz = 12,4 6 = 74 мм.
       5.3. Средняя длина одной лобовой части обмотки
                            bс,ср
                           74
       bл2 = __________________________ - hz2 + 40 =
____________________________ - 21 + 40 = 285мм
                  1 - [( bп2 + 3,5) / t2]2                       1 - [( 6,24
  + 3,5) / 15]2
       5.4. Средняя длина витка обмотки
               lср2 = 2 (l2  + lл2) = 2 (114 + 285) = 798 мм.
       5.5. Вылет лобовой части обмотки якоря
                 bс,ср        (bп2  + 3,5)                       hz2
                     74                      (6,24 + 3,5)
       lв2 = _______   ___________________________   + _____ + 20 = ________
 ____________________________ +
                    2      1 + [( bп2 + 3,5) / t2]2         2
      2         1 - [( 6,24 + 3,5) / 15]2
             21
       + _______ + 20 = 51 мм.
              2
       5.6. Активное сопротивление обмотки якоря
               rcu N2 lср2  103         24,4 10-9 920 798 103
       r2 = ____________________ = ___________________________ = 1,26 Ом.
               2(2a2)2 nэл  q2эл               2 (2)2 1 1,767



       6. Расчет магнитной цепи

       6.1. Предварительное значение ЭДС двигателя при номинальной нагрузке
        Е’2ном = 0,5 Uном (1 + h’ном ) = 0,5 220 (1 + 0,755) = 193 В.
       6.2. Полезный магнитный поток
                                         60а2 Е2ном                 60 1 193
         Ф = _________________ = ______________________ = 0,0042 Вб.
                                        p N2 nном                 2 920 1500

       6.3. Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре
                                                   Ф 106         0,0042 106
              Bd  = ____________ = ________________ = 0,64 Тл.
                                                 a’i t li           0,65 88
114
       6.4. Коэффициента воздушного зазора
                       kd = kd2 kб  = 1,32 1,24 = 1,64
                                                  bп2
                      6,24
                 kd2 = 1 + ___________________________ = 1 +
                  _________________________________ = 1,32
                                t2 - bп2  + 5d t2 / bп2                15 -
  6,24 + 5 0,9 15 / 6,24
                                    nб lб hб
             0,25 147 3
                 kd2 = 1 + ___________________________ = 1 +
                  _________________________________ = 1,33
                                 l2 (d + hб) - nб lб hб               114
  (0,9 + 3) - 0,25 147 3
где
                        nь lь = 0,25 l2 ; hб = 3 мм.
       6.5. Магнитное напряжение воздушного зазора
            Fd = 0,8 Bd d kd 103 = 0,8 0,5 0.9 1,3 103 = 478,8 A.
       6.6. Магнитная индукция в наименованием сечением зубца
         Bzmax = Bd t2 / kc2 bz2min = 0,34 15 / 0,95 3,98 = 2,54 Тл,
где
                               bz2min = 3,98.
       6.7. Ширина зубца в его наибольшем расчетном сечении
                  bz2max = t2  - bп2 = 15 - 6,24 = 8,76 мм.
       6.8. Ширина зубца  в его среднем расчетном сечении
       bz2ср = 0,5 (bz2min  - bz2max ) = 0,5 (3,98 + 8,76) = 6,31 мм.
       6.9. Магнитная индукция в расчетных сечениях зубца:
в наименьшем
                              Bz2max = 1,98 Тл;
в наибольшем
        Bz2min = Bd t2 / kc2 bz2max = 0,64 15 / 0,95 8,76 = 1,15 Тл,
в среднем
         Bz2ср = Bd t2 / kc2 bz2ср = 0,64 15 / 0,95 6б31 = 1,60 Тл,
       6.10. Коэффициент для определения напряженности магнитного поля в
наименьшем сечении зубца
              kп2max = t2 / kc2 bz2min = 15 / 0,95 3,98 = 3,96.
       6.11. Напряженность поля при
                              Bz2max = 1,94 Тл
для стали марки 2013
                            Hz2max = 1 104 А/м .



       6.12. Напряженность поля при
                               Bz2min = 0,9 Тл
                               Bz2ср = 1,25 Тл
                              Hz2min = 190 А/м
                               Hz2ср = 430 А/м
       6.13. Расчетное значение напряженности поля в зубце
    Hz2 = (Hz2max  +4Hz2ср + Hz2min) / 6= (1 104 + 4 430 + 190) / 6 = 320
                                  103  А/м
       6.14. Магнитное напряжение зубцового слоя якоря
               Fz2 = Hz2 hz2  10-3 = 320 103 21 10-3 = 6720 А.
       6.15. Магнитная индукция в спинке якоря
                                Bd ai t
  0,64 0,65 88
     Bс2 = _________________________ = _________________________________
                                 = 1,24 Тл.
                             2kc2 (hc2 - __ dк2)                  2 0,95
  (15,5 - __ 0)
       6.16. Расчетная длина магнитной силовой линии в спинке якоря
  Lc2 = (p / 2p) (D2вн + hc2) + hc2 = (3,14 / 4)(39 + 15,5) + 15,5 = 58 мм.
       6.17. Напряженность поля в спинке якоря
                               Hс2 = 225 A/м.
       6.18. Магнитное напряжение спинки якоря
                 Fc2 = Hс2 Lc2  10-3 = 225 490 10-3 = 110 A.
       6.19. Магнитная индукция в сердечнике главного полюса
                                                sг Ф 106          1,2 0,0042
106
            Bт = ______________ = ___________________ = 1,88 Тл.
                                                 lт kc1  bт         114 0,98
  24
       6.20. Напряженность поля в сердечнике главного полюса
                                Hт = 760 A/м
       6.21. Магнитное напряжение сердечника главного полюса
                    Fт = Hт Lт 10-3 = 760 40 10-3 = 30 A,
где
                               Lт = hт = 40 мм.
       6.22. Зазор между главным полюсом и станиной
           dтс1 = 2 lт 10-4 + 0,1 = 2 114 10-4 + 0,1 = 1, 122 мм.
       6.23. Магнитное напряжение зазора между главным полюсом и станиной
             Fdтс= 0,8 Bт dтс1 103 = 0,8 1,45 0.122 103 = 141 A.
       6.24. Магнитная индукция в спинке станины
                                               sг Ф 106          1,2 0,0042
106
            Bт = ______________ = ___________________ = 1,43 Тл.
                                               2 lс1 hc1             2 171,2
  10,3
                   lс1 ~ l2 + kl t = 114 + 0,65 88 = 171,2
       Полученное значение магнитной индукции мало отличается от принятого
       6.25. Напряженность поля в спинке станины по таблице для массивных
станин
                               Hс1 = 1127 A/м.
       6.26. Расчетная длина магнитной силовой линии в спинке станины
 Lc1 = (p / 2p) (D1вн + hc1) + hc1 = (3,14 / 4)(195 + 10,3) + 10,3 = 171 мм.
       6.27. Магнитное напряжение станины
                Fc1 = Hс1 Lc1  10-3 = 1127 171 10-3 = 193 A.



       6.28. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в
режиме холостого хода
              Fво = 2 Fd + 2 Fz2 + Fc2 + 2 Fт + 2 Fdтс + Fc1 =
             = 2 478,8 + 2 6720 + 2 110 + 2 30 + 193 = 15385 A.



       7. Обмотка возбуждения

       7.1. Поперечная МДС обмотки якоря на пару полюсов
           F2 = 0,5 N2 I2ном  / 2a2 p = 0,5 920 16 / 2 2 = 1840 A.
       7.2. Коэффициент учитывающий размагничивающее действие МДС поперечной
реакции якоря при
                              Bz2max = 1,98 Тл,
                       F2 / Fво = 1840 / 15385 = 0,12
                                kp,2 = 0,175
       7.3. Размагничивающее действие МДС поперечной реакции якоря на пару
полюсов
                     Fqd = kp,2 F2 = 0,175 1840 = 322 A.
       7.4. Требуемое значение МДС обмотки возбуждения при нагрузке на пару
полюсов
            Fв,н = Fво + Fqd - Fc = 15385 + 322 - 276 = 15431 A,
где МДС стабилизирующей обмотки на пару полюсов
                      Fc = 0,15 F2 = 0,15 1840 = 276 A.
       7.5. Средняя длина витка многослойной полюсной катушки параллельного
возбуждения
            lср,к = 2 (lт  + bт) + p (bк,ш + 2bиз + 2bз + 2bк) =
          2 (114 + 24) + 3,14 (15 + 2 0,2 + 2 0,6 + 2 2) = 340 мм,
где ширина катушки
                                bк,ш = 15 мм,
толщина изоляции катушки
                                bиз = 0,2 мм,
односторонний зазор между катушкой и сердечником полюса
                                bз = 0,6 мм,
толщина каркаса
                                 bк = 2 мм.
       7.6. Площадь поперечного сечения обмоточного провода (при
последовательном соединении всех полюсных катушек)
    q’в = Fв,н kзап rcu p lср,к  103 / Uв = 15431 1,05 24,4 10-9 340 103
                                = 0,157 мм2,
       По таблице принимаем катушку возбуждения из изолированного провода
круглого сечения, многослойную по ширине и высоте; принимаем провод марки
ПЭТ - 155
                               qв = 1,539 мм2,
                                d = 1,4 мм2,
                              dиз = 1,485 мм2.
       7.7. Число витков в полюсной катушке
              wк,в = Fв,н / 2 D’в qв = 15431 / 2 5 0,157 = 127,
где плотность тока по
                               D’в = 5 A/мм2.
       7.8. Сопротивление обмотки возбуждения
     rв = rcu  2 wк, в lср,к 103 / qв = 24,4 10-9 4 127 340 103 / 0,157=
                                   27 Ом.
       7.9. Наибольшее значение тока возбуждения
                      Iв = Uв / rв = 220 / 27 = 8,1 А.
       7.10. Уточненное значение плотности тока в обмотке возбуждения
                  D В = I в / qв = 8,1 / 1,539 = 5,2 А/мм2.


       7.11. Число витков в полюсной катушке стабилизирующей обмотки
                 wк,c = Fс ac / I2ном = 276 1 / 16 = 17,25 ,
принимаем
                                 wк,c = 17,
число параллельных ветвей
                                  ac = 1 .
       7.12. Площадь поперечного сечения обмоточного провода стабилизирующей
обмотки
               q’c = I2ном / ac  D c = 16 / 1 4,9 = 3,265 мм2 .
       7.13. По таблице принимаем для изготовления полюсных катушек
стабилизирующей обмотки неизолированный медный провод круглого сечения.
                                qc =3,53 мм2,
                                d = 2,12 мм2,
                               dиз = 2,22 мм2.
       7.14. Уточненное значение плотности тока в стабилизирующей обмотке
               D c = I2ном / ac qc = 16 /1 3,53 = 4,532 А/мм2.
       7.15. Радиус закругления медного провода катушки стабилизирующей
обмотки
             r = 0,5 (bc + 2bз) = 0,5 (4,25 + 2 0,6) = 2,725 мм,
минимально допустимый радиус закругления
              rmin = 0,05 b2 / a = 0,05 4,252 / 0,80 = 1,13 мм.
       7.16. Средняя длина витка катушки стабилизирующей обмотки
     lср,к = 2 (lт  + bт) + p (bк,с + 2 r) = 2 (114 +24) + 3,14 (13 + 2
                              2,725) = 334 мм,
где
                              bк,с = b = 13 мм.
       7.17. Сопротивление стабилизирующей обмотки
                               2prcu  lср,к wк,c 103       4 24,4 10-9 340
  17 103
    rс = ________________________ = ____________________________ = 0,157
                                     Ом.
                                        ac2 qc
12 3,53



       8. Обмотка добавочных полюсов

       8.1. Число витков катушки добавочного полюса
        wк,д = kд F2 aд / 2I2ном =1,25 1840 1 / 2 16 = 71,875 витков,
принимаем
                              wк,д = 72 витка,
где
                                   aд = 1,
                                  kд = 1,25
       8.2. Площадь поперечного сечения проводника катушки добавочного
полюса
               q’д = I2ном / aд   д = 16 / 1 4,9 = 3,26 мм2 .
                                 D д = 4,9.
       8.3. Принимаем для изготовления катушек добавочных полюсов голый
медный провод круглого сечения по таблице
                               qд = 3,53 мм2.
       8.4. Уточненное значение плотности тока в обмотке добавочных полюсов
              D д = I2ном / aд  qд = 16 / 1 3,53 = 4,53 A/мм2 .
       8.5. Средняя длина витка катушки добавочного полюса
    lср,к = 2lд  + p (bд + bк,д + 2bз + 2bиз) = 2 114 + 3,14 (2 + 13 + 2
                           0,6 + 2 0,2) = =280 мм,
где
                               bк,д = b = 13,
                                  bз = 0,6,
                                 bиз = 0,2.
       8.6. Сопротивление обмотки добавочных полюсов
                                rcu  lср,к wк,д 2p 103      24,4 10-9 340 72
  4 103
     rд = ________________________ = ____________________________ = 0,66
                                     Ом.
                                          aд2 qд
12 3,53



       9. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов

       9.1. Ширина многослойной катушки главного полюса
        bк,в = kp Nш dиз + bиз,пр = 1,05 10,1 1,485 + 2,4 = 18,1 мм,
где
                     Nш = bк,ш / dиз = 15 / 1,485 = 10,1
                                 kp = 1,05,
                        bиз, пр = 2 + 0,2 2 =2,4 мм.
       9.2. Высота многослойной катушки главного полюса с учетом разделения
полюсной катушки на две части вентиляционным каналом шириной
                                  bв,к = 0,
    hк,в = kp Nв dиз + hиз,пр + bв,к = 1,05 12,5 1,485 + 1,485 0 = 21 мм,
где Nв - число изолированных проводов по высоте катушки:
                     Nв = wк,в / Nш = 127 / 10,1 = 12,5;
высота прокладок и каркаса
                             hиз,пр = 1,485 мм.
       9.3. Высота полюсной катушки стабилизирующей обмотки
                        hк,с = h + hиз,пр = 1,485 мм,
где
                             hиз,пр = 1,485 мм.
       9.4. Общая высота катушек и вентиляционного канала главного полюса
                hr,п = hк,в + hк,с = 21 + 1,485 = 22,485 мм.
       9.5. Площадь занимаемая непосредственно в межполюсном окне двумя
частями (секциями) катушки возбуждения, включая все прокладки и
вентиляционный зазор
                    Qк,в = bк,в hк,в = 18,1 21 = 380 мм2.



       Рис. 2.
       Эскиз междуполюсного окна двигателя постоянного тока
(3 кВт, 220 В, 1500 об/мин).


       9.6. Высота катушки добавочного полюса из неизолированной меди
                  hк,д = kp [wк,д h + 0,3(wк,д  - 3)] + 2 =
                = 1,05 [71,85 0 +0,3(71,85 - 3)] + 2 ~ 24 мм.
       9.7. На рисунке показан эскиз межполюсного окна. При этом площадь
занимаемая полюсной катушкой возбуждения из двух секций, включая
вентиляционный зазор 0 мм, составляет Qк,в = 380 мм2, а компоновка этих
секций такова, что минимальный воздушный промежуток между выступающими
краями главных и добавочных полюсов, а так же между краями полюсных катушек
и внутренней поверхностью станины составляет 0 мм.



       10. Щетки и коллектор

       10.1. Расчетная ширина щетки
                           Dк                            а2
      90                            1
  bщ’ = kз,к bн,з _____ - tк  (Nш + eк - _____ ) = 0,75 31 _____  - 3 (4 +
                          0,25 - ___  ) = 7,68 мм;
                      D2                             p
112                           2
здесь
                                kз, к = 0,75;
                                 tк  = 3 мм;
                      bн, з = t - bр = 88 - 57 = 31 мм;
                eк = (K  / 2p) - y1 = (115 / 4) - 29 = 0,25.
По таблице принимаем стандартную ширину щетки
                                 bщ = 8 мм.
       10.2. Число перекрываемых щеткой коллекторных делений
                          g = bщ / tк = 8 / 3 = 2,
что находится в пределах рекомендуемых значений для простой волновой
обмотки якоря.
       10.3. Контактная площадь всех щеток
                S Sщ = 2 Iном / D’щ = 2 16 / 0,11 = 290 мм2 ,
где принимаем по таблице для электрографитированных щеток марки ЭГ14
                               Dщ = 0,11 А/мм2.
       10.4. Контактная площадь щеток одного бракета
                   Sщ,,б = S Sщ / 2p  = 290 / 4 = 73 мм2 .
       10.5. Требуемая длина щетки
                   l’щ  = Sщ ,б / bщ  = 73 / 8 = 9,125 мм,
принимаем на одном бракете по одной щетке
                                 (Nщ,б = 1).
Длина одной щетки
                                 lщ = 10 мм.
       10.6. Плотность тока под щеткой
        Dщ = 2 Iном / Nщ,б bщ  lщ  2p = 2 16 / 1 8 10 4 = 0,1 А/мм2 ,
что не превышает рекомендуемого значения
                             D’щ = 0,11 А/ мм2.
       10.7. Активная длина коллектора при шахматном расположении щеток
             lк = Nщ,б (lщ + 8) + 10 = 1 (10 + 8) + 10 = 28 мм.
       10.8. Ширина коллекторной пластины
                      bк = tк - bиз = 3 - 0,2 = 2,8 мм,
толщина изоляционной прокладки
                                bиз = 0,2 мм.



       11. Расчет коммутации

       11.1. Окружная скорость якоря
         U2 = p D2 n 10-3 / 60 = 3,14 112 150 10-3 / 60 = 8,792 м/с.
       11.2. Приведенный коэффициент проводимости пазового рассеяния якоря
при круглых пазах
                                              hz2      hш2       lл2
 2,5 108              a2
        l = 0,6 _____ + _____ + _____ + ___________________  _____ =
                                              dп2     bш2           l2
 wc2 l2 A2 2         p
                                   21      0,8      291            2,5 108
               1
       = 0,6 _____ + _____ + _____ + ________________________  _____ =
                                  10,142 .
                                 6,24    6,24    114      4 114 209 102 8,79
     2
       11.3. Реактивная ЭДС
    Ep = 2 wc2 li v2 l 10-5 = 2 4 114 209 102 8,792 6,49 10-5 = 10876 B.



       12. Потери и КПД

       12.1. Масса зубцового слоя якоря

    dп2  + d’п2
           Gz2 = 7,8 10-6 z2 bz2 (hп2 + _______________ ) li kc =

           4
                                                                  5,46 +
9,76
                          = 7,8 10-6 24 6,36 ( 12,6 _______________ ) 114
0,95 = 2,01 кг.

4
       12.2. Масса стали спинки якоря
     Gс2 = 7,8 10-6 {(p / 4)[(D2 - 2 hz2)2 - D22вн - d2к2 nк2]} li kc =
     = 7,8 10-6 {(3,14 / 4)[(112 - 2 21)2 - 39,22 - 0 0]}114 0,95 = 2,23
                                     кг.
       12.3. Магнитные потери в сердечнике якоря
           Pм2 = 2,3 P1,0/50 (f2 / 50)b (B2z2ср Gz2 + B2c2 Gс2) =
                  = 4,02 (1,252 2,60 + 0,972 2,88) = 27 Вт,
где
                    f2 = p n / 60 = 2 1500 / 60 = 50 Гц;
                            P1,0/50 = 1,75 Вт/кг;
                                  b = 1,4;
принимаем
                    2,3 P1,0/50 (f2 / 50)1,4 = 4,02 Вт/кг;
       12.4. Электрические потери в обмотке возбуждения
                  Pэ,в = U2в / rв = 2202 / 25,6 = 1891 Вт.
       12.5. Электродвижущая сила якоря при номинальной нагрузке двигателя
                                          P N2                     2 920
        E2ном = ___________ Фnном = ___________ 0,0048 1500= 193,2 В.
                                           60а2                       60 1
       12.6. Уточненное значение тока якоря при номинальной нагрузке
     I2ном = (Uном  + E2ном - D Uщ ) / Sr = (220 193,2 - 2,5) / 2,207 =
                                   10,7 A,
              Sr = r2 + rc +rд = 1,39 + 0,15 + 0,66 = 2,207 Ом,
                                DUщ = 2,5 В.
       12.7. Электрические потери в обмотке якоря
                   Pэ2 = I22ном r2 = 10,72 1,39 = 162 Вт.
       12.8. Электрические потери в обмотках статора, включенных
последовательно с обмоткой якоря
         Pэ,п1 = I22ном (rд  + rc) = 10,72 (0,66 + 0,157) = 93,5 Вт.
       12.9. Электрические потери в переходном щеточном контакте
                  Pэ,щ = DUщ  I22ном = 2,5 10,7 = 26,75 Bт.
       12.10. Потери на трение щеток о коллектор где окружная скорость на
коллекторе
               Pт,щ = 0,5 S Sщ  v2 = 0,5 290 7,06 = 10,24 Bт,
где окружная скорость на коллекторе
        vк = p Dк nном / 60 10-3 = 3,14 90 1500 / 60 10-3 = 7,06 м/с.



       12.11. Потери  на трение в подшипниках и на вентиляцию
       Pт.п,в = 20 Вт



       Рис.3.
       Рабочие характеристики двигателя постоянного тока
       ( 3 кВт, 220 В, 1500 об/мин).



       12.12. Суммарные механические потери
                Pмех = Pт,щ + Pт.п,в = 10,24 + 20 = 30,24 Вт.
       12.13. Добавочные потери
      Pдоб = 0,001 Pном / hном  10-3 = 0,001 3 / 0,755 10-3 = 0,012 Вт.
       12.14. Суммарные потери в двигателе
         S P = (Pм2 + Pэ2 + Pэ,в + Pэ,п1 + Pэ,щ + Pмех + Pдоб) 10-3 =
     = (27 = 162 + 1891 + 93,5 + 26,75 + 30,24 + 0,012) 10-3 = 2,23 кВт.
       12.15. Коэффициент полезного действия двигателя при номинальной
нагрузке
                hд,ном = 1 - S P/ P1 = 1 -2,23 / 4,3 = 0,48,
где
P1 = Uном (I2ном + Iв) 10-3 = 230 (10,7 + 8,6) 10-3 = 4,3 Вт.



       13. Рабочие характеристики двигателя
       Расчет рабочих характеристик двигателя приведен в таблице. По данным
этой таблицы построены рабочие характеристики рисунок 3.

|b = I2 /    |0,2         |0,50        |0,75        |1,0         |1,25        |
|I2ном       |            |            |            |            |            |
|I2 ,A       |3,2         |8           |12          |16          |20          |


Pm2+Pэ,в+Pмех, Вт
|            |121,82      |109,62      |164,43      |219,24      |121,82      |


Pэ2, Вт
|            |32,4        |81          |20,16       |162         |202,5       |
|Pэ,п 2, Вт  |18,7        |46,8        |70,1        |93,5        |116,9       |
|Pэ,щ, Вт    |5,35        |13,37       |20,06       |26,75       |33,43       |
|Pдоб, Вт    |0,0025      |0,006       |0,009       |0,012       |0,015       |
|S P, кВт    |0,45        |1,12        |1,67        |2,23        |2,79        |


I=I2 +Iв,А
|            |4,8         |12,1        |18,1        |24,1        |30,1        |


P1=Uном I10-3,
Вт
|            |10,60       |26,51       |39,76       |53,02       |66,28       |


h
|            |0,151       |0,378       |0,566       |0,755       |0,944       |


P2= P1 h
|            |8,01        |20,01       |30,02       |40,03       |50,04       |


E2, B
|            |38,6        |96,6        |144,9       |193,2       |241,5       |


n , об/мин
|            |300         |750         |1125        |1500        |1875        |


М2, Н м
|            |0,91        |2,26        |4,65        |6,2         |15,02       |



       14. Тепловой расчет

       14.1. Превышение температуры поверхности сердечника якоря над
температурой воздуха внутри машины
                           Pэ2 (2l2 / lcp2) + Pм2             162 (2 114 /
798) + 27
DQпов2 =  ____________________________ = __________________________________
= 13,60C
                                 (p D2 +nк2 dк2) l2 a2        (3,14 112 + 0
0) 114 7 10-5
       где
a2  = 7 10-5 Вт/(мм2 0С).
       14.2. Периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения
паза якоря
П2 = 0,5 p (dп2 + d’п2) + 2hп2 = 0,5 3,14 (5,46 + 9,76) + 2 12,6 = 49 мм.
       14.3. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря
                          Pэ2 (2l2 / lcp2)    Cb2         162 (2 114 / 798)
      1,7
DQиз2 =  _________________  ________ = _______________________  _________ =
0,40C .
                           z2 П2 l2            lэкв               23 49 114
        16 10-5
       14.4. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей
обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины
                                    Pэ2 (2l2 / lcp2)        162 (2 114 /
798)
DQиз2 =  _________________   = ________________________ = 1,840C .
                                   2 p D2 lв2 a2        2 3,14 112 51 7 10-
5
       14.5. Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки
                          Pэ2 (2l2 / lcp2)    Cb2         162 (2 114 / 798)
      1,7
DQиз,л2 =  _________________  ________  = ________________________ ________
= 0,110C .
                          2z2 Пл2 lл2        lэкв         2 23 49 114
      16 10-5
       где
Пл2 ~ П2 = 49 мм.
       14.6. Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой
воздуха внутри машины
                                2l2
2lл2
DQиз2 = ________ (DQпов2  + DQиз2) + ________  (DQп2  + DQиз,л2) =
                                lcp2
                  lcp2
                          2 114                               2 114
= ________ (472,9 + 8,6) + ________  (531 + 1300) = 4,460C.
                           798                                  798
       14.7. Сумма потерь
SP’ = SP - 0,1 (Pэ,в + Pэ,п1) = 2,23 - 0,1 (1891 + 93,5) = 196,22 Вт.
       14.8. Условная поверхность охлаждения машины
Sм = p D1 (l2 + 2lв2 ) = 3,14 215,6 (114 + 2 51) = 147,2 103 мм2.
       14.9. Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над
температурой охлаждающей среды
DQв  = SP’/ Sм aв = 196,22 / 177,2 103 55 10-5 = 0,24 0C,
       где
aв = 55 10-5 Вт/(мм2 0С).
       14.10. Среднее превышение температуры якоря над температурой
охлаждающей среды
DQ2  = DQ’2 + DQв  = 4,46 + 0,024 = 4,484 0C.

       14.11. Условная поверхность охлаждения полюсной катушки возбуждения
Sк,в = lср,к Пк,в = 400 57 = 21600 мм2,
       где
Пк,в = 54 мм.
       14.12. Превышение температуры наружной поверхности охлаждения
многослойной катушки главного полюса над температурой воздуха внутри машины
DQк,в  = 0,9Pэ,в / 2p Sк,в a1 = 0,9 1891 / 4 21600 4,2 10-5 = 46,9 0C,
       где
a1 = 4,2 10-5 Вт/(мм2 0С).
       14.13. Перепад температуры в изоляции полюсной катушки главного
полюса
                                             Pэ,в       bиз          1891
   0,2
DQиз,к.в  = 0,9 ________  _______  = ___________ _______ =   24,6 0С.
                                          2p Sк,в   lэкв         4 21600
16 10-5
       14.14. Среднее превышение температуры катушки главного полюса над
температурой внутри машины
DQк,в  = DQк,в + DQщ,к,в  = 46,9 + 24,6 = 71,5 0C.
       14.15. Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над
температурой охлаждающей среды
DQов  = DQ’ к,в + DQв  = 71,5 + 0,024 = 71,524 0C.
       14.16. Условная поверхность охлаждения однослойной катушки
добавочного полюса
Sд = lср,к (wк,д а + 0,6 b) = 346 (72 2,12 + 0,6 2,22) = 53 103 мм2 ,
       где
lср,к = 346 мм.
       14.17. Электрические потери в добавочном полюсе
Pэ,д = I22ном rд / ад = 10,72  0,68 / 1 = 78 Вт.
       14.18. Превышение температуры наружной поверхности добавочного полюса
над температурой воздуха внутри машины
DQк,д  = 0,9Pэ,д / 2p Sд a1 = 0,9 78 / 4 53 103 4,2 10-5 = 87 0C.
       14.19. Среднее превышение температуры обмотки добавочного полюса над
температурой охлаждающей среды
DQд  = DQ к,д + DQв  = 87 + 0,024 = 87,024 0C.
       14.20. Превышение температуры наружной  поверхности коллектора над
температурой воздуха внутри машины
                                         Pэ,щ’ + Pт,щ         26,75 + 10,24
DQ’коп = __________________ = __________________ = 0,05 0С,
                                                     Sкоп aкоп
44 103  17 10-5
       где
Sкоп = p Dк lк = 3,14 90 154 = 44 103 мм2;
aкоп = 17 10-5 Вт/(мм2 0С).
       14.21. Превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей
среды при входе воздуха со стороны коллектора
DQкоп = DQ’коп =0,005 0С.
       Таким образом, тепловой расчет показал, что превышение температуры
различных частей двигателя не превышает допустимых значений для изоляции
класса нагревостойкости .





смотреть на рефераты похожие на "Расчет электродвигателя"