Курсовая работа: Двигатель постоянного тока
5.7 Длина станины:
lC = lг + 0.4D = 0.285 + 0.4·0,16 = 0.221 м
5.8 Высота станины:
5.9 Наружный диаметр станины:
5.10 Внутренний диаметр станины:
dC = DH 2hC = 0.31 – 2·0.0278= 0.254 м
5.11 Высота главного полюса:
где δ = 0.015м – предварительное значение воздушного зазора по [рис 5.2.]
6 Расчётные сечения магнитной цепи
6.1 Сечение воздушного зазора:
Sδ = bρ·lδ = 0.0781·0.285 = 0.0222 м2
6.2 Длина стали якоря:
6.3 Минимальное сечение зубцов якоря из п.3.7:
S
=0.00665
м
6.4 Сечение спинки якоря:
Sj = lс.∙hj = 0.27∙0.0175 = 0.0473 м2
6.5 Сечение сердечников главных полюсов:
Sr = Kc∙lr∙br = 0.95∙0.285∙0.0469 = 0.0127 м2
6.6 Сечение станины из п. 5.6.:
SC = 0.00614 м2
7 Средние длины магнитных линий
7.1 Воздушный зазор δ = 0.015 м.
7.2 Коэффициент воздушного зазора, учитывающий наличие пазов овальной формы на якоре:
7.3 Расчётная длина воздушного зазора:
7.4 Зубцы якоря для пазов овальной формы:
7.5 Спинка якоря:
7.6 Сердечник главного полюса:
Lr = hr = 0.017 м
7.7 Воздушный зазор между главным полюсом и станиной:
LС.П. = 2lr·10-4+10-4 = 2·0.285·10-4+10-4 = 0.000157 м
7.8 Станина:
8 Индукция в расчётных сечениях магнитной цепи
8.1 Индукция в воздушном зазоре:
8.2 Индукция в сечении зубцов якоря:
8.3 Индукция в спинке якоря:
8.4 Индукция в сердечнике главного полюса:
8.5 Индукция в станине:
9 Магнитное напряжение отдельных участков магнитной цепи
9.1 Магнитное напряжение воздушного зазора:
9.2 Коэффициент вытеснения потока:
9.3 Магнитное напряжение зубцов якоря:
FZ = 2HZLZ = 2∙38800·0.0242 = 1877.92 А
9.4 Магнитное напряжение спинки якоря:
Fj = HjLj = 1000·0.0451 = 45.1 А
9.5 Магнитное напряжение сердечника главного полюса:
Fr =2HrLr = 2∙460·0.017 = 15.64 А
9.6 Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной:
FС.П = 1.6·Br·LС.П∙106= 1.6·1.26·0.000157·106 = 316.512 А
9.7 Магнитное напряжение станины:
FС = HСLС = 550·0.1247 = 68.585 А
9.8 Суммарная МДС на пару полюсов:
FΣ = Fδ + FZ + Fj + Fr + FС.П + FC = 1456.77 + 1877.92 + 45.1+ 15.64 + +316.512+198.273 = 3780.527 А
9.9 МДС переходного слоя:
FδZj = Fδ + FZ + Fj = 1456.77+1877.92+45.1 = 3379.79 A
Аналогично производится расчёт для потоков равных 0,5; 0,75; 0,9; 1,1; 1,15 от номинального значения. Результаты расчёта сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчёт характеристики намагничивания машины.
|
№ п/п |
Расчётная величина |
Расчётная формула |
Ед. вел. |
0,5ФδН |
0,75ФδН |
0,9ФδН |
ФδН |
1,1ФδН |
1,15ФδН |
| 1 | ЭДС | Е | В | – | – | – | 396 | – | – |
| 2 |
Магнитный поток |
|
Вб | 0.00655 | 0.009975 | 0.01197 | 0.0133 | 0.01463 | 0.015295 |
| 3 | Магнитная индукция в воздушном зазоре |
|
Тл | 0.3 | 0.45 | 0.54 | 0.6 | 0.66 | 0.69 |
| 4 | МДС воздушного зазора |
|
А | 728.385 | 1092.578 | 1311.093 | 1456.77 | 1602.447 | 1675.286 |
| 5 | Магнитная индукция в зубцах якоря |
|
Тл | 1 | 1.5 | 1.8 | 2 | 2.2 | 2.3 |
| 6 |
Напряженность магнитного поля |
НZ |
|
240 | 1600 | 13400 | 38800 | 144000 | 224000 |
| 7 | Магнитное напряжение зубцов |
FZ = 2HZLZ |
А | 11.616 | 77.44 | 648.56 | 1877.92 | 6969.6 | 10841.6 |
| 8 | Магнитная индукция в спинке якоря |
|
Тл | 0.7 | 1.05 | 1.26 | 1.4 | 1.54 | 1.61 |
| 9 |
Напряженность магнитного поля |
Нj |
|
96 | 270 | 460 | 1000 | 2200 | 3600 |
| 10 | Магнитное напряжение в спинке якоря |
Fj = Hj Lj |
А | 4.3296 | 12.177 | 20.746 | 45.1 | 99.22 | 162.36 |
| 11 |
Магнитный поток главного полюса |
Фr = σгФδ |
Вб | 0.00798 | 0.01197 | 0.014364 | 0.01596 | 0.017556 | 0.018354 |
| 12 | Магнитная индукция в серд. глав. полюса |
|
Тл | 0.63 | 0.95 | 1.13 | 1.26 | 1.39 | 1.45 |
| 13 |
Напряжённость магнитного поля |
Нr |
|
89 | 215 | 330 | 460 | 940 | 1300 |
| 14 | Магнитное напряжение серд. глав. полюса |
Fr = 2HrLr |
А | 3.026 | 7.31 | 11.22 | 15.64 | 31.96 | 44.2 |
| 15 |
Магнитная индук. в возд. зазоре между гл. пол. и стан. |
ВС.П = Вr |
Тл | 0.63 | 0.95 | 1.13 | 1.26 | 1.39 | 1.45 |
| 16 |
Магнитное напряж. возд. зазора между гл. полюсом и стан. |
FС.П = =1.6·106·Br·LС.П |
А | 158.256 | 237.384 | 284.8608 | 316.512 | 348.1632 | 364 |
| 17 | Магнитная индукция в станине |
|
Тл | 0.65 | 0.98 | 1.17 | 1.3 | 1.43 | 1.5 |
| 18 |
Напряжённость магнитного поля |
НС |
|
91 | 230 | 370 | 550 | 1180 | 1600 |
| 19 | Магнитное напряжение станины |
FС = HСLС |
А | 11.3477 | 28.681 | 46.139 | 68.585 | 147.146 | 199.52 |
| 20 | Сумма магн. напряж. всех участков магнит. цепи |
FΣ = Fδ + FZ + Fj + Fr + +FС.П + FC |
А | 916.9603 | 1455.57 | 2322.619 | 3780.527 | 9198.5362 | 13286.95 |
| 21 | Сумма магн. напряжений участков переходного слоя |
FδZj = Fδ + FZ + Fj |
А | 744.3306 | 1182.195 | 1980.399 | 3379.79 | 8671.267 | 12679.25 |
По данным таблицы строятся характеристика намагничивания
Bδ=f (FΣ)и переходная характеристика Bδ=f (FδZi)
Рисунок 1. Характеристика намагничивания и переходная характеристика
10 Расчёт параллельной обмотки возбуждения
10.1 Размагничивающее действие реакции якоря:
Fqd = 180 А.
10.2 Необходимая МДС параллельной обмотки:
FВ = FΣ + Fqd = 3780.527 + 180 = 3960.527 А
10.3 Средняя длина витка катушки параллельной обмотки:
lср.в. = 2(lr + br) + π(bКТ.В + 2ΔИЗ), м
где bКТ.В = 0.03 – ширина катушки, м;
ΔИЗ = 0.75·10-3 – толщина изоляции, м.
Тогда:
lср.в. = 2(0.285 + 0.0469) + 3.14(0.03 + 2·0.75·10-3) = 0.67 м
10.4 Сечение меди параллельной обмотки:
где КЗ.В = 1.1 – коэффициент запаса;
m = 1.22 – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления меди при увеличении температуры до 75˚С.
Тогда:
Окончательно принимаем стандартный круглый медный провод марки ПЭТВ с сечением qВ = 0.283 мм2, диаметром без изоляции d = 0.6 мм и диаметром с изоляцией dИЗ = 0.655 мм.
10.5 Номинальная плотность тока принимается:
JВ = 4.45·106 А/м2
10.6 Число витков на пару полюсов:
10.7 Номинальный ток возбуждения:
10.8 Полная длина обмотки:
LB = p·lСР.В·WB = 2·0.67·3145 = 4214.3 м
10.9 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре υ=20˚С:
10.10 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре υ=75˚С:
RB75 = m·RB20 = 1.22·261.25 = 318.73 Ом
10.11 Масса меди параллельной обмотки:
mм.в. = 8.9·lв.ср.·Wв·qв·103 = 8.9·0.67·3145·0.283·10-6·103 = 5.307 кг
11 Коллектор и щётки
11.1 Ширина нейтральной зоны:
bН.З = τ– bР = 0.126 – 0.0781 = 0.0479 м
11.2 Ширина щётки для простой волновой обмотки:
bЩ = 3.5tК = 3.5·0.00327 = 0.0115 м
Окончательно принимаем стандартную ширину щётки: bЩ = 0.0125 м. Длина щётки lЩ = 0.025 м.
11.3 Поверхность соприкосновения щётки с коллектором:
SЩ = bЩ·lЩ = 0.0125·0.025 = 0.0003125 м2
11.4 При допустимой плотности тока JЩ = 11·104 ,А/м2, число щёток на болт:
Окончательно принимаем NЩ = 1.
11.5 Поверхность соприкосновения всех щёток с коллектором:
ΣSЩ = 2р·NЩ·SЩ = 4·1·0.0003125 = 0.00125 м2
11.6 Плотность тока под щётками:
11.7 Активная длина коллектора:
lК = NЩ(lЩ + 8·10-3) + 10·10-3 = 1(0.025 + 8·10-3) + 10-2 = 0.043 м
12 Потери и КПД
12.1 Электрические потери в обмотке якоря:
Рmа = I2Rda = 16.7272·1.952 = 546.16 Вт
12.2 Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения:
РМ.В = I2ВН·RВ75 = 1.2592·318.73= 505.21 Вт
12.3 Электрические потери в переходном контакте щёток на коллекторе:
РЭ.Щ = I·2ΔUЩ, Вт
где 2ΔUЩ = 2 – потери напряжения в переходных контактах, В.
Тогда:
РЭ.Щ = 16.727·2 = 33.454 Вт
12.4 Потери на трение щёток о коллектор:
РТ.Щ = ΣSЩ·РЩ·f·VК, Вт
где РЩ = 3·104 Па – давление на щётку;
f = 0.2 – коэффициент трения щётки.
Тогда:
РТ.Щ = 0.00125·3·104·0.2·14.392 = 107.94 Вт
12.5 Потери в подшипниках и на вентиляцию определим по рис.13.1.:
РТ.П + РВЕНТ. = 105 Вт.
12.6 Масса стали ярма якоря:
12.7 Условная масса стали зубцов якоря с овальными пазами:
12.8 Магнитные потери в ярме якоря:
Pj = mj·Pj, Вт
где Pj – удельные потери в ярме якоря, Вт/кг:
где Р1.0/50 = 1.75 – удельные потери в стали для В = 1.0 Тл и f=50 Гц, Вт/кг;
f = 
– частота
перемагничивания, Гц;
β = 2.
Тогда удельные потери:
Общие магнитные потери в ярме якоря:
Pj = 83.553·16.97 = 1417.89 Вт
12.9 Магнитные потери в зубцах якоря:
PZ = mZ·PZ, Вт
где 
-
удельные потери, Вт/кг.
Тогда общие магнитные потери в зубцах якоря:
PZ = 7.14·34.63 = 247.26 Вт
12.10 Добавочные потери:
12.11 Сумма потерь:
ΣР = Рmа + РМ.В + РЭ.Щ + РТ.Щ + (РТ.П + РВЕНТ.) + Pj + PZ + РДОБ =
= 546.16 + 505.21 + 33.454 + 107.94 + 105 + 1417.89 + 247.26 + 96.37 = 3059.284 Вт
12.12 КПД двигателя:
Рисунок 2.Электрическая машина постоянного тока.
1 – пробка винтовая; 2 крышка; 3 – лабиринт: 4 – масленка; 5 – подшипник; 6 – лабиринт; 7 – траверса; 8 – щит подшипниковый; 9 – коллектор; 10 – станина; 11 – якорь; 12 – винт грузовой; 13 – вентилятор; 14 – щит подшипниковый; 15 – лабиринт; 16 подшипник; 17 – лабиринт; 18 – вал; 19 – полюс добавочный; 20 – полюс главный; 21 – конденсатор; 22 – коробка выводов; 23 – болт для заземления.
Заключение
Проектирование электрической машины представляет собой сложную задачу. Для её разрешения требуются глубокие теоретические знания, многие опытные данные и достаточно подробные сведения о назначении машины и условия, в которых она будет работать.
В результате расчёта был спроектирован двигатель на заданную мощность. Был произведен выбор и расчет размеров статора и ротора, обмоток, изоляции, конструктивных деталей.
Список литературы
1. Пашнин В. М. Электрические машины: Методические указания к курсовому проекту. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000. 40 с.: ил.
2. Сергеев П. С. и др. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е, переработ. и доп. М., “Энергия”, 1969.
3. Копылов И. П. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергия, 1980. – 496 с., ил.
