Перевищення температури обмотки збудження

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

З дисципліни «Електричні машини»

Тема «Розрахунок двигуна постійного струму»

Виконав: студент гр., ЕСА-06-1

Золотухін Є. Г.

Перевірив: доцент, к. т. н.

Клімченкова Н. В.

Краматорськ 2009

Реферат

 

Пояснювальна записка виконана на аркушах, містить малюнків, таблиць. Об’єктом курсової роботи є двигун постійного струму, призначений для загальнопромислового застосування. Предметом курсової роботи є розрахунок параметрів ДПС, його геометричних розмірів, електричних, магнітних та механічних параметрів, які допоможуть виготовити надійну та працездатну машину.

Метою курсової роботи є розробка конструкції, яка відповідає вихідним даним. Також розроблена графічна частина, зображення прокольного і поперечного перерізу електричного двигуна постійного струму.

Електричний двигун, постійний струм, конструкція, обмотка, колектор, обмотка збудження, додатковий полюс.

 

 

ЗМІСТ

Вступ

1. Вибір основних розмірів і електромагнітних навантажень;

1.1 вибір довжини і діаметра ротора, електромагнітних навантажень……….

1.2 вибір обмотки якоря………………………………………………………….

1.3 розрахунок геометрії зубців зони…………………………………………...

1.4 розрахунок обмотки якоря…………………………………………………..

2. Розрахунок магнітного кола;

2.1 визначення розрімірів магнітного кола…………………………………….

2.2 розрахунок перетину магнітного кола……………………………………...

2.3 середні довжини магнітних ліній…………………………………………...

2.4 індукція у розрахункових перетинах магнітного кола…………………….

2.5 магнітні напруги окремих ділянок, і розрахунок перехідної характеристики і характеристики намагнічування…………………………

2.6 розрахунок обмотки збудження……………………………………………..

2.7 розрахунок колектора і щіток……………………………………………….

2.8 комутаційні втрати…………………………………………………………...

2.9 розрахунок обмотки додаткових полюсів…………………………………..

3. Розрахунок втрат потужності і ККД………………………………………………

4. Розрахунок робочих характеристик двигуна……………………………………..

5. Тепловий розрахунок;

5.1 припустиме перевищення температури деталей конструкції електричної машини………………………………………………………………………..

5.2 перепад температури за товщиною паза в ізоляції обмотки ротора……...

5.3 перевищення температури осердя і обмотки якоря………………………..

5.4 перевищення температури обмотки збудження…………………………....

5.5 перевищення температури обмотки додаткового полюса………………...

5.6 перевищення температури колектора………………………………………

6. Вентиляційний розрахунок;

6.1 вибір системи вентиляції…………………………………………………….

6.2 визначення основних параметрів вентилятора……………………………..

7. Механічний розрахунок деталей конструкції;

7.1 розрахунок вала на жорсткість і міцність…………………………………..

7.2 Розрахунок і вибір підшипників…………………………………………….

Список використаної літератури………………………………………………………….

Додатки……………………………………………………………………………………..

 

 

Вступ

Електротехнічна промисловість є однією з ведучих галузей. Продукція цієї галузі використовується в усіх інших галузях промисловості, сільського господарства, військових і побутових установках. Тому якість електротехнічних виробів багато у чому визначає технічний рівень продукції інших галузей.

Електричні машини у загальному об’ємі виробництва електротехнічної промисловості займають лікуюче місце, тому їх технічно – економічні показники і експлуатаційні властивості мають велике значення.

При створенні електричних машин розраховуються розміри статора і ротора, вибираються типи обмоток, обмотувальні провода, ізоляція, матеріали активних та конструктивних частин. Окремі частини машини повинні бути спроектовані таким чином, щоб при її виготовлені трудомісткість і витрати матеріалів були мінімальними, а при експлуатації машина мала високу надійність і найкращі енергетичні показники.

 

1. Вибір основних розмірів і електромагнітних навантажень.

1.1 Вибір довжини і діаметра ротора, електромагнітних навантажень.

Визначимо основні розміри проектуємої машини.

Розрахункова електромагнітна потужність машини:

де η-розрахунковий ККД, за мал.1 η=72%.

Визначимо величину К=Р_2ном/ η_ном:

Діаметр ротора визначимо з графіка за мал.2:

D_a=150мм.

Уточнюємо його за стандартним рядом діаметрів якорів серійним машин, тоді D=D_a=160мм.

Висота осі обертання за табл. 2:

h=150мм.

Вибираємо електромагнітне навантаження за мал.3:

А=13*10³ А/м.

Індукція в зазорі за мал.4:

В_δ=0,51 Тл.

Розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги лежить у межах а_δ=0,55…0,85.

Приймаємо а_δ=0,7.

Розрахункова довжина якоря:

Відношення довжини якоря до його діаметру:

що задовольняє умові 0,5≤λ≤1,5

Так як D>0,1 м, то кільість полюсів приймаємо (за мал. 115):

2р=4

Полюсне ділення:

Розрахункова ширина полюсного башмака:

де розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги (див. п. 2.1).

Дійсна ширина полюсного накінечника при ексцентричному зазорі дорівнює:

 

1.2 Вибір обмотки

Номінальний струм якоря:

Приймаємо звичайну хвильову обмотку з кількісттю N ефективних

провідників:

Попереднє загальне значення ефективних провідників:

Кількість пазів якоря:

приймаємо Z=39, тоді t₁=πD/Z=0,0128 м.

Приймаємо напівзакритий паз за рекомендаціями [2], стор. 240, табл. 10-8.

Тоді кількість колекторних пластин складатиме:

де - ширина паза, приймаємо у залежності від 2р і типу обмотки за [2], стор. 240, табл. 10-8. ( =3).

Кількість витків у секції:

Кількість секцій у обмотці якоря:

Зубцеве ділення:

t₂=πD/Z₂=3,1415*160/39=12,88(мм);

Зовнішній діаметр колектора, якщо пази напівзакриті D_к=(0,65÷0,7)D:

D_к=0,8·0,16=0,128(м);

приймаємо D_к=0,125 м з стандартного ряду за ДОСТ 19780 [2], стор. 242.

Колекторне ділення:

Задовольняє умові при D_к=0,125 м; t_k=3·10^-3 м, що не менше мінімально допустимого.

Кількість ефективних провідників в пазу:

приймаємо =25.

Перевіримо максимальну напругу між двома сусідніми колекторними пластинами при навантаженні:

що у межах норми 50В при 2р=4 і h=160мм.

Уточнимо лінійно-токове навантаження:

Коректуємо довжину якоря:

Окружна швидкість якоря:

Попереднє значення щільності струму в обмотці якоря:

де - приймаємо попереднє за мал. 11.11 [3] для класу нагрівостійкостійкості F.

Попередній поперечний переріз ефективного провідника:

Повний струм паза:

Приймаємо провідник марки ПЭТВ, діаметром d_п=0,71·10^-3м, діаметр провода

в ізоляції d_із=0,77·10^-3м, з перерізом ефективного провідника q=h_ел·q_ел=2·0,396·10⁶=0,792 м²

 

1.3 Розрахунок геометрії зубової зони

 

Переріз напівзакритого пазу (за винятком пазової ізоляції і пазового клина) при попередньо прийнятому коефіцієнті заповнення к_з=0,72:

Висота паза попередньо h_п=24·10^-3 м (по [3], стор. 610, мал. 11.12), висота шліца паза h_ш=0,8·10^-3 м, ширина шліца b_ш=3·10^-3 м.

 

 

Мал. 1. Форма і розміри напівзакритого овального паза

 

Ширина зубця:

де =1,55 Тл – припустиме значення індукції в сталі зубця при частоті перемагнічування f=pn/60=2*750/60=25 Гц і виконанні за захистом ІР44 ([3], табл. 11,9);

- коефіцієнт заповнення пакету якоря сталлю ( =0,94) для оксиду вальних листів товщиною 0,5 мм ([3], табл. 2,1);

- зубове ділення

Великий радіус:

Малий радіус:

Відстань між центрами радіусів:

Площа поперечного перерізу паза у штампі:

Площа поперечного перерізу ізоляції:

де - одностороння товщина корпусної ізоляції (при h=160 мм =0,5 мм).

Площа поперечного перерізу провода:

S_пр=N_П*q=25*0,792=19,8 мм²

Площа поперечного перерізу паза, що займає обмотка:

S_п2=S_П-S_і-S_кл-S_пр=139-33-19,5-19,8=66,7 мм²

де S_кл – площа поперечного перерізу клина і прокладок:

S_кл≈5r₁≈19,5

Попередній діаметр провода з ізоляцією:

Приймаємо по [3], дод. 1 провод ПЄТВ діаметром 1,4 мм, з площею поперечного прерізу провода без ізоляції q_п=1,539 мм²;

Уточнений коефіцієнт заповнення паза:

, що знаходиться у межах норми 0,75

де - число ефективних провідників у пазу;

- діаметр прийнятого провода;

 

 

Мал. 2. Ізоляція обмотки у напівзакритому овальному пазу

 

Таблиця №1 Ізоляція обмотки якоря машин постійного струму (пази овальні, напівзакриті, обмотка двошарова всипана з круглого емальованого провода, напруга – до 600В).

 

Позиція на малюнку	Матеріал	Кількість слоїв	Одностороння товщина ізоляції, мм
Найменування	Товщина,мм
	Плівкостеклопласт	0,25		0,5
	Плівкостеклопласт	0,25		0,50,5
	Стеклотекстоліт	0,5

 

Розрахунок обмотки якоря

Довжина лобової частини витка:

Середня довжина витка обмотки якоря:

де - довжина якоря.

Повна довжина провідників обмотки якоря:

Опір обмотки якоря при температурі t=20⁰C:

Опір обмотки якоря при температурі t=75⁰C:

R_a75=1,22·R_a=1,22·0,95=1,159 Ом;

Маса міді обмотки якоря:

 

 

Мал. 3. Звичайна хвильова обмотка якоря

Знайдемо шаг обмотки:

• шаг по колектору і результуючий шаг:

+1/p=117-1/2=58;

• перший частковий шаг:

• другий частковий шаг:

 

2. РОЗРАХУНОК МАГНІТНОГО ЛАНЦЮГА

2.1 Визначення розмірів магнітного ланцюга

Мінімальний перетин зубців якоря:

де - розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги [3], мал. 11,8 (а_δ=0,62);

- ширина зубя;

- довжина якоря;

- коефіцієнт заповнення пакета якоря сталлю.

Попереднє значення ЕДС:

де - коефіцієнт двигуна ([3], табл. 11,8, стор. 606).

Попереднє значення магнітного потоку на полюс:

Для магнітопроводу приймаємо сталь марки 2411. Індукція в перетині зубців буде:

Попереднє значення внутрішнього діаметра якоря і діаметра вала:

Приймаємо D₀=40 мм.

Висота спинки якоря:

Приймаємо для осердь головних полюсів сталь марки 3411, товщино. 0,5 мм, коефіцієнтом розсіювання σ=1,15, довжину осердя l=L_δ=0,175 м, коефіцієнт заповнення сталі К_с=0,95, ширину виступу полюсного наконечник b=0,1b_p=0,1*77,9*10^-3 м.

Ширина осердя головного полюса (Мал. 4):

Мал. 4. Головний полюс машини

 

Індукція в осерді:

Переріз станіни:

де - магнітна індукція у станіні (приймаємо =1,3 Тл).

Довжина станіни:

L_c=l_r+0,4D=175+0,4·160=239 мм

Висота станіни:

Зовнішній діаметр станіни:

D_зовн=2h-(8…10)·10^-3=2·150·10^-3-10·10^-3=290·10^-3(м);

Внутрішній діаметр станіни:

Для станіни приймаємо сталь марки Ст. 3.

Висота головного полюса:

де - еквівалентна довжина ексцентричного повітряного зазору головного полюса:

де - повітряний зазор під серединою полюсного наконечника ([3], мал. 11,8, стор. 617),

- коефіцієнт приведення нерівномірного повітряного зазору.

де - повітряний зазор під краєм полюсного наконечника (приймаємо =1,5 =1,5·1=1,5 мм).

 

2.2 Розрахункові перерізи магнітного кола

Мал. 5. Магнітне коло машини

Переріз повітряного зазору:

Довжина сталі якоря:

Мінімальний переріз зубців якоря:

Переріз спинки якоря:

Переріз осердя головного полюса:

Переріз станіни:

 

2.3 Середні довжини магнітних ліній

 

Повітряний зазор м (див. п. 2.1).

Коефіцієнт повітряного зазору, враховуючий наявність пазів на якорі:

Розрахункова довжина повітряного зазору:

L₃=k_δa·δ_e=2,1·1,15·10^-3 м;

Довжина магнітної лінії в зубцях якоря:

L₂=h_п-0,2r₁=24·10^-3-0,2·3,83·10^-3=23,2·10^-3 м

Довжина магнітної лінії в спинці якоря:

Довжина магнітної лінії в осерді головного полюса:

L_r=h_r=47,025·10^-3 м.

Повітряний зазор між головним полюсом та станиною:

L_cп=2l_r·10^-4+10^-4=2·175·10^-3+10^-4=0,135·10^-3 м.

Довжина магнітної лінії в станині:

2.4 Індукція у розрахункових перетинах магнітного кола

 

Індукція у повітряному зазорі:

Індукція у перерізі зубців якоря:

Індукція у спинці якоря:

Індукція в осерді головного полюса:

Для сталі 3411 ≤1,5 Тл припустимо.

Індукція у повітряному зазорі між головним полюсом та станиною:

Індукція у станині:

 

2.5 Магнітні напруги окремих ділянок магнітного кола

 

Магнітна напруга повітряного зазору:

Коефіцієнт витіснення потоку:

Магнітна напруга зубців якоря:

де визначається за таблицею [2], дод. 7, стор. 391 і для сталі 2411 складає 17500А/м при індукції 1,83 Тл.

Магнітна напруга ярма якоря:

де визначається з таблиці для сталі 2411 ( =105 А/м, сталь 3411 при =0,68 Тл).

Магнітна напруга осердя головного зазору між головним полюсом та станиною:

F_сп=0,8B_rL_сп10⁶=0,8·0,906·0,135·10^-3·10^-6 A.

Магнітна напруга станіни (масивна сталь Ст3):

Сумарна МДС на полюс:

МДС перехідного поля:

Аналогічним способом робимо розрахунки для потоків, які дорівнюють 0,5, 0,75, 1,1, 1,15, зводимо результати до таблиці, будуємо характеристику намагнічування і перехідну характеристику.

 

Табл. 2. Розрахунок характеристики намагнічування

 

№	розрахункова величина	розрахункова формула	одиниця величини	0,5Фδ	0,75Фδ	0,9Фδ	Фδ	1,1Фδ	1,15Фδ
	магнітний потік	Фδн=60*Ен*а/р*N*nн	Вб	0,00408	0,00612	0,007344	0,00816	0,0089	0,0093
	магнітна індукція у повітряному зазорі	Вδн=Фδн/Sδ	Тл	0,29934	0,44901	0,538811	0,598679	0,65855	0,68848
	магнітна напруга повітряного зазора	Fδ=0,8*Вδ*tδ*106	A	574,732	862,098	1034,518	1149,464	1264,41	1321,88
	магнітна індукція у зубцях якоря	В2=Фδн/Sδ	Тл	0,9168	1,3752	1,6503	1,8337	2,01708	2,10876
	напруженість магнітного поля в зубцях якоря	HZ	A/м
	магнітна напруга зубців	FZ=HZ*LZ	A	4,0368	23,2	165,184		1577,6	3665,6
	магнітна індукція у спинці якоря	Bj= Фδн/2Sj	Тл	0,34085	0,51127	0,61353	0,68170	0,74987	0,78396
	напруженість магнітного поля в спинці якоря	H1	A/м	3,2026	3,7284	4,3976	5,019	5,6882	6,0706
	магнітна напруга ярма якоря	F1=H1*L1	A	3,2026	3,7284	4,3976	5,019	5,6882	6,0706
	магнітний потік головного полюса	ФГ=GГ*Фδ	Вб	0,00469	0,00703	0,00844	0,00938	0,0103	0,0107
	магнітна індукція у осерді головного полюса	Вг=GГ*Фδ/ Sг	Тл	0,45285	0,67927	0,81513	0,9057	0,9962	1,04156
	напруженість магнітного поля в осерді головного полюса	Нг	А/м
	магнітна напруга осердя головного полюса	FГ=НГ* LГ	А	0,47025	0,70537	1,41075	2,8215	7,99425	8,9347
	магнітна індукція у повітряному зазорі між головним полюсом та станиною	ВСП=ВГ	Тл	0,45285	0,67927	0,81513	0,905704	0,99627	1,04156
	магнітна напруга повітряного зазору між головним полюсом та станиною	FСП=0,8* ВГ* LСП*106	А	48,9080	73,3620	88,03444	97,81604	107,598	112,488
	магнітна індукція у станіні	ВС=GC* Фδн/2SС	Тл	0,64986	0,97479	1,16975	1,29972	1,4297	1,4946
	напруженість магнітного поля в станіні	НС	А/м
	магнітна напруга станіни	FС=НС* LС	А	127,865	211,515	239,97	380,01	413,47	451,71
	сума магнітних напруг усіх ділянок магнітної ланки	FΣ=Fδ+FZ+F1+FГ+ FСП+ FС	А	759,214	1174,6	1587,515	2041,131	3376,76	5566,68
	магнітних напруг усіх ділянок перехідного слою	FδZj= Fδ+FZ+F1	А	581,971	889,026	1204,1	1560,483	2847,7	4993,55

 

 

Мал. 6. Характеристика намагнічування

2.6 Розрахунок паралельної обмотки збудження

 

Магніторушійна сила обмотки паралельного збудження,що приходиться на один полюс:

F_B=F_Σ+F_P.

де F_P – розмагнічу вальна дія реакції якоря.

F_Р=k_p·Fа,

k_p – коефіцієнт розмагнічування, який знаходиться з [2], мал. 10-29 в залежності від магнітної індукції в зубцях і від відношення Fа/F_Σ,

тоді Fа/FΣ=1531,75/2376,391=0,645;

Визначимо МДС розмагнічування:

F_Р=0,11·1531,75=168,5 А,

У скомпенсованому двигуні:

F_B=F_Σ+F_P=2041,131+168,5=2209,6 А

Компенсуючу обмотку не розраховуємо тому, що дана машина має невелику потужність, і ми застосували ексцентричний зазор між якорем та головним полюсом, який дає можливість позбутися від дії реакції якоря і магнітного шуму.

Ширину котушки паралельної обмотки для двигуна з 2р=4 попередньо приймаємо виходячи з умови:

b_кп=0,12D=0,12≈20 (мм),

тоді середня довжина витка обмотки:

де - товщина ізоляційної котушки (приймаємо 0,5мм),

Переріз міді паралельної обмотки:

де - коефіцієнт запасу МДС обмотки збудження,

- коефіцієнт приведення обмотки до стандартної температури ([2], стор. 72. Для класу ізоляції F m=1,38);

a – кількість паралельних віток.

Приймаємо за [2] табл. дод. 16 круглий привод ПЭТ-200, діаметром без ізоляції 0,9·10^-3 м, діаметр провода з ізоляцією 0,965·10^-3 м, переріз провода q_B=0,636·10^-6 м².

Номінальну щільність струму приймемо по [2], мал. 10-30, стор. 278, для машини ІР44 з 2р=4, спосіб охолодження ІС01:

J_B=3·10⁶ A/м².

Кількість витків на полюс:

Визначимо номінальний струм збудження:

Уточнимо цільність струму в обмотці збудження:

J_ВН=І_В/q_В=1,91/0,636·10^-6=3,003·10⁶ А/м.

Повна довжина обмотки:

Опір обмотки збудження при температурі 75⁰С:

R_в75=1,22·R_в=1,22·69,072=84,26 Ом.

Вага міді паралельної обмотки збудження:

 

2.7 Розрахунок колектора та щіток

 

Ширина нейтральної зони:

Приймаємо ширину щіток рівною:

За таблицею П4.1 [3] обираємо щітку ЭГ-4 з наступними даними:

- ширина щітки b_щ=10мм;

- осьовий розмір щітки l_щ=20мм;

- висота щітки h_щ=25мм;

- падіння напруги на пару щіток ΔU_щ=2В;

- щільність струму 12 А/см²;

- окружна швидкість V=40м·с;

- робочий тиск Р=15-20кПа.

Поверхня зіткнення щітки з колектором:

При припустимій щільності струму J_щ=12·10⁴ А/м² кількість щіток на болт буде:

Приймаємо =1.

Поверхня зіткнення щіток з колектором:

Щільність струму під щітками:

що знаходиться у межах норми.

Активна довжина колектора:

 

 

Мал. 7. Колектор арочного типу

 

2.8 Комунікаційні втрати

 

Ширина зони комутації за [2]:

де - скорочення обмотки колекторних ділень:

- ширина паза (див. п. 1.2).

Відношення , що задовольняє вимозі:

Коефіцієнт магнітної провідності для овального напівзакритого паза:

де - швидкість якоря; .

м;

- ккількість витків у секції;

- лінійне уточнене навантаження;

Реактивна ЕРС:

Повітрянийзазорпід додатковим полюсом приймаємо:

, тобто

Розрахункова довжина повітряного зазору під додатковим полюсом:

де .

Середня індукція в повітряному зазорі під додатковим полюсом:

де =1,1 =1,1·0,695=0,765 В приймаємо для забезпечення прискорення комутації.

Мал. 8. Ескіз додаткового полюса

 

Ширину наконечника додаткового полюса визначимо з умови на основі

попередніх розрахунків зони комутації:

Розрахункова ширина наконечника додаткового полюса:

Дійсну ширину наконечника додаткового полюса приймемо:

Довжина наконечника додаткового полюса:

l_ДН=l_a=0,175 м.

Магнітний потік додаткового полюса у повітряному зазорі:

Вибираємо коефіцієнт розсіювання σ_Д=2,5 (машина без компенсаційної обмотки), тоді магнітний потік в осерді:

Переріз осердя додаткового полюса:

Розрахункова індукція в осерді додаткового полюса:

Висота додаткового полюса:

де - Внутрішній діаметр станіни;

- діаметр вала;

- висота спіни якоря;

- висота паза;

Магнітна індукція зубців якоря:

де - зубове ділення;

- ширина зуба;

- довжина якоря;

- магнітна індукція у повітряному зазорі (табл. 3).

Для додаткових полюсів використовувати сталь 2411.

 

Табл. 3. Результати розрахунку магнітного кола ланцюга додатніх полюсів

 

	Магнітний потік у повітряному зазорі	ФδД	Вб	0,00042
	Магнітна індукція у повітряному зазорі	ВδД=ФδД/b/ДН*Іδ	Тл	0,087879897
	Магнітна напруга у повітряному зазорі	Fδ=0,8*ВδД*ІδД*106	А	154,6686196
	Магнітна індукція зубів якоря	ВZ=Фδн/Sz	Тл	0,264
	Напруженість магнітного поля в зубцях якоря	Нz	А/м
	Магнітна напруга зубів якоря	Fz=Нz*Lz	A	1,16
	Магнітна індукція у ярмі:
	на ділянці даного напрямку головного потоку і потоку головних полюсів	Вj1=Фδ+ФδД/2*Sj	Тл	0,71679198
	на ділянці зустрічного напрямку головного потоку і потоку головних полюсів	Вj2=Фδ-ФδД/2*Sj	Тл	0,646616541
	Напруженість магнітного поля:
	на ділянці з індукцією Вj1	Нj1	А/м
	на ділянці з індукцією Вj2	Нj 2	А/м
	середня напруженість магнітного поля у ярмі	Нjср=(Нj1- Нj 2)/2	А/м
	Магнітна напруга якоря	Fj=Нj*Lj	А	0,3346
	Магнітний потік додаткового полюсу	Фд=δД*ФδД	Вб	0,00000084
	Магнітна індукція в осерді додатного полюса	ВсД=Фд/Sд	Тл	0,000333333
	Напруженість магнітного поля в осерді додатного полюса	НсД	А/м
	Магнітна напруга осердя додатного полюса	FДП=Lд* НсД	А	10,38
	Магнітна напруга повітряного зазору між станиною та додатнім полюсом при δсДП=0,2*10-3	FДП=0,8* ВсД*106	А	0,5333333
	Магнітна індукція у станіні:
	на ділянці узгодженого напрямку магнітних потоків головного та додатних полюсів	Вс1=(Фг+Фд)/2*Sс	Тл	1,299839335
	на ділянці зустрічного напрямку магнітних потоків головного та додатних полюсів	Вс2=(Фг-Фд)/2*Sс	Тл	1,299606648
	Напруженість магнітного поля в станіні:
	на ділянці Вс1	Нс1	А/м
	на ділянці Вс2	Нс2	А/м
	Середня напруженість магнітного поля в станіні	Нс ср=(Нс1- Нс2)/2	А/м
	Магнітна напруга ділянки станіни	Fс=Нс ср*Lс	А	4,78
	Сума магнітних напруг усіх ланок	FΣ	А	171,52195
	МДС обмотки додатного полюса	Fд=FΣ+А1у*t/2	А	936,9911529

 

2.8 Розрахунок обмотки додатніх полюсів

 

МДС обмотки додатного полюса:

Fд=936,99 (за табл).

Кількість витків обмотки додатного полюса на один полюс:

приймаємо =75

Попередній переріз провідників:

де - кількість паралельних віток обмотки додатніх полюсів (при І_ном<1000А, =1);

- щільність струму обмотки додаткових полюсів;

Приймаємо провідник обмотки додатніх полюсів з круглого провода марки ПСД ø 1,81мм, діаметр ізольованого провода 2.1 мм, переріз провідника =2,57·10^-6 м², клас нагрівостійкості F.

Приймаємо осердя додатного полюса коротше якоря на 1*10^-3м з перерізом

кожної сторони для створення опори котушки.

Довжина осердя:

L_Д=L_δ-2·10^-3=175·10^-3-2·10^-3=173·10^-3 (м).

Попередня ширина котушки:

b_КД≈0,12D=0,12·160=19,2 мм.

Попередній великий розмір міді:

b_КД≈0,09D=0,09·160=14,4 мм.

Середня довжина обмотки витка додатного полюса багатошарової котушки:

де - двостороння товщина ізоляції осердя, котушки, кріплення котушки, зазор між ізольованим осердям полюса і котушкою (2 =6мм при h=80…200 мм, по [2], стор. 265).

Повна довжина провідників обмотки додатніх полюсів:

L_Д=2рl_δсрω_Д=4·466,82·10^-3·75=140 (м).

Опір обмотки додатніх полюсів при температурі 10⁰С:

Опір обмотки додатніх полюсів при температурі 75⁰С:

Маса міді обмотки додатніх полюсів:

 

 

 

Мал. 9. Ескіз обмоток полюсів

 

Втрати та ККД

 

Електричні втрати в обмотці якоря:

Електричні втрати в обмотці додатного полюса:

Електричні втрати в паралельній обмотці:

Електричні втрати в перехідному контурі щіток на колекторі:

де - падіння напруги на щітках.

Втрати на тертя щіток об колектор:

де =1,5 - робочий тиск для щіток ЭГ-4,

=0,2 – коефіцієнт тертя щіток,

- сумарна площа зіткнення щіток,

- окружна швидкість обертання якоря.

Втрати у підшипниках і на вентиляцію визначаємо по [3], мал. 11,28,стор. 643.

(Р_ТП+Р_ВЕНТ)=10 Вт.

Маса сталі ярма якоря:

Умовна маса сталі зубців якоря з овальними напівзакритими пазами:

де - кількість пазів якоря,

- ширина зуба,

- великий радіус,

- малий радіус.

Магнітні втрати в ярмі якоря:

де =2,3

Сума втрат:

Р= + + + + +(Р_ТП+Р_ВЕНТ)+ =184,6+185,7+420,2+50,48+7,54+

+10+20,87+61,33+31,97=970,69(Вт).

Споживаюча потужність:

Струм споживання:

Струм якоря:

ККД:

 

4. Робочі характеристики

 

Уточнені в П. 3 параметри машини використовуємо для побудови робочих характеристик. До основних робочих характеристик двигуна відносять залежності , М₂, n, Р₁, І=f(P₂). Стабілізуючу одмотку не застосовуємо тому, що машина невеликої потужності, і стабілізацію частоти обертання забезпечуємо САК, яка підключається до двигуна.

Зробимо побудову вільної таблиці для виконання побудови залежностей:

Табл. 4. Розрахунок робочих характеристик ДПС.

 

№	Величина	Коефіцієнт загрузки
0,1	0,25	0,5	0,75		1,25
	Струм якоря	1.16	2.9	5.8	8.7	11.6	14.5
	ЕРС двигуна	215.303	211,257	204.515	197,772	191,03	184,287
	Розмагнічувана дія реакції якоря	16,85	42,125	84,25	126,375	168,5	210,625
	МРС стабілізуючої обмотки
	МДС машини	2192,75	2167,475	2125,35	2083,225	2041,1	1998,975
	Потік	0,0083	0,00825	0,00823	0,0082	0,00818	0,008
	Частота обертання	826,232	815,621	791,508	768,214	743,838	724,671
	Споживаємий струм	3,07	4,81	7,71	10,61	13,51	16,41
	Споживаюча потужність	675,4	1058,2	1696,2	2334,2	2972,2	3610,2
	Електромагнітна потужність	249,751	612,646	1186,187	1720,621	2215,948	2672,169
	Додаткові втрати	0,3197	1,9981	7,9925	17,983	31,97	49,95
	Механічна потужність	149,691	510,908	1078,455	1602,898	2084,238	2522,476
	Сумарні втрати	525,708	547,291	617,745	731,302	887,962	1087,724
	ККД	0,221	0,4828	0,6358	0,6867	0,7012	0,6987
	Момент на валу	1,7302	5,982	13,0121	19,926	26,759	33,242

 

 

 

 

Мал. 10. Робочі характеристики двигуна

 

Тепловий розрахунок

 

5.1 Припустиме перевищення температури деталей конструкції електричної машини.

Максимально допустима температура для класу F – 155⁰C.

 

5.2 Перепад температури за товщиною паза в ізоляції обмотки якоря

 

Розрахункові опори обмоток:

де - поправочний коефіцієнт приведення температури.

Втрати у обмотках:

Коефіцієнт тепловіддачі з зовнішньої поверхні якоря [3] стор. 649, мал. 11,29:

а_а=65 Вт/(м²с).

Перевищення температури охолоджуючої поверхні якоря:

 

5.3 Перевищення температури осердя і обмотки якоря

 

Перевищення температури охолоджуємої поверхні лобових частин обмотки якоря:

де - коефіцієнт теплопередачі з лобових поверхонь обмотки якоря.

Середнє перевищення температури обмотки якоря над температурою охолоджуючого повітря:

Сума теплових втрат, які відводяться повітрям, охолоджуючим внутрішній об’єм двигуна захисту ІР44:

Середнє перевищення температури обмотки якоря над температурою охолоджуючої середи:

 

Перевищення температури обмотки збудження

 

Перевищення температури обмотки якоря над температурою повітря усередині машини:

де - втрати в обмотці збудження;

- втрати в стабілізуючий одмотці;

- втрати в обмотці додатніх полюсів;

- поверхня охолодження обмотки збудження.

Для визначення параметра П за ескізом між полюсного вікна, визначають довжини ділянок контуру поперечного перерізу обмотки; поверхні, які прилягають до осердя головного полюса не враховуються.

Середнє перевищення температури обмотки збудження над окружаючим середовищем: