Xreferat.com » Рефераты по физике » Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


Кафедра: «ЭтЭЭм»


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Двигатель постоянного тока»

КП 14020365 637


Выполнил: Кузнецов К. И.

Проверил: Пашнин В.М.


Хабаровск

2007

Введение


Почти вся электрическая энергия вырабатывается электрическими машинами. Но электрические машины могут работать не только в генераторном режиме, но и в двигательном, преобразуя электрическую энергию в механическую. Обладая высокими энергетическими показателями и меньшими, по сравнению с другими преобразователями энергии, расходами материалов на единицу мощности, экологически чистые электромеханические преобразователи имеют в жизни человеческого общества огромное значение.

При проектировании электрической машины приходится учитывать большое количество факторов, от которых зависят её эксплуатационные свойства, заводская себестоимость и надёжность в работе.

При проектировании выбор материалов, размеров активных и конструктивных частей машины должен быть технически и экономически обоснован. При этом следует использовать предшествующий опыт и ориентироваться на данные современных машин. Однако необходимо критически относиться к этим данным, выявить недостатки машин и найти способы их устранения.

Целью данной работы была разработка конструкции двигателя постоянного тока. За основу конструкции была принята машина постоянного тока серии 2П. Проектирование двигателя включает в себя выбор и расчёт размеров статора и ротора, обмоток, изоляции, конструктивных деталей, объединение их в конструктивные узлы и общую компоновку всех его частей.

Материалы, размеры и формы конструктивных деталей должны быть так выбраны и отдельные детали так объединены, чтобы двигатель по возможности наилучшим образом соответствовал своему назначению и был наиболее экономичным в работе и изготовлении.

1 Выбор и расчёт главных размеров двигателя


1.1 – предварительное значение КПД двигателя назначаем в зависимости от его мощности по [рис1.1]. Принимаем среднее значение ηн = 0,8.

1.2 Определяем предварительное значение номинального тока:



А


1.3 Ток якоря:


где значение коэффициента выбираем из табл.1.1., =0,08

А


1.4 Определяем электромагнитную мощность двигателя:


,


кВт


1.5 Диаметр якоря D можно принять равным высоте оси вращения:



Определяем наружный диаметр якоря DН, м:

,

.


1.6 – линейная нагрузка якоря по [рис1.3].


1.7 – магнитная индукция в воздушном зазоре по [рис1.4].

– расчетный коэффициент полюсного перекрытия по [рис1.5].


    1. Определяем расчётную длину якоря:


,


м


1.9 Определяем отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру:


,


.

полученное λ удовлетворяет условию


1.10 Принимаем число полюсов двигателя 2р = 4.


1.11 Находим полюсное деление:



.


1.12 Определяем расчётную ширину полюсного наконечника:


,


.


1.13 Действительная ширина полюсного наконечника при эксцентричном зазоре под главными полюсами


.

2 Выбор обмотки якоря


2.1 Т.к. ток якоря меньше 600 А, выбираем простую волновую обмотку

(2а = 2). Ток параллельной ветви равен:

,


.


2.2 Определяем предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря:


,


.


2.3 Крайние пределы чисел пазов якоря:


,


где t1 – зубцовый шаг, граничные значения которого зависят от высоты оси вращения.

Принимаем t1max = 0.02 м; t1min = 0.01 м. Тогда:

.

Ориентировочное число пазов якоря:


где отношение определяется по табл.2.1

=10

Зубцовый шаг:




2.4 Число эффективных проводников в пазу:



В симметричной двухслойной обмотке это число должно быть четным. Принимаем Nп=24, тогда число проводников в обмотке якоря определяется как .


2.5 Т.к. диаметр якоря меньше 200 мм, пазы якоря выполняем полузакрытыми овальной формы, зубцы с параллельными стенками. Выбор такой конструкции обусловлен тем, что обмотка якоря таких машин выполняется всыпной из эмалированных медных проводников круглого сечения, образующих мягкие секции, которые легко можно уложить в пазы через сравнительно узкие шлицы.


2.6 Выбор числа коллекторных пластин. Минимальное число коллекторных пластин К ограничивается допустимым значением напряжения между соседними коллекторными пластинами. Для серийных машин без компенсационной обмотки .

Минимальное значение К:


,


Принимаем коллекторное деление:

Максимальное значение К:



где – наружный диаметр коллектора

Число коллекторных пластин:


,


где - число элементарных пазов в одном реальном ( =3).

Данные полученные ранее записываем в таблицу:


un

К = un·Z

3 120 4 18

3.27

Уточнённое значение линейной нагрузки, А/м


,


,

где


2.7 Скорректированная длина якоря:




2.8 Наружный диаметр коллектора


2.9 Окружная скорость коллектора:


,


2.10 Коллекторное деление tk = 3.27 мм


2.11 Полный ток паза:



.


2.12 Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря:


,


где - принимаем в зависимости от диаметра якоря по [рис 1.3].

.


2.13 Предварительное сечение эффективного провода:


,


Для обмоток якоря с полузакрытыми пазами из [табл.2.4] выбираем круглый провод марки ПЭТВ с сечением 0.883 мм2 , диаметром неизолированного провода 1.06 мм и диаметром изолированного провода 1.14 мм.

Число элементарных проводников .

3 Расчёт геометрии зубцовой зоны


3.1 Площадь поперечного сечения обмотки, уложенной в один полузакрытый паз:



где dИЗ = 1.14 мм – диаметр одного изолированного провода;

nЭЛ = 1 – число элементарных проводников в одном эффективном;

WС = 4 – число витков в секции;

un = 3 – число элементарных пазов в одном реальном;

КЗ = 0.7 – коэффициент заполнения паза изолированными проводниками.

Тогда:


3.2 Высоту паза предварительно выбираем по рис 3.1 в зависимости от диаметра якоря:


hП = 25 мм

Ширина шлица bШ должна быть больше суммы максимального диаметра изолированного проводника и двухсторонней толщины пазовой изоляции. Принимаем bШ = 2 мм.

Высоту шлица принимаем hШ = 0.6 мм.


3.3 Ширина зубца:



где BZ = 2 Тл– допустимое значение магнитной индукции в зубцах для частоты перемагничивания 50Гц и двигателя со степенью защиты IP22 и способом охлаждения ICO1;

КС = 0,95 – коэффициент заполнения пакета якоря сталью.

Тогда:

м


3.4 Большой радиус паза:


,


м


3.5 Меньший радиус паза:


,


м


3.6 Расстояние между центрами радиусов:




3.7 Минимальное сечение зубцов якоря:



3.8 Предварительное значение ЭДС:


ЕН = КД∙UН


где КД = 0.9 – выбирается в зависимости от мощности двигателя по табл.1.1. Тогда:

ЕН = 0.9∙440 = 396 В


3.9 Предварительное значение магнитного потока на полюс:



3.10 Индукция в сечении зубцов (сталь марки 2312):



Bz не удовлетворяет условию Bz ≤2. В таком случае пересчитываем так, что бы выполнялось условие Bz ≤2:



4 Расчёт обмотки якоря


4.1 Длина лобовой части витка при 2р = 4:



4.2 Средняя длина полувитка обмотки якоря:


lа ср = (lп + lл), м


где lп ≈ lδ = 0.16 – длина якоря приближённая для машин без радиальной вентиляции, м

Тогда:

lа ср = 0.16+ 0.158= 0.318 м


4.3 Полная длина проводников обмотки якоря:


Lма = N·lа ср = 960·0.318= 305.28 м


4.4 Сопротивление обмотки якоря при температуре t = 20 ˚С:




4.5 Сопротивление обмотки якоря при температуре t = 75 ˚С:


Rda = 1.22Rа = 1.22·1.6 = 1.952 Ом

4.6 Масса меди обмотки якоря:


Мма = 8900·lа ср·N·q0 = 8900·0.318·960·0.83635·10-6 = 2.272 кг


4.7 Расчёт шагов обмотки. Шаг по коллектору для простой волновой обмотки:



Результирующий шаг Y = YК = 59

Первый частичный шаг:



где Σ – дробное число, с помощью которого Y1 округляется до целого числа.

Тогда:

Второй частичный шаг:


Y2 = Y – Y1 = 59 – 30 = 29


5 Определение размеров магнитной цепи


5.1 Предварительное значение внутреннего диаметра якоря и диаметра вала:



5.2 Высота спинки якоря:


Магнитная индукция в спинке якоря:



где – площадь поперечного сечения спинки якоря;

Kc = 0,95;

Тогда

Bj не удовлетворяет условию . В таком случае делаем перерасчет внутреннего диаметра якоря Do:



5.3 Принимаем сталь марки 3411 толщиной 0.5 мм, у которой известно

Кс = 0.95; σг = 1.2; bp = 0.07812 м

Ширина выступа полюсного наконечника равна



5.4 Ширина сердечника главного полюса:




5.5 Индукция в сердечнике:



5.6 Сечение станины:



где ВС = 1,3 – индукция в станине, Тл.


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


    1. 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 2. 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:


Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: