Расчет машины постоянного тока

Размещено на /

Государственное общеобразовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Электротехника, электроника и электромеханика»

Курсовой проект

По дисциплине: “Электрические машины”

на тему: “Расчет машины постоянного тока”

Хабаровск 2011

Содержание

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Выбор обмотки якоря

3. Расчет геометрии зубцовой зоны

4. Расчет обмотки якоря

5. Определение размеров магнитной цепи

6. Расчет сечения магнитной цепи

7. Средние длины магнитных линий

8. Индукция в расчетных сечениях магнитной цепи

9. Магнитное напряжение отдельных участков магнитной цепи

10. Расчет параллельной обмотки возбуждения

11. Коллектор и щетки

12. Расчет обмотки добавочных полюсов

13. Потери и КПД

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В общем объеме производства электротехнической промышленности электрические машины занимают ведущее место, а поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики России.

Проектирование электрических машин основано на знании процессов электромеханического преобразования энергии и опыта инженеров – электромехаников, умеющих применять вычислительную технику.

При проектировании электрических машин конструктивные элементы должны быть рассчитаны так, что бы при изготовлении машины трудоёмкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации они должны обладать оптимальными энергетическими показателями с учетом современного мирового уровня изготовления, а также требований государственных и отраслевых стандартов.

Высокая трудоемкость расчетов электрических машин не позволяет проводить, исследования, оптимизировать различные параметры и характеристики, создавать реальные проекты электрических машин. Громоздкие расчетные формулы не дают возможности увидеть закономерности сложных процессов, протекающих в электрических машинах, а также создания высоконадежной техники на уровне лучших мировых образцов.

В данном курсовом проекте производится расчет двигателя постоянного тока параллельного возбуждения без стабилизирующей обмотки, исполнения по степени защиты - IP22, по способу охлаждения – IC01, изоляция класса В, за основу принята машина постоянного тока серии 2П.

Исходные данные:

Номинальная мощность –

Номинальное напряжение –

Номинальная частота вращения –

Высота оси вращения –

Возбуждение параллельное без стабилизирующей обмотки. Исполнение по степени защиты – IP22, по способу охлаждения – самовентиляция (ICO1).

Режим работы – длительный. Изоляция класса нагревостойкости – В.

За основу конструкции принять машину постоянного тока серии П или 2П.

1. Выбор главных размеров

двигатель постоянный ток обмотка якорь

Предварительное значение КПД

Номинальный ток (предварительное значение) определяется по формуле:

(1.1)

Ток якоря определяется по формуле:

(1.2)

где – коэффициент, который для машин мощностью от 10 – 100 кВт берется в интервале 0,035 – 0,02;

Электромагнитная мощность для электрических машин общего назначения:

(1.3)

Наружный диаметр машины определяется из уравнения:

(1.4)

Для четырех полюсной машины (2р = 4) D» h.

Линейная нагрузка якоря равняется ;

Индукция в воздушном зазоре равняется ;

Расчетный коэффициент полюсной дуги ;

Расчетная длина якоря:

(1.5)

Отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру:

(1.6)

Для машины общепромышленного применения рекомендованные значения l находятся в пределах 0,4 Ј l Ј 1,25.

Число полюсов машины равно 2р = 4;

Полюсное деление:

(1.7)

Расчетная ширина полюсного наконечника:

(1.8)

Действительная ширина полюсного наконечника ;

2. Выбор обмотки якоря

Ток параллельной ветви:

(2.1)

Предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря:

(2.2)

Крайние пределы чисел пазов якоря:

(2.3)

где t1 – зубцовый шаг, крайние пределы которого определяются для различных высот вращения из следующих соотношений:

Ориентировочно число пазов можно определить по формуле:

(2.4)

отношение

При выбранном Z t1:

(2.5)

Число эффективных проводников в пазу (целое число):

(2.6)

Максимальное число коллекторных пластин:

(2.7)

где – число элементарных пазов в одном реальном и ;

Напряжения между соседними коллекторными пластинами:

(2.8)

Коллекторное деление:

(2.9)

где DК – диаметр коллектора и при полузакрытых пазах DК = (0,65–0,85) D.

Число коллекторных пластин уточняют путём сравнения вариантов:

Таблица 2.1 Варианты выполнения обмотки якоря

Число витков в секции (целое число):

(2.10)

Уточненное значение линейной нагрузки:

(2.11)

Скорректированная длина якоря:

(2.12)

Окружная скорость коллектора:

(2.13)

Полный ток паза:

(2.14)

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря:

(2.15)

где

Предварительное сечение эффективного провода:

(2.16)

Для всыпных обмоток с полузакрытыми пазами из таблицы 2.4 [1] выбираем круглый провод марки ПЭТВ при классе нагревостойкости B:

nэл = 6

qэл = 1,539 мм2 .

dнеиз = 1,4 мм.

dиз = 1,485 мм.

Определяем сечение эффективного проводника:

qa=nэлqэл(2.19)

qa=6∙1,539 = 9,234 мм2 .

3. Расчет геометрии зубцовой зоны

Площадь поперечного сечения обмотки, уложенной в один полузакрытый паз:

(3.1)

где – диаметр одного изолированного провода; – число элементарных проводников в одном эффективном; – число витков в секции; – число элементарных пазов в одном реальном; – коэффициент заполнения паза изолированными проводниками .

Высота паза ;

Ширина шлица ;

Высота шлица ;

Ширина зубца:

(3.2)

где – допустимое значение индукции в зубцах; КС – коэффициент заполнения пакета якоря сталью, КС = 0,95.

Большой радиус паза:

(3.3)

Меньший радиус паза:

(3.4)

Расстояние между центрами радиусов:

(3.5)

Минимальное сечение зубцов якоря:

(3.6)

Рис. 3.1 Полузакрытые пазы овальной формы с параллельными сторонами зубцов

Составляется эскиз пазов овальной формы по рис. 3.1.

Предварительное значение внутреннего диаметра якоря и диаметра вала:

(3.7)

Предварительное значение ЭДС:

(3.8)

где – коэффициент;

Предварительное значение магнитного потока на полюс:

(3.9)

Для магнитопровода якоря принимается сталь марки 2312. Индукция в сечении зубцов:

(3.10)

4. Расчет обмотки якоря

Длина лобовой части витка:

(4.1)

Средняя длина полувитка обмотки якоря:

(4.2)

где –длина якоря, приближенно для машин без радиальной вентиляции .

Полная длина проводников обмотки якоря:

(4.3)

Сопротивление обмотки якоря при температуре 20 °С:

(4.4)

Сопротивление обмотки якоря при температуре 75 °С:

(4.5)

Масса меди обмотки якоря:

(4.6)

Расчет шагов обмотки:

Шаг по коллектору :

(4.7)

Первый частичный шаг :

(4.8)

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

5. Определение размеров магнитной цепи

Высота спинки якоря (см. рис. 3.1):

(5.1)

Магнитная индукция в спинке якоря:

(5.2)

где – площадь поперечного сечения спинки якоря с учетом аксиальных каналов диаметром d.

Предельно допустимое значение магнитной индукции в спинке якоря Bj=1.4ё1.45 Тл.

Ширина выступа полюсного наконечника:

(5.3)

где из п. 1.13.

Ширина сердечника главного полюса:

(5.4)

Индукция в сердечнике:

(5.5)

где для четырех полюсной машины.

Для стали 3411 предельно допустимая индукция

Размеры главного полюса показаны на рис. 5.1

Рис. 5.1 Полюсный наконечник главного полюса.

Сечение станины:

(5.6)

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

Длина станины:

(5.7)

Высота станины:

(5.8)

Наружный диаметр станины:

(5.9)