Xreferat.com » Остальные рефераты » Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)

Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)

Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет


Е.Ф.Беляев


РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВНИЕ


ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА


МАЛОЙ МОЩНОСТИ


Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебно-методического

пособия по курсовому проектированию


Пермь 2001


УДК 621.313

Б44


Рецензент

канд. техн. наук, доц. А.И. Судаков


Беляев Е.Ф.

Б44 Расчет и проектирование электрических машин постоянного тока малой мощности: Учебно-метод. пособие по курсовому проектированию / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2000. 72 с.


Изложены методы расчета геометрии конструктивных элементов, параметров и рабочих характеристик машин постоянного тока, выполняемые вручную и на ЭВМ. Приведена методика расчета оптимальных размеров магнита постоянного тока для возбуждения машин, а также упрощенный тепловой расчет. Теоретические вопросы проиллюстрированы примерами расчета.

Предназначено для студентов заочных отделений вузов специальности “Электромеханика”, занимающихся изучением вопросов проектирования электрических машин.


УДК 621.313


 Пермский государственный

технический университет, 2000

ВВЕДЕНИЕ


Проектирование электрических машин (ЭМ) включает расчёт и конструирование. Расчёт машины представляет математически неопределённую задачу т.к. число неизвестных подлежащих определению превышает число уравнений. Поэтому в процессе расчёта приходится задаваться некоторыми величинами используя опыт проектирования подобных машин и экспериментальные данные. В процессе расчёта как правило рассматривают несколько вариантов окончательно принимая наиболее выгодный.

Проектирование электрических машин включает в себя следующие этапы:

  1. Составление технического задания. Выясняются основные требования предъявляемые заказчиком к электрической машине соответствие техническим условиям или стандартам если таковые имеются.

  2. Предварительный расчёт основных размеров электрической машины и их соответствие техническому заданию.

  3. Предварительный расчёт характеристик машины и оценка её нагрева. Анализируются результаты расчётов различных вариантов и производится выбор наиболее соответствующего выбранному критерия оптимальности.

  4. Уточнение конструкции электрической машины исходя из результатов предыдущего этапа. Полученные материалы являются основой для составления эскизного проекта машины.

  5. Изготовление и испытание опытных образцов электрической машины.

  6. Корректировка расчётов размеров и параметров машины с учётом результатов испытаний и составление технического проекта.

  7. Выпуск опытной партии электрических машин и составление соответствующей технической документации.

Одновременно с указанными этапами работы производится разработка технологической документации определяются требования к используемым материалам и комплектующим изделиям. При этом технологический отдел конструкторского бюро осуществляет привязку технологического процесса к существующему оборудованию или разрабатывает задание на технологическое оборудование.

Результаты расчёта ЭМ достаточно хорошо согласуются с опытом лишь при проектировании машин средней и большой мощностей. В этом случае расхождение расчётных и экспериментальных данных в среднем не превышает 10%. Для машин малой мощности эти погрешности значительно больше и расхождение между расчётными и опытными данными может достигать 40% .

Исходными данными для проектирования являются следующие данные: полезная мощность Рн Вт; номинальное напряжение Uн В; частота вращения nн об/мин; способ возбуждения последовательное параллельное постоянные магниты; режим работы продолжительный кратковременный повторно-кратковременный; исполнение закрытое защищённое.

Расчётный формуляр проектируемой машины должен содержать: исходные данные для проектирования данные расчётов и графическую часть. Последняя включает в себя общий вид и разрез машины эскиз листа статора и якоря эскиз паза в разрезе с обмоткой и изоляцией развёрнутую схему обмотки якоря рабочие характеристики ЭМ. Расчёт габаритов параметров и величин характеризующих МПТ производится с использованием системы СИ.


1. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ МАШИНЫ


Для уменьшения магнитных потерь магнитопровод якоря МПТ малой мощности набирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 02 035 и 05 мм. Размеры якоря определяются мощностью машины частотой вращения и режимом её работы.

  1. Для определения размеров якоря используют расчётную (электромагнитную) мощность которая зависит от ЭДС обмотки якоря.

Для двигателя постоянного тока

 (1.1)

где Е, a ЭДС и ток якорной обмотки;

U напряжение, подводимое к двигателю;

Uщ падение напряжения в щётках;

Рн номинальная мощность двигателя;

н номинальный КПД двигателя;

Рм Рщ потери в якорной цепи и щётках двигателя при номинальном токе.

Потери в обмотке якоря и щётках для длительного режима можно принять равными 2/3 общих потерь двигателя:

 (1.2)

где Р суммарные потери двигателя.

В этом случае расчётная мощность двигателя определяется следующим выражением:

. (1.3)

В электродвигателях повторно-кратковременного или кратковременного режимов работы потери в меди обмотки и щётках составляют в среднем около 34 общих потерь. Поэтому для определения расчётной мощности используется формула

. (1.4)

В генераторах постоянного тока продолжительного режима потери в обмотке якоря и щётках составляют в среднем около половины общих потерь. Расчётная мощность для этих машин может быть рассчитана по формуле


(1.5)

где в ток возбуждения генератора.

Это выражение обычно преобразовывают к виду

. (1.6)

Значения КПД двигателя и генератора в зависимости от мощности и режима работы представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значения КПД машин постоянного тока %


РН Вт

Режим

РН Вт

Режим

длительный

кратковременный

длительный

кратковременный

10

38

30

200

63

52

20

45

38

300

66

56

30

50

42

400

70

58

40

53

45

500

72

60

50

55

47

600

74

62

60

57

48

700

75

63

70

58

49

800

76

64

80

59

50

900

77

65

90

60

51

1000

78

66

100

60

51





Приведённые величины КПД являются ориентировочными и слабо влияют на габариты МПТ. Более точные значения КПД получаются после полного её расчёта.

2. Величина тока якоря рассчитывается по следующим выражениям:

а) для двигателя последовательного возбуждения

; (1.7)

б) для двигателя параллельного возбуждения

; (1.8)

в) для генератора параллельного возбуждения

. (1.9)

Предварительное значение тока возбуждения может быть принято равным 10 20 от величины полного тока причём большее значение для машин меньшей мощности.

ЭДС обмотки якоря рассчитывается через ранее найденную расчётную мощность:

(1.10)

3. Машинную постоянную рассчитывают по уравнению

(1.11)

где коэффициент полюсной дуги, = 06 07

В магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл

AS линейная нагрузка якоря, А/м.

Величины магнитной индукции и линейной нагрузки зависят от мощности и скорости вращения якоря машины. Ориентировочные значения этих величин представлены в табл. 2.

Магнитная индукция и линейная нагрузка определяют габариты машины: чем больше эти величины тем меньше её размеры. Однако при чрезмерных значениях магнитной индукции происходит сильное насыщение участков магнитопровода машины возрастает МДС обмотки возбуждения и следовательно увеличиваются размеры машины. Кроме того происходит интенсивный нагрев магнитопровода и снижение КПД машины.

Таблица 2

Магнитная индукция и линейная нагрузка

для машин постоянного тока малой мощности


Магнитная индукция Тл

Линейная нагрузка А/м

Длительный режим

Кратковременный режим

Длительный режим

Кратковременный режим

110-3

022

0245

40 50

80

210-3

026

029

50 60

100

310-3

0275

033

60 68

115

410-3

030

034

63 73

122

510-3

031

035

68 80

130

610-3

032

036

70 82

139

710-3

033

037

71 82

143

810-3

0335

038

72 82

148

910-3

034

039

85-88

152

110-2

035

041

90

155

210-2

037

044

110

162

410-2

040

047

115

175

610-2

043

049

118

183

810-2

045

051

120

195

1010-2

046

053

121

202

1210-2

0465

054

123

207

1410-2

047

055

125

212

1610-2

047

055

125

219


При чрезмерных значениях линейной нагрузки увеличивается реактивная ЭДС коммутируемых секций что вызывает ухудшение коммутации МПТ. Помимо этого значительно возрастает поток поперечной реакции якоря вследствие чего может произойти перемагничивание полюса. Для исключения этого явления приходится увеличивать воздушный зазор машины и габариты обмотки возбуждения. Для крупных МПТ значения магнитной индукции составляют 05-10 Тл линейной нагрузки до 10000 60000 А/м.

Отношение длины якоря lo к его диаметру Da изменяется в широком диапазоне:

.

Если рассчитывается серия машин с одним и тем же диаметром то величина этого отношения может достигать 20 25. Чаще всего принимается равным 08 12.

При выборе величины необходимо учитывать что в коротких машинах уменьшается величина реактивной ЭДС и следовательно улучшаются условия коммутации. Однако исходя из экономических соображений относительную длину якоря стремятся увеличить так как стоимость коллектора и подшипников практически не зависит от длины машины а минимум меди якорной обмотки достигается при приближении к 15. Если же машина должна иметь пониженный момент инерции якоря то относительную длину приходится принимать выше указанного значения.

Выбрав величину рассчитывают диаметр якоря:

(1.12)

Тогда длина якоря

(1.13)

Полученные значения округляют до ближайшего стандартного типоразмера (прилож., табл. 1).

  1. Окружная скорость вращения якоря

(1.14)

Окружная скорость якоря МПТ малой мощности может достигать 20 25 м/с.

  1. Полюсное деление

(1.15)

В машинах малой мощности число полюсов принимается как правило равным двум. При мощностях Рн 200 Вт магнитную систему выгоднее выполнять четырёхполюсной. При этом уменьшается поток полюса и следовательно сечение и масса магнитопровода машины. Уменьшается также масса меди якоря из-за уменьшения длины лобовых частей якорной обмотки. В результате этого снижается расход активных материалов машины. Вместе с тем с увеличением числа полюсов возрастает трудоёмкость изготовления машины вследствие уменьшения размеров её деталей. Кроме того увеличивается напряжение между коллекторными пластинами что обусловливает необходимость увеличения числа коллекторных пластин и диаметра коллектора. Тем не менее в настоящее время наметилась тенденция к выполнению четырёхполюсных машин даже при сравнительно малых мощностях.

Расчётная полюсная дуга

(1.16)

Увеличение коэффициента расчётной полюсной дуги приводит к уменьшению габаритов машины. При этом однако уменьшается межполюсное расстояние что может привести к увеличению магнитного поля от главных полюсов в зоне коммутации и ухудшению процесса коммутации.

  1. Частота перемагничивания стали якоря

(1.17)

7. Воздушный зазор МПТ малой мощности выбирается минимально возможным. Однако для того чтобы магнитное поле не изменяло знака на протяжении полюсной дуги необходимо выполнение следующего условия:

 (1.18)

где Fн и Fzн МДС воздушного зазора и зубцовой зоны МПТ при номинальном токе.

Принимая ориентировочно

(1.19)

и учитывая соотношения связывающие МДС и магнитную индукцию в воздушном зазоре получим:


для электродвигателей с продолжительным режимом работы

; (1.20)

для электродвигателей с кратковременным режимом работы

; (1.21)

для генераторов

. (1.22)


2. ПАРАМЕТРЫ ОБМОТКИ ЯКОРЯ


В МПТ малой мощности применяются простые петлевые обмотки при 2р = 2 и простые волновые при 2р = 4. Кроме того для машин малой мощности весьма перспективно применение постоянных магнитов позволяющих уменьшить потребляемую из сети мощность за счёт отсутствия тока возбуждения повысить КПД а в ряде случаев уменьшить габариты машины.

  1. Полезный поток одного полюса машины

(2.1)

  1. Число проводников обмотки якоря

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.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: