Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

27

Предельная температура пе-регрева обмот-ки якоря

_м = 90^о С

28

Коэффициент теплоотдачи по-верхности якоря

 = 18 Вт /(Км²)

29

Удельная тепло-вая нагрузка

(3.1)

q = 9018 (1 + 01628)= 26374 Вт/ м²

30

Допустимая плотность тока в обмотке якоря

(3.10)

j_a = 172637410⁶/81753 = 54810⁶ A/м²

31

Сечение про-водника обмотки якоря

(3.16)

q_пр = 0382/(254810⁶) = 0034810^-6 м²

32

Диаметр неизолированного провода (пред-варительно)

Приложение

табл. 23

d_пр = 02110^-3 м; принимаем провод марки ПЭТВ-1: диаметр неизолированного провода d_пр= 02110^-3 м; диаметр изолированного провода d_ИЗ= 0235 10^-3м; сечение провода q_пр = = 0034610^-6 м²

33

Уточнённое зна-чение плотности тока

j_a = 0382/(20034610^-6) = 55210⁶ A/м²

34

Сечение изоли-рованного провода

(3.19)

q_пр.из = 3,140235²10^-64 =

= 0043410^-6 м²

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

35

Площадь занимаемая изо-лированным проводом

S_пп = 0043410^-6336 = 145710^-6 м²

36

Диаметр вала

Разд.3 п.19

d_в= 610^-3 м

37

Принимаемый паз якоря оваль- ной формы

Рис.2

38

Высота сердеч-ника якоря при индукции 16 Тл

(3.27)

39

Высота паза

(3.26)

h_П = 402045626)10^-3= 1110^-3м

40

Размеры щели паза

Разд.3 п.19

h_щ =0510^-3м b_щ= 1310^-3м

41

Ширина зубца при индукции

B_z = 1,8 Тл

(3.21) (3.25)

b_z= 785410^-3045/(09518)  2110^-3 м

42

Максимальная ширина паза

(3.28)

b_п.макс=314(40  205)  2116(16+

+ 314) = 46410^-3м

43

Минимальная ширина паза

(3.29)

b_п.мин = 314(40  211)2116(16 

314) = 17810^-3м

44

Высота средней части паза

(3.30)

h₁₂ = 1105464/2178/2= 72510^-3м

45

Площадь паза в штампе

(3.31)

S_п = 725(464 + 178)/2 + 314464²/8 +

+ 314178²/8 = 329610^-6 м²

46

Коэффициент заполнения паза

Из (3.17)

К_з.п = 14573296 = 0442

47

Длина провод-ника обмотки якоря

(3.32)

l_a = 0056 + 1,20040 = 0104 м

48

Сопротивление обмотки при

t = 90 C

(3.34) (3.35)

49

Падение напря-жения в обмотке якоря

(3.36)

U_а= 0382907=3465 В

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

50

Диаметр коллектора

Разд.4 п.23

D_к = 05  004 = 002 м

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

51

Шаг коллектора

(ориентировоч.)

(4.1)

t_к = 314  00248 = 13 10^-3 м

52

Толщина межломельной изоляции

Разд.4 п.24

b_из = 05  10^-3м

53

Толщина сторо-ны профиля

Из (4.2 )

b_к.п = (13  05)10^-3 = 0810^-3 м

54

Принимаемая толщина

b_к.п = 1010^-3м

55.

Коллекторный шаг

(4.2)

t_к = (10 + 05)10^-3 =1510^-3 м

56

Диаметр коллектора

Из (4.1)

D_к = 1510^-3  48314 = 22910^-3 м

57

Скорость коллектора

(4.3)

V_к = 314  22910^-3300060 = 36 мс

58

Выбираемые

электрографитированные щётки ЭГ14

Прилож.,

табл. 14

J_щ=10⁵ А/м² U_щ =25 В

59

Ширина щётки по окружности коллектора

Разд.4 п.25

b_щ  3  1510^-3 = 4510^-3 м.

принимаем b_щ = 510^-3 м

60

Площадь щётки

(4.5)

S_щ = 0382/10⁵ = 038210^-5 м²

61

Длина щётки по оси коллектора

Площадь щётки незначительна поэтому осевой размер выбираем из номинальных размеров по ГОСТ122321.1-77

а_щ = 810^-3 м

62

Активная длина коллектора

Разд.4 п.26

l_к.а = 15810^-3 =1210^-3 м

63

Полная длина коллектора

Разд.4 п.26

l_к = 1210^-3 + 502610^-3 14 10^-3 м

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

64

Удельная магнитная проводимость паза

(4.7)

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

65

Длина магнитной силовой линии в межполюсном пространстве

(4.9)

_о = (00628  00408)2 =0011 м

66

Реактивная ЭДС

(4.6)

е_R = 2 56 408910^-681750056628 =

= 1 317 B

67

ЭДС реакции якоря

(4.8)

е_а=

= 1155 В

68

Результирующая ЭДС коммутируемой секции

Разд.4 п.27

е_р = 1317 +1155 = 2472 В25 В

что допустимо

69

Ширина щётки приведённая к окружности якоря

( 4.11)

b_щ = 1010^-3  00400229 = 174710^-3 м

70

Шаг коллектора приведённый к окружности якоря

(4.12)

t_к=1510^-300400229= 26210^-3 м

71

Ширина зоны коммутации

(4.10)

b_ком= 174710^-3 +3+ 482 24 11

 26210^-3 = 879610^-3м 08( b_о)=

= 1110^-3 м

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

72

Уточнённое значение воздушного зазора

(1.22)

 = 04006288175/045 = 04510^-3 м

73

Длина магнитной линии сердечника якоря

(5.16)

L_а = 314(40 2116)/2 + 6)10^-3=

=248510^-3 м

74

Высота сердечника полюса

Разд.5 п.28

h_пл = 03004 = 0012 м

75

Длина магнитной линии в станине

(5.20)

L_ст= 314 (40 +2045+212)10^-3 / 2 =

= 0102 м

76

Коэффициент воздушного зазора

(5.2)

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

77

МДС воздушного зазора

(5.7)

78

Магнитная индукция в зубце якоря

(5.12)

79

Напряжённость магнитного поля в зубце якоря

По кривой намагничивания электротехнической стали 2012

H_z = 1340 A/м

80

МДС зубцовой зоны

(5.13)

AW_z= 2  1340  1110^-3 = 295 A

81

Магнитная ин-дукция в сердеч-нике якоря

(5.14)

82

Напряжённость магнитного поля в сердечнике

якоря

По кривой намагничивания электро-технической стали 2012

H_а = 753 А/м

83

МДС сердечника якоря

(5.15)

AW_а = 753 248510^-3 = 18,7 А

84

Магнитная индукция в полюсе

(ориентировоч.)

B_п = 1 5 Тл

85

Ширина полюса

(5.4)

принимаем b_пл = 1510^-3 м

86

Уточнённое значение магнитной индукции в полюсе

(5.17)

87

Напряжённость магнитного поля в полюсе

По кривой намагничивания электро-технической стали 2012

H_пл = 420 А/м

88

МДС полюсов

(5.18)

AW_пл =2 4201510^-3=126 А

89

Магнитная индукция в станине (ориентировоч.)

B_ст = 14 Тл

90

Высота сердечника станины

(5.6)

принимаем h_cт = 76 10^-3м

91

Уточнённое значение индукции в станине

(5.19)

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

92

Напряжённость магнитного поля в станине

По кривой намагничивания электротехнической стали 2012

H_cт = 400 А/м

93

МДС станины

(5.21)

AW_ст = 400  0114 = 456 А

94

Суммарная МДС машины

(5.23)

AW_ =360 + 295 + 187 + 126 + 456 =

= 4664 А

95

Расчёт кривой холостого хода

Задаваясь значениями ЭДС якоря рассчитывая соответствующие значения магнитного потока магнитных индукций и напряжённостей магнитного поля в элементах магнитопровода машины получаем зависимость E = f(AW_). Расчёт зависимости сводится в таблицу (табл.3)

96

Кривая холостого хода

E = f(AW_).

Строится по данным табл. 3

97

МДС поперечной реакции якоря

(5.28)

По переходной характеристике по описанной выше методике (п.31),

98

МДС продольной реакции якоря

(5.29)

AW_ad = 28175000015=245 A

99

Коэффициент, учитывающий переходное сопротивление

(5.31)

1,72,510⁶

К_К=  =

4 56 6,28 4,089 8175 0,056

= 0,1614

100

Продольная коммутационная МДС

(5.30)

101

ЭДС генератора

(5.34)

Е = 230 +293 + 25 =2618 В

102

МДС возбуждения

По кривой холостого хода и найденному значению ЭДС: E=261,8 B AW_НАГР = 415 A

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

103

Суммарная МДС реакции якоря

(5.26)

AW_R = 2836 + 245 + 1046 = 4127 A

104

Суммарная МДС возбуждения генератора

(5.35)

AW_НАГР = 415 + 4127 = 45627 A

Величины

ЭДС якоря

05 Е

08 Е

10 Е

11 Е

12 Е

13 Е

Магнитный поток

Ф10^-3 Вб

0538

0771

1028

1130

1234

1336

Магнитная индукция В_ Тл

0235

0337

045

0494

0539

0584

Магнитная индукция В_z Тл

0924

1326

177

1945

2124

2300

Магнитная индукция В_aТл

0842

1207

161

1770

1930

2090

Магнитная индукция В_пл Тл

0741

1062

1416

1557

1700

1840

Магнитная индукция В_с Тл

0732

1048

1398

1537

1678

1817

МДС элементов

AW_  А

180

270

360

396

420

468

AW_z  А

642

1122

3093

5522

11444

31680

AW_a  А

337

648

1958

4224

8985

19135

AW_пл А

327

619

1248

2034

3450

7920

AW_с А

1220

2314

4560

6930

12200

26450

AW_  А

20526

3170

46860

58310

78075

1320

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

105

Ток возбуждения

Разд.1 п.2

_в 10 _а =01  0382= 00382 А

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

106

Число витков обмотки возбуждения на полюс

(6.1)

W_в = 4563(200382)= 59725,

принимаем W_в =5970

107

Номинальный момент генератора

(6.3)

М_н = 955  803000= 0255 Нм

108

Сечение провода обмотки возбуждения (предварительно)

Табл.4

Плотность тока возбуждения (табл.4)

j_в = 4510⁶ А/м²

q_в = 00382/(4510⁶) = 0008510^-6 м²

Выбираем провод ПЭТВ-1

d_в = 0106 мм q_в = 000882  10^-6 м²

d_в.из = 01210^-3 м

109

Требуемая площадь для размещения обмотки возбуждения

(6.8)

110

Фактическая площадь окна

Разд.6 п.37

S_в = 115  1048  10^-6 =1205  10^-6 м²

111

Высота катушки возбуждения

По эскизу магнитной системы

h_кв = 0012 м

112

Ширина стороны катушки

Разд.6 п.37

b_кв = 120510^-6/0012= 001 м.

Катушка полностью размещается в окне между станиной и полюсным наконечником

113

Ширина катушки возбуждения

Разд.6 п.37

b_в =0015 + (004080015)/2 = 0028 м

114

Средняя длина витка катушки возбуждения

По эскизу расположения катушки возбуждения

l_в = 2(0056 + 0028 + 2 001)= 0208 м

115

Сопротивление обмотки возбуждения

(6.5)

116

Реальный ток возбуждения

Разд.6 п.40

_в = 230 / 6027 = 003816 А,

реальная величина тока равна ранее принятой

117

Реальная величина плотности тока в обмотке возбуждения

Из (6.2)

 что меньше допустимого

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

118

Потери в обмотке якоря

(7.1)

Р_ма = 0382²907= 1323 Вт

119

Потери в обмотке возбуждения

(7.2)

Р_в = 0 03816²  6027= 8 78 Вт

120

Потери в щётках

(7.4)

Р_щ = 25  0382 = 0955 Вт

121

Удельнные потери в стали

Для стали 2012 удельные потери

Р_10/50 =29 Вт/кг

122

Масса магнитопровода ярма якоря

(7.5)

G_a= 7800314(004  20011)²0056/4= = 0111 кг

123

Потери в стали ярма якоря

(7.7)

Р_ст.а= 2329161²0111= 192 Вт

124

Масса зубцов якоря

(7.6)

G_z = 7800160011000210056=

= 0161 кг

125

Потери в стали зубцов

(7.8)

Р_ст.z = 2329177²0161= 3364 Вт

126

Потери в стали

(7.9)

Р_ст = 192 + 336 = 528 Вт

127

Потери от трения щёток

(7.10)

Р_щ.тр = 20254010⁴4010^-636 =

= 288 Вт

128

Масса якоря с коллектором

(7.12)

G_а.к = 314(7800004²0056 +

+8900  00229² 0014) / 4 =06 кг

129

Потери на тре-ние в подшип-никах

(7.11)

Р_п.тр = 3006300010^-3 =54 Вт

130

Потери на трение о воздух

(7.13)

Р_в.тр = 2004³3000³005610^-6=

= 0193 Вт

131

Полные механи-ческие потери

(7.15)

Р_мех =288 + 54 + 0193= 847 Вт

132

Полные потери генератора

(7.16)

Р_ = 115(13,23 +8,78 + 0,955 +5,28 +

+ 847) = 42,2 Вт

133

Ток генератора

Разд.7 п.46

= 0382  00382= 0344 А

134

КПД генератора

(7.18)

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

135

Результирующий коэффициент теплоотдачи наружной поверхности якоря

(8.2)

_а =18(1+016283) = 303 Вт/(Км²)

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

136

Коэффициент увеличения теплового сопротивления проводника

(8.5)

137

Число проводников по средней ширине паза якоря



принимаем m_а = 14

138

Эквивалентная междувитковая изоляция

(8.4)

139

Общая толщина изоляции от меди до стенки паза

(8.3)

 = (02 + 0276)10^-3 = 047610^-3м

140

Коэффициент теплопроводности междувитковой и пазовой изоляции

Разд.8 п.49

 = 0125 Вт/(мК)

141

Периметр паза

П =20011+ 000464+ 000178 =

= 28410^-3 м

142

Удельные потери в меди якоря

(8.6)

143

Удельные потери в стали якоря

(8.7)

144

Удельные потери трения о воздух

(8.8)

145

Ширина вершины зубца якоря

(3.22)

146

Среднее превышение температуры обмотки якоря

(8.1)

147

Коэффициент теплоотдачи коллектора

Разд. 8 п.50

_К= 50 Вт/(Км²)

148

Полные потери на коллекторе

(8.9)

Р_к = 0955 + 288 = 3835 Вт

149

Поверхность охлаждения коллектора

(8.10)

S_к = 314  00299  0014 =13210^-3 м²

№

п/п

Рассчитываемая

величина

Используемая

информация

Результаты расчёта

150

Превышение температуры коллектора

(8.11)

151

Коэффициент теплоотдачи катушки возбуждения

Разд.8 п.51

^’_O = 28 Вт/(Км²)

152

Потери в одной катушке возбуждения

(8.12)

w_м.в = 878/2 =439 Вт

153

Поверхность охлаждения катушки возбуждения

(8.14)

S_в =(00408 + 0015 + 20015 + 8001)

0012 + (00408 + 0015 + 40010)

0012 = 000314 м²

154

Превышение температуры обмотки возбуждения

(8.15)

155

Температуры якоря коллектора и обмотки возбуждения не превышают допустимой для выбранного класса изоляции равной 90^о С

Ряд R 5a

Ряд R 10a

Ряд R 20a

Ряд R 40a

10

10

10

100

105

11

110

115

12

12

120

130

14

140

150

16

16

16

160

170

18

180

190

20

20

200

210

22

220

240

25

25

25

250

260

28

280

300

32

32

320

340

36

360

380

40

40

40

400

420

45

450

480

50

50

500

520

55

550

5 80

60

60

60

60

70

70

75

80

80

80

85

90

90

95

Продолжение табл.1

Ряд R 5a

Ряд R 10a

Ряд R 20a

Ряд R 40a

100

100

100

100

105

110

110

115

120

120

120

130

140

140

150

160

160

160

160

170

180

180

190

200

200

200

210

220

220

240

250

250

250

250

260

280

280

300

320

320

320

340

360

36 0

380

400

400

400

400

420

450

450

480

500

500

500

520

550

550

580

600

600

600

600

650

700

700

750

800

80,0

800

850

900

900

950