Проектування машини постійного струму

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектування машини постійного струму

1. Попередній розрахунок довжини якоря

постійний провідник магнітний струм

Користуючись [1] обираємо висоту осі обертання h₀ = 250 мм

Для розрахунку електродвигуна необхідно завчасно задатись наступними розмірами: зовнішнім діаметром станіни, зовнішнім діаметром якоря, кількістю пар полюсів двигуна, відношення струму збудження до струму мережі, коефіцієнтом корисної дії, лінійним навантаженням, відношенням полюсної дуги до полюсного ділення. Обрані за [1] величини зведено до таблиці 1.1.

Таблиця 1.1. Завчасні значення величин необхідних для розрахунку довжини якоря

Зовнішній діаметр станіни	Dнс = 484 мм
Зовнішній діаметр якоря	Da = 258 мм
Кількість полюсів	2 р = 4
Доля струму збудження у струмі мережі	Kв = 0.015
Відношення ЕРС до напруги мережі	Кe = 0.96
Коефіцієнт корисної дії	з = 88%
Лінійне навантаження	А = 380 А/см
Розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги	бд = 0.66
Індукція у повітряному зазорі	Bд = 0.71 Tл

Розрахункова потужність електродвигуна

, де

К_е = 0.9 - прийняте значення відношення ЕРС якоря до напруги живлення;

К_і = 0.97 - прийняте значення відношення струму якоря до струму мережі.

.

Струм якоря

.

Розрахункова довжина якоря повітряного зазору МПС

.

Для МПС із висотою осі обертання 280 мм приймаємо довжину якоря рівну довжині зазору

Радіальні вентиляційні канали у якорі не виконуються, так як його довжина не перевищує 30 см. Один ряд, що складаються із 19 аксіальних вентиляційних каналів діаметром 16 мм, передбачені для покращення охолодження, зменшення маси та динамічного моменту інерції якоря.

Осердя якоря збирається із холоднокатаної сталі марки 2312, коефіцієнт заповнення пакету сталлю - за рекомендаціями викладеними у [1], в залежності від висоти осі обертання. Ефективна довжина якоря

Відношення довжини якоря до діаметру якоря

Рекомендовано (0,6 - 1) - за рекомендаціями викладеними у [1]

Висновок:

1. Відношення довжини якоря до діаметру, що не забезпечує економічність двигуну але забезпечує мінімум витрат міді.

2. Використано коефіцієнт полюсної дуги б_д = 0.66, що забезпечує доцільне використання об'єму машини, приводить до збільшення потоків розсіювання, що сприятливо; погіршуються умови розміщення обмоток головних і додаткових полюсів.

3. Габарити машини дозволяють використати чотири полюси

4. Довжина якоря далека до довжини при якій потрібно використати радіальні канали.

5. Для забезпечення необхідної температури у машині використано 19 аксіальний канал діаметром 16 мм.

2. Вибір типу обмотки якоря

Обмотка якоря розраховується на певні величини струмів, повинна забезпечити мінімальні втрати на мідь і бути простою у виконанні.

При струмі якоря менше 700 А можна виконувати просту хвильову обмотку, так як вона простіша у виконанні.

Число паралельних гілок (2а) обмотки якоря визначається, виходячи з умов задовільної комутації, при якій струм паралельної гілки обмежують значенням . При цьому

За умови задовільної комутації

,

Тоді кількість паралельних гілок

Отже умова простої петльової . Так як машина має висоту осі обертання 250 мм, обмотка якоря виконується із жорстких секцій і укладається у прямокутні пази.

3. Розрахунок перетину ефективного провідника обмотки якоря

Перетин провідника обмотки якоря знаходять по щільності струму ОЯ , що вибирають із умови припустимого нагрівання й ряду інших технічних умов: одержання потрібного ККД; мінімуму повної вартості машини, включаючи експлуатаційні витрати; потрібних характеристик.

Чим більше , тим менше витрата обмотувального матеріалу й вартість обмотки. Із цього погляду значення варто вибирати найбільшим. Зі збільшенням збільшуються втрати в обмотці і її нагрівання, тому що поверхня охолодження машини залишається незмінної.

Виходячи із цих суперечливих вимог, рекомендується по посібнику [1] вибирати щільність струму в обмотці якоря з діапазону =(3 ч 8) A/мм².

= 5.78 A/мм².

Вибір щільності струму по припустимого теплового навантаження виконується за допомогою фактора нагрівання, що визначається по графіках за рекомендаціями викладеними у [1]

=

Щільність струму в ОЯ (попередньо), А/мм²

Перетин ефективного провідника ОЯ (попередньо) мм²



4. Розрахунок числа провідників обмотки якоря

Число ефективних провідників ОЯ , розраховане за значенням лінійного навантаження

Число провідників ОЯ, виходячи зі значення магнітної індукції

Рівність значень і свідчить про облік коректування лінійного навантаження (А) і індукції в зазорі () при розрахунку довжини якоря по основному рівнянню ЕМ.

При переріз проводу мм2 обмотку виконують із прямокутного проводу, що укладається у відкриті пази з паралельними стінками. Перетин елементарного проводу не повинен перевищувати 10ч12 мм², висота елементарного проводу вибирається за умовою обмеження додаткових втрат від поля пазового розсіювання й залежить від частоти перемагнічування.

Обираємо відкриті пази з паралельними стінками

Орієнтуючись на дані серійних МПС, можна вибрати попереднє значення зубцевого розподілу якоря - :

= 20 мм

і розрахувати попередньо число пазів якоря,

,

значення якого приймається залежно від типу ОЯ, для простой хвильовой повинно бути - непарним.

Число ефективних провідників у пазу,

повинне бути парним числом.

Число витків у секції равносекційної ОЯ

Тут - число елементарних пазів в одному реальному, або число провідників по ширині паза; для симетричної простої хвильової обмотки =4 воно повинно рівняти 3 або 5,

5. Розрахунок числа колекторних пластин

Число колекторних пластин повинне забезпечувати необхідну величину напруги між колекторними пластинами.

Середня напруга між колекторними пластинами, В

,

для некомпенсованих МПС не повинне перевищувати 14 ч 16 В

При проектуванні МПС із регулюванням частоти обертання понад номінальний зменшенням магнітного потоку необхідно визначити максимальну напругу між колекторними пластинами

Де - коефіцієнт спотворення форми магнітного поля в повітряному зазорі. Попереднє значення визначається з посібника [1] й уточнюється в процесі розрахунку: .

Значення приймаються з посібника [1].Значення зазначені за умови, що товщина ізоляційних прокладок між колекторними пластинами для МПС при = 200 ч 315 мм становить 0,8 мм,

Число елементарних пазів (), секцій ОЯ (), колекторних пластин

Число, колекторних пластин () повинне забезпечувати необхідну величину колекторного розподілу(), мм



де - зовнішній діаметр колектора

вибирається з ряду з посібника [1].

Уточнене значення лінійного навантаження якоря, А/м

Уточнене значення розрахункової довжини машини

Правильність вибору числа пазів якоря перевіряють за умовою комутації й нагріванню, обмежуючи повний струм паза

при < 1

6. Розрахунок розмірів пазів якоря

Ширина зубця в мінімальному перетині, мм



де =0,95, і значення вибирається залежно від частоти перемагнічування з посібника [1].

Зубцеве ділення якоря, мм

Довжина сталі якоря

Попереднє значення висоти паза обираємо з посібника [1]

Зубцевий крок по дну паза, мм

Ширина паза, мм

За умовами технології необхідно, щоб

Обираємо на зборку по ширині й висоті паза , та вибір товщини пазової (корпусної) ізоляції по ширині паза - і по висоті паза здійснюється з посібника [1]

Для ОЯ машин висотою осі обертання застосовуються провід прямокутного перерізу марки ПЭТП-155 (клас F).

Ширина ефективного провідника без ізоляції, мм

Висота ефективного провідника без ізоляції, мм

де - висота шліца відкритого паза. У МПС висотою осі обертання пазова частина ОЯ кріпиться в пазах скло бандажами. При цьому пази якоря виконуються гладкими без шліців

- висота клина або бандажної канавки(), приймається з посібника [1] залежно від висоти осі обертання = 3 мм.

Двостороння виткова ізоляція проведення () приймається з посібника [1] у залежності від марки проводу ОЯ, = 0.15 мм.

Розмір проведення по висоті не повинен перевищувати таких значень: при частоті перемагнічування при f < 50 Гц - 7 мм. Якщо перевищує зазначену гранично припустиму величину, то ефективний провідник складається з декількох елементарних (), розташованих по висоті паза,

Параметри ізоляції обмотки якоря

№	Матеріал	Число слоїв	Товщина ізоляції, мм
	Найменування	Товщина, мм		по ширині	по висоті
1	Синтофолій - F	0.16	3.5	1.1	2.2
2	Виткова ізоляція	-	-	0.15	0.15
3	Склолакотканина - ЛСП	0.15	1	0.3	0.6
4	Склотекстоліт - СТЕФ	0.5	1	-	0.5
5	Склотекстоліт - СТЕФ	0.5	1	-	0.5
6	Склотекстоліт - СТЕФ	0.5	1	-	0.5
7	Припуск на укладку	-	-	0.3	0,5

Розміри неізольованого проводу обираємо з посібника [1]

;

Тоді переріз дорівнює

Визначення розмірів паза в штампі, мм

ширина паза -

висота паза -

Зубцевий крок, мм



Перевіримо індукцію в мінімальному перетині зубця

За обраним значенням перетину провідника ОЯ () визначається остаточне значення щільності струму в ОЯ

При правильно виконаній розкладці ОЯ в пазу

Розміри секції обмотки якоря

Крок ОЯ по реальних пазах

Для простої петльової обмотки шаг

,

перший частинний шаг

,

де о - відносне скорочення обмотки.

Другий частинний шаг

,

Середній зубцевий розподіл якоря, мм

Середня ширина секції, мм

Середня довжина однієї лобової частини секції ОЯ

Середня довжина витка ОЯ, мм

Середня довжина вильоту лобової частини ОЯ

Активний опір ОЯ, Ом

7. Розрахунок повітряного зазору під головним полюсом

Розрахунок величини повітряного зазору

При збільшенні величини повітряного зазору відбувається збільшення МРС зазору, МРС кола, МРС збудження, яка збільшується при збільшенні струму збудження та кількості витків обмотки, але зменшується вплив реакції поля якоря на роботу МПС. для забезпечення широкого діапазону регулювання повітряний зазор повинен забезпечити співвідношення

- МРС перехідного слою машини, А

При цьому величину зазору (мм) для некомпенсованих МПС варто розрахувати так

=(0,43ч0,46) при відкритих пазах з бандажами

Полюсне ділення машини



Вибір конфігурації зазору

Для нерівномірного повітряного зазору можна спочатку прийняти, що

Дійсна ширина полюсної дуги, мм

Величина скосу полюсного наконечника при частково розбіжному зазорі

Полюсна дуга, що доводиться на рівномірну частину частково

розбіжного зазору

Розрахункова величина нерівномірного повітряного зазору під головним полюсом

Якщо ввести позначення

Спрощено розрахунковий повітряний зазор

Попереднє значення повітряного зазору під додатковим полюсом

8. Розрахунок розмірів магнітного ланцюга

Головний полюс

Для МПС захищеного виконання (ІС22) із самовентиляцією (ІС01) магнітна індукція в сердечнику приймається рівної. ,

Довжина сердечника полюса, мм

Ширина сердечника, мм



де - коефіцієнт розсіювання головного полюса. = 1,15

- коефіцієнт заповнення сердечника полюса сталлю.

Висота головного полюса, мм

де - зовнішній діаметр машини, мм;

- товщина станини, мм;

Ширина виступу головного полюса, мм

Висота виступу полюсного наконечника, мм

де - дійсна довжина полюсної дуги по, мм

Спинка якоря

Якір набирається з листів ізотропної електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм наступної марки 2312. При діаметрах розточення якір виконують із аксіальними вентиляційними каналами.

Розміри аксіальних вентиляційних каналів обираємо з посібника [1]

Рядів каналів - =1

Діаметр каналу =16 мм

Кількість каналів: 19

Діаметр вала орієнтовно, мм

Значення коефіцієнта = 250 при обираємо з посібника [1]

Висота спинки якоря без аксіальних каналів

Індукція в спинці якоря, Тл

Частота перемагнічування. = 48 Гц

Індукція в спинці якоря не повинна перевищувати значень по табл. 5.18.

Граничні значення

, Гц	< 50	50 - 100
	1,65 Тл	1,6 Тл
	1,45 Тл	1,4 Тл

Станина

Станина виконується з литої сталі Ст3 із граничним значенням індукції

Розрахункова довжина станини, мм



де при . Обираємо найближче значення довжини

станини з посібника [1]

Товщина станини, мм

9. Розрахунок магнітного ланцюгa

Повітряний зазор

МРС повітряного зазору, А

де , мм, - коефіцієнт повітряного зазору

У загальному випадку

Тут - ураховує наявність зубців на якорі

де , - зубовий розподіл і відкритих пазах якоря, мм.

При прямокутних пазах на якорі замість підставляється , мм

=1 - ураховує вплив пазів КО

При бандажа із склоленти

Тут - кількість бандажних канавок ();

- ширина бандажної канавки, мм; - глибина бандажної канавки; - діаметр бандажного дроту, мм. У МПС першої довжини (М) , другої довжини (L) -

- ураховує наявність радіальних вентиляційних каналів при пакетуванні якоря

Зубцова зона якоря

У випадку прямокутного відкритого паза зубець має трапециидальную форму

При цьому розглядаються три перетини зубця з розмірами:

мінімальне - = ;

максимальне - = ;

середнє - = .

Ширина зубця в розглянутих перетинах, мм



Розрахункове (фіктивне) значення магнітної індукції в довільному перетині зубця

зубець насичується й частина потоку замикається через паз тоді потрібно розрахувати

По кривій яка приведена у посібнику [1] для марки сталі 2312 визначаємо

По кривій намагнічування визначаємо напруженість магнітного поля з посібника [1]

знаходимо напруженість магнітного поля в зубці по формулі Симпсона, А/м



МРС зубового слою, А

Спинка якоря

Магнітна індукція в спинці якоря, Тл

Значення напруженості магнітного поля в спинці якоря (, А/м) визначається по основній кривій намагнічування

Довжина магнітної силової лінії в спинці якоря, мм

МРС спинки якоря, А

Головний полюс

Магнітна індукція в сердечнику головного полюса, Тл



де =0,96ч0,98=0,97 - коефіцієнт заповнення пакета полюса сталлю.

Значення напруженості магнітного поля в сердечнику головного полюса (А/м) визначається по кривій намагнічування

Розрахункова довжина магнітної силової лінії в головному полюсі, мм:

- для некомпенсованих МПС

Зазор між головним полюсом і станиною

Еквівалентний повітряний зазор, що враховує нещільне прилягання сердечника головного полюса до станини, мм

МРС зазору між головним полюсом і станиною, А

Станина

Розрахункова довжина магнітної силової лінії в станині, мм

Магнітна індукція в станині, Тл

Значення напруженості магнітного поля в станині (, А/м) визначається по кривій намагнічування для масивних станин

МДС станини, А

Розрахунок сумарної МРС

Магніторушійна сила всіх ділянок магнітного ланцюга МПС на полюс, А

Магніторушійна сила перехідного слою МПС, А

Перевірка умови неперекидного магнітного поля під полюсом

Степінь насичення магнітного ланцюга МПС характеризується коефіцієнтом насичення



Коефіцієнт насичення

10. Облік дії, що розмагнічує, поля якоря

На перехідній характеристиці магнітний потік у режимі холостого ходу визначається площею прямокутника «ACEF»

Уточнене значення МДС, еквівалентної дії, що розмагнічує, поля якоря, А

11. Розрахунок обмоток збудження

Шунтова обмотка збудження

Магніторушійна сила збудження представляє собою суму МРС кола і розмагнічуючої дії поперечної реакції якоря, якщо не використовується стабілізуюча обмотка

,

де при паралельному збудженні .

Приймаємо значення ширини котушки

.

Середня довжина напіввитку обмотки

Поперечний переріз провідника

Вибираємо провід марки ПЕТ - 155 із наступними параметрами

- площа голого провіднику;	[1]
- діаметр ізольованого проводу;	[1]
- діаметр голого проводу;	[1]

Приймаємо щільність струму у шунтовій обмотці , тоді кількість витків у шунтовій обмотці збудження

Остаточне значення МРС шунтової обмотки збудження

МДС послідовної обмотки збудження, А

Середня довжина витка обмотки, мм



- радіус закруглення мідного дроту

- ширина котушки

Поперечний переріз проводу обмотки, мм²

мм²

Обираємо прямокутний провід з посібника [1]

Більший розмір проводу

Менший розмір проводу

де - число паралельних гілок обмотки, що включає послідовно в ланцюг якоря. При - - , якщо - - .

Число витків у котушці

Опір обмотки, що включається послідовно в ланцюг якоря, Ом

12. Визначення розмірів щіток і колектора

Ширина щітки попередньо приймається рівної:



Поверхня контакту всіх щіток з колектором, мм²

Контактна поверхня щіток одного бракета, мм²

За значеннями й з посібника вибирається довжина () однієї щітки

Контактна площа однієї щітки, мм²

Кількість щіток, що доводяться на один щітковий болт

Швидкість на поверхні колектора, м/с

Активна довжина колектора при шаховому розташуванні щіток, мм



Ширина колекторної пластини, мм

де - товщина ізоляційних прокладок з міканіту між колекторними пластинами при , при .

13. Розрахунок реактивної ЕРС

ЕРС само й взаємоіндукції секцій, що комутирують, В

швидкість на поверхні якоря, м/с

Для МПС висотою осі обертання значення визначається таким способом:

14. Розрахунок додаткових полюсів

ЕДС, що наводить у секції, замкнутої на коротко, магнітним полем додаткового полюса з індукцією в зоні комутації , В

Розрахунок індукції в повітряному зазорі

Індукція в повітряному зазорі під додатковим полюсом (ДП), Тл

де - ураховує необхідність забезпечення злегка прискореної комутації.

Розрахунок зазору під додатковим полюсом

Попередньо МРС додаткових полюсів

Значення коефіцієнта

, мм	80 ч 100	112 ч 315	355 ч 500
2	2	4	4
	1,35 ч 1,45	1,2 ч 1,3	1,25 ч 1,35

Зневажаючи МДС сталевих ділянок магнітного ланцюга ДП, можна записати рівняння.



звідки повітряний зазор, мм

- коефіцієнт повітряного зазору можна попередньо розрахувати, як

Де При цьому

Розрахунок розмірів додаткових полюсів

Довжина сердечника додаткового полюса, мм

ширина комутаційної зони, мм

Щоб поле основних полюсів не проникало в зону комутації, необхідне виконання умови

Ширина полюсної дуги додаткового полюса, мм

Магнітний потік додаткового полюса в повітряному зазорі, Вб

Потік розсіювання додаткового полюса, Вб

Магнітний потік у сердечнику додаткового полюса, Вб

Уточнюємо значення магнітного потоку осерді додаткового полюсу

Уточнюємо значення коефіцієнта розсіяння магнітного потоку

Перетин сердечника ДП, мм²



Значення індукції в осередді ДП обираємо

Ширина сердечника ДП, мм

Висота ДП, мм

Розрахунок обмотки додаткових полюсів

Число витків ОДП

При струмі якоря число паралельних галузей ОДП .

Щільність струму в ОДП

Перетин проводу ОДП, мм²

Обираємо прямокутний провід з посібника [1]

Середня довжина витка ОДП

мм ширина полюсної котушки ОДП, мм;

- однобічна товщина ізоляції сердечника ДП, мм,

- однобічний зазор між ізольованим сердечником ДП і котушкою ОДП, мм;

Опір обмотки додаткових полюсів

15. Оцінка якості розрахунку додаткових полюсів

Розрахунок індукції в станині якоря й спинці

Розраховуються індукції в ярмі (спинці) якоря й у станині з урахуванням можливого перевантаження машини

Розрахунок характеристики намагнічування додаткового полюса



- корисний потік ДП, Вб

- потік із сердечнику ДП, Вб

- магнітну індукцію в сердечнику ДП, Тл

- МРС зазору між ДП й якорем, А

- МРС зазору між ДП і станиною, А

- МРС сердечника ДП, А



- магнітну індукцію в станині, Тл

- МРС станини від потоку ДП, А

- магнітну індукцію в зубцях якоря, Тл

- МРС зубців якоря, А

16. Розміщення обмоток головних і додаткових полюсів

Розміщення ОЗ й ОДП у вікні машини виконується після вибору стандартних (нормалізованих) провідників для обмоток збудження й додаткових полюсів

Для багатослоєвих обмоток з ізольованого проводу прямокутного перерізу, розкладку витків виконують, виходячи із намотування провода більшою стороною b, по висоті полюса.

Ширина шунтовой обмотки головного полюса

Ширина сериесной обмотки головного полюса

Висота шунтовой обмотки головного полюсу

Висота сериесной обмотки головного полюса

Ширина обмотки додаткового полюса

Висота обмотки додаткового полюса

Середня довжина витка шунтовой обмотки головного полюса



Середня довжина витка сериесной обмотки головного полюса

Середня довжина обмотки додаткового полюса

Висота полюсного накiнечника головного полюса

Висновки

При проектуванні я довідався, що переваги двигуна постійного струму змішаного збудження полягає:

великий діапазон швидкостей;

зручно й економічно регулювати величини струму збудження;

Недолік:

складність конструкції;

наявності ковзного контакту в колекторі;

необхідне джерело постійного струму;

Я так само довідався, що найчастіше несправність у машинах постійного струму пов'язана з колектором.

1. Для забезпечення широкого діапазону регулювання необхідно прийняти завищене значення індукції повітряного зазору і занижене лінійне навантаження

2. Для підвищення економічності МПС необхідно, щоб значення прямувало до 1. Зменшення призводить до поліпшення умов охолодження

3. Задавшись ексцентричним повітряним зазором обмежується деформація кривої розподілу поля. Обмежується розмагнічуючи дія поперечної реакції якоря на роботу машини.

4. Збільшення кількості пазів призведе до більшої кількості колекторних пластин, що знижує пульсації магнітного потоку та та покращує комутацію, але при цьому збільшується опір обмотки якоря, кількість провідників збільшується лінійне навантаження і втрати у обмотці. При цьому максимальна кількість колекторних пластин обмежується мінімальним колекторним діленням, а мінімальна - напругою між колекторними пластинами.

5. Вибір щіток із більшою допустимою щільністю струму і меншим падінням напруги дозволить використати коротший колектор і менший діаметр колектора при цьому зменшаться електричні втрати в щітках. Доцільно використати щітку МГ що допускає щільність струму 15 А/см² і падіння на перехідному контакті складає 0.2 В

Список літератури

1. Проектування машин постійного струму. Електронний навчальний посібник для студентів спеціальностей «Електричні машини й апарати», «Електричний транспорт»: В.П. Шевченко, А.В. Бабушанов - Одеса: ОНПУ, 2009. - 380 с.

Размещено на Allbest.ru