Расчет двигателя электрического

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электромашиностроение - это основная отрасль электротехнической промышленности, изготавливающая генераторы для производства электроэнергии и электродвигатели для привода станков и механизмов.

Основным достижением в области турбогенераторостроения является разработка и освоение в производстве турбогенератора мощностью 500, 800,

1200 Вт.

В области гидрогенератора строения весьма важными достижениями является содержание мощных генераторов с высокими технологическими показаниями.

Достигнуты успехи в производстве крупных электродвигателей. Разработаны и освоены в производстве единые серии электрические машины: серия трехфазных асинхронных двигателей 4А и серии машин постоянного тока 2П.

Проектирование электрической машины - это сложная комплексная задача, включающая расчет и выбор размеров статора, ротора и других электрических машин и конструировании статей и сборочных единиц с последующей компоновкой электрических машин в целом.

Главной задачей электромашиностроения является создание новых образцов электрических машин с высокими технологическими показателями, совершенных в эксплуатации, удовлетворяющих различным требованиям.

Исходные данные

номинальная мощность P_ном=3 кВт;

номинальное напряжение сети U_ном=220 В;

номинальная частота вращения n_ном=1500 об/мин;

высота оси вращения h=250 мм;

степень защиты IP22;

способ охлаждения IC01;

способ возбуждения - параллельное с последовательной стабилизирующей обмоткой;

максимальная частота вращения n_max=2200 об/мин;

класс нагревостойкости изоляции F;

режим работы - продолжительный.

1. Главные размеры двигателя

Предварительное значение КПД при номинальной нагрузке

h'_ном = 0,755

Расчетная мощность двигателя

P_i = k_д / P_ном = 1,07 / 3 = 2,8 кВт,

где k_д = 1,07.

Наружный диаметр якоря и число главных полюсов

D₂ = 112 мм; 2p = 4.

Предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия при

2p = 4 и D₂ = 112 мм a'_i =0,65.

Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре

B'_d = 0,58 Тл.

Предварительное значение линейной нагрузки

А'₂ = 210 10² А/м.

1.7. Расчетная длина сердечника якоря

6,1 10¹² P_i 6,1 10¹² 2,8

k'_в k'_об a'_i n_ном D²₂ B'_d A'₂ 1 1 0,65 1500 112² 0,58 210 10²

Коэффициент длины сердечника якоря

l = l_i / D₂ = 114 / 112 = 1,02,

что находится в пределах рекомендуемых значений.

Внутренний диаметр сердечника якоря

D_2вн = 0,31 D₂ = 0,31 112 = 39,2.

2. Дополнительные размеры

В соответствии с таблицей принимаем: марка электротехнической стали сердечника якоря - 2013; форма пазов на якоре - полузакрытые овальные; тип обмотки якоря - всыпная.

В соответствии с таблицей предусматриваем в сердечнике якоря аксиальные вентиляционные каналы в один ряд,

Конструктивная длина сердечника якоря

l₂ = l_i = 114 мм.

2.4. Воздушный зазор эксцентричный. По рисунку принимаем

d--=?0,9 мм,

тогда

d_max = 0,9 / 1,5 = 0,6 мм;

d_min = 0,9 2 = 1,8 мм.

Длина сердечника главного полюса

l_m = l₂ = 114 мм.

Предварительное значение высоты главного полюса

h_m = 40 мм.

Полюсное деление

t--=--p?D₂ / 2p = 3,14 112 / 4 = 88 мм.

Магнитная индукция в сердечнике главного полюса

B_m = 1,65 Тл.

Ширина сердечника главного полюса

B '_d--a'_i--t--s' 0,58 0,65 88 1,2

k'_c1 B_m 0,98 1,65

Ширина выступа полюсного наконечника главного полюса

b_mн = 0,10 b_m = 1,10 24 ~ 2 мм.

Высота полюсного наконечника в основании выступа

h_m = - (b_p - b_m)= - (57 - 24)= 7 мм,

1,67 B_m 1,67 1,65

где длина полюсного наконечника

b_p = a'_i t?= 0,65 88 = 57 мм.

Сердечники главных и добавочных полюсов изготавливаем из электротехнической стали марки 3411 толщиной 1 мм (k_c = 0,98).

Длина сердечника добавочного полюса

l_д = l₂ = 114 мм.

Ширина сердечника добавочного полюса

b_д = 20 мм.

Число добавочных полюсов

2p_д = 4.

Воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом

d_д = 3 мм.

Длина станины

l_c1 = l₂ + k_l t = 114 + 0,65 88 = 171 мм,

где k_l = 0,65. Материал станины - сталь марки Ст3.

Толщина станины

B'_d?a'_i t--s?' l₂ 0,58 0,65 88 1,2 114

2 B_c1 l_c1 2 1,28 171

где B_c1 = 1,28 Тл.

Внутренний диаметр станины

D_1вн = D₂ + 2d_min + 2h_m + 2d?= 112 + 2 0,6 + 2 40 + 2 0,9 = 195 мм.

Наружный диаметр станины

D₁ = D_1вн + 2h_c1 = 195 + 2 10,3 = 215,6 мм.

3. Обмотка якоря

Номинальный ток якоря

P_ном 10³ 3 10³

I_2ном = - (1 - k_i) = - (1 - 0,1) = 16 А,

h'_ном U_ном 0,755 220

Так как I_2ном < 700 А, то в соответствии с таблицей принимаем простую волновую обмотку якоря 2_а2 = 2.

Принимаем зубцовое деление

t₂ = 15 мм.

Число пазов якоря

z₂ = p?D₂ / t₂ = 3,14 112 / 15 = 23 паза,

что удовлетворяет требованиям таблицы.

Число эффективных проводников в обмотке якоря

N₂ = A'₂ p?D₂ 2_а2 / I'_2ном 10³ = 210 10² 3,14 112 2 / 16 10³ = 923.

Принимаем

N₂ =920,

тогда

N₂ / z₂ = 920 / 23 = 40.

Диаметр коллектора

D_к = 0,80 D₂ = 0,80 112 = 90 мм,

что соответствует стандартному значению D_к.

Максимальная окружная скорость на коллекторе

v_max = p D_к n_max / 60 10³ = 3,14 78 1500 / 60 10³ = 7 м/с,

что не превышает допускаемого значения 40 м/с.

Составляем таблицу вариантов.

Так как напряжение U_к не должно превышать 16 В, принимаем

№Варианта	Uп	K=Uп z2	Dк, мм	tк, мм	N2 Wc2= -2K	Uк, В
	5	115	90	3,0	4	7,6

Шаги обмотки якоря:

первый частичный шаг по якорю

y₁ = (z_э / 2p) + e?= (115 / 4) + 0,25 = 29;

шаг обмотки по коллектору

y_к = (K + 1) / p = (115 + 1) / 2 = 57;

шаг обмотки по реальным пазам

y_z = (z₂ / 2p) + e = (23 / 4) + 0,25 = 6.

Уточненное значение линейной нагрузки

N₂ I_2ном 920 16

2_а2 p--D₂ 10^-3 2 3,14 112 10^-3

где

N₂ = 2U_п z₂ w_c2 = 2 5 23 4 = 920.

4. Пазы якоря полузакрытые овальные

Частота перемагничивания якоря

f₂ = p n_ном / 60 = 2 1500 / 60 = 50 Гц.

Ширина зубца якоря в его основании

b_z2min = B '_d t₂ / k_c2 B '_z2max = 15 0,58 / 0,95 2,3 = 3,98 мм,

где

B_z2max = 2,3 Тл.

Высота зубца якоря

h_z2 = 21 мм.

Высота спинки якоря

D₂ - D_2вн (112 - 39)

Магнитная индукция в спинке якоря

B'_d--a'_i t--=_,58--_,65--88----

Ширина паза

?????????????????????????

p (A₂ - 2 h_z2) 3,14 (112 - 2 19)

5. Размеры секции и сопротивление обмотки якоря

Среднее значение зубцового деления якоря

t_ср2 = p (D₂ - h_z2) / z₂ = 3,14 (112 - 21) / 23 = 12,4 мм.

Средняя ширина секции обмотки якоря

b_с,ср = t_ср2 y_z = 12,4 6 = 74 мм.

Активное сопротивление обмотки якоря

????????

r_cu N₂ l_ср2 10³ 24,4 10^-9 920 798 10³

2 (2_a2)² n_эл q_2эл 2 (2)² 1 1,767

6. Расчет магнитной цепи

Предварительное значение ЭДС двигателя при номинальной нагрузке

Е'_2ном = 0,5 U_ном (1 + h'_ном) = 0,5 220 (1 + 0,755) = 193 В.

Коэффициента воздушного зазора

k_d = k_???k_б = 1,32 1,24 = 1,64

b_п2 6,24

t₂ - b_п2 + 5d t₂ / b_п2 15 - 6,24 + 5 0,9 15 / 6,24

n_б l_б h_б 0,25 147 3

l₂ (d + h_б) - n_б l_б h_б 114 (0,9 + 3) - 0,25 147 3

где

n_ь l_ь = 0,25 l_2; h_б = 3 мм.

Магнитное напряжение воздушного зазора

F_d = 0,8 B_d--d?k_d 10³ = 0,8 0,5 0.9 1,3 10³ = 478,8 A.??

Магнитная индукция в наименованием сечением зубца

B_zmax = B_d t₂ / k_c2 b_z2min = 0,34 15 / 0,95 3,98 = 2,54 Тл,

где

b_z2min = 3,98.

Ширина зубца в его наибольшем расчетном сечении

b_z2max = t₂ - b_п2 = 15 - 6,24 = 8,76 мм.

Ширина зубца в его среднем расчетном сечении

b_z2ср = 0,5 (b_z2min - b_z2max) = 0,5 (3,98 + 8,76) = 6,31 мм.

Магнитная индукция в расчетных сечениях зубца:

в наименьшем

B_z2max = 1,98 Тл;

в наибольшем

B_z2min = B_d t₂ / k_c2 b_z2max = 0,64 15 / 0,95 8,76 = 1,15 Тл,

в среднем

B_z2ср = B_d t₂ / k_c2 b_z2ср = 0,64 15 / 0,95 6б31 = 1,60 Тл,

Коэффициент для определения напряженности магнитного поля в наименьшем сечении зубца

k_п2max = t₂ / k_c2 b_z2min = 15 / 0,95 3,98 = 3,96.

Напряженность поля при

B_z2max = 1,94 Тл

для стали марки 2013

H_z2max = 1 10⁴ А/м.

Напряженность поля при

B_z2min = 0,9 Тл

B_z2ср = 1,25 Тл

H_z2min = 190 А/м

H_z2ср = 430 А/м

Расчетное значение напряженности поля в зубце

H_z2 = (H_z2max +4H_z2ср + H_z2min) / 6= (1 10⁴ + 4 430 + 190) / 6 = 320 10³ А/м

Магнитное напряжение зубцового слоя якоря

F_z2 = H_z2 h_z2 10^-3 = 320 10³ 21 10^-3 = 6720 А.

Расчетная длина магнитной силовой линии в спинке якоря

L_c2 = (p / 2p) (D_2вн + h_c2) + h_c2 = (3,14 / 4) (39 + 15,5) + 15,5 = 58 мм.

Напряженность поля в спинке якоря

H_с2 = 225 A/м.

Магнитное напряжение спинки якоря

F_c2 = H_с2 L_c2 10^-3 = 225 490 10^-3 = 110 A.

7. Обмотка возбуждения

Поперечная МДС обмотки якоря на пару полюсов

F₂ = 0,5 N₂ I_2ном / 2_a2 p = 0,5 920 16 / 2 2 = 1840 A.

Коэффициент учитывающий размагничивающее действие МДС поперечной реакции якоря при

B_z2max = 1,98 Тл,

F₂ / F_во = 1840 / 15385 = 0,12

k_p,2 = 0,175

Размагничивающее действие МДС поперечной реакции якоря на пару полюсов

F_qd = k_p,2 F₂ = 0,175 1840 = 322 A.

Требуемое значение МДС обмотки возбуждения при нагрузке на пару полюсов

F_в,н = F_во + F_qd - F_c = 15385 + 322 - 276 = 15431 A,

где МДС стабилизирующей обмотки на пару полюсов

F_c = 0,15 F₂ = 0,15 1840 = 276 A.

Средняя длина витка многослойной полюсной катушки параллельного возбуждения

l_ср,к = 2 (l_т + b_т) + p (b_к,ш + 2b_из + 2b_з + 2b_к) =

2 (114 + 24) + 3,14 (15 + 2 0,2 + 2 0,6 + 2 2) = 340 мм,

где ширина катушки

b_к,ш = 15 мм,

толщина изоляции катушки

b_из = 0,2 мм,

односторонний зазор между катушкой и сердечником полюса

b_з = 0,6 мм,

толщина каркаса

b_к = 2 мм.

Площадь поперечного сечения обмоточного провода (при последовательном соединении всех полюсных катушек)

q'_в = F_в,н k_зап r_cu p l_ср,к 10³ / U_в = 15431 1,05 24,4 10^-9 340 10³ = 0,157 мм²,

По таблице принимаем катушку возбуждения из изолированного провода круглого сечения, многослойную по ширине и высоте; принимаем провод марки ПЭТ - 155

q_в = 1,539 мм²,

d = 1,4 мм²,

d_из = 1,485 мм².

Число витков в полюсной катушке

w_к,в = F_в,н / 2 D'_в q_в = 15431 / 2 5 0,157 = 127,

где плотность тока по

D'_в = 5 A/мм².

Сопротивление обмотки возбуждения

r_в = r_cu 2?w_{к, в} l_ср,к 10³ / q_в = 24,4 10^-9 4 127 340 10³ / 0,157= 27 Ом.

Наибольшее значение тока возбуждения

I_в = U_в / r_в = 220 / 27 = 8,1 А.

Уточненное значение плотности тока в обмотке возбуждения

D?_В = I _в / q_в = 8,1 / 1,539 = 5,2 А/мм².

Число витков в полюсной катушке стабилизирующей обмотки

w_к,c = F_с a_c / I_2ном = 276 1 / 16 = 17,25,

принимаем

w_к,c = 17,

число параллельных ветвей

a_c = 1.

Площадь поперечного сечения обмоточного провода стабилизирующей обмотки

q'_c = I_2ном / a_c D _c = 16 / 1 4,9 = 3,265 мм².

По таблице принимаем для изготовления полюсных катушек стабилизирующей обмотки неизолированный медный провод круглого сечения.

q_c =3,53 мм²,

d = 2,12 мм²,

d_из = 2,22 мм².

Уточненное значение плотности тока в стабилизирующей обмотке

D _c = I_2ном / a_c q_c = 16 /1 3,53 = 4,532 А/мм².

Радиус закругления медного провода катушки стабилизирующей обмотки

r = 0,5 (b_c + 2b_з) = 0,5 (4,25 + 2 0,6) = 2,725 мм,

минимально допустимый радиус закругления

r_min = 0,05 b² / a = 0,05 4,25² / 0,80 = 1,13 мм.

Средняя длина витка катушки стабилизирующей обмотки

l_ср,к = 2 (l_т + b_т) + p (b_к,с + 2 r) = 2 (114 +24) + 3,14 (13 + 2 2,725) = 334 мм,

где

b_к,с = b = 13 мм.

8. Обмотка добавочных полюсов

Число витков катушки добавочного полюса

w_к,д = k_д F₂ a_д / 2I_2ном =1,25 1840 1 / 2 16 = 71,875 витков,

принимаем

w_к,д = 72 витка,

где

a_д = 1,

k_д = 1,25

8.2. Площадь поперечного сечения проводника катушки добавочного полюса

q'_д = I_2ном / a_{д д} = 16 / 1 4,9 = 3,26 мм².

D _д = 4,9.

Принимаем для изготовления катушек добавочных полюсов голый медный провод круглого сечения по таблице

q_д = 3,53 мм².

Уточненное значение плотности тока в обмотке добавочных полюсов

D_--д = I_2ном / a_д q_д = 16 / 1 3,53 = 4,53 A/мм².

Средняя длина витка катушки добавочного полюса

l_ср,к = 2l_д +?p (b_д + b_к,д + 2b_з + 2b_из) = 2 114 + 3,14 (2 + 13 + 2 0,6 + 2 0,2) = =280 мм,

где

b_к,д = b = 13,

b_з = 0,6,

b_из = 0,2.

9. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов

Ширина многослойной катушки главного полюса

b_к,в = k_p N_ш d_из + b_из,пр = 1,05 10,1 1,485 + 2,4 = 18,1 мм,

где

N_ш = b_к,ш / d_из = 15 / 1,485 = 10,1

k_p = 1,05,

b_{из, пр} = 2 + 0,2 2 =2,4 мм.

Высота многослойной катушки главного полюса с учетом разделения полюсной катушки на две части вентиляционным каналом шириной

b_в,к = 0,

h_к,в = k_p N_в d_из + h_из,пр + b_в,к = 1,05 12,5 1,485 + 1,485 0 = 21 мм,

где N_в - число изолированных проводов по высоте катушки:

N_в = w_к,в / N_ш = 127 / 10,1 = 12,5;

высота прокладок и каркаса

h_из,пр = 1,485 мм.

Высота полюсной катушки стабилизирующей обмотки

h_к,с = h + h_из,пр = 1,485 мм,

где

h_из,пр = 1,485 мм.

Общая высота катушек и вентиляционного канала главного полюса

h_r,п = h_к,в + h_к,с = 21 + 1,485 = 22,485 мм.

Площадь занимаемая непосредственно в межполюсном окне двумя частями (секциями) катушки возбуждения, включая все прокладки и вентиляционный зазор

двигатель якорь обмотка магнитный

Q_к,в = b_к,в h_к,в = 18,1 21 = 380 мм².

Размещено на Allbest.ru