Расчёт и проектирование машины постоянного тока
Расчет магнитной цепи машины. Магнитные потоки. Определение основной намагничивающей силы. Индукция в зазоре. Намагничивающая сила зубцовой зоны, спинки якоря, полюсов ярма. Обмотки якоря машины постоянного тока. Классификация и конструкция обмотки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.12.2017 |
| Размер файла | 3,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра АЭС и ЭП
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
По выполнению курсового проекта
«Расчёт и проектирование машины постоянного тока»
по курсу
«Электрические машины и микромашины»
(для студентов специальности ЭПА)
Мариуполь 2008
УДК 621 - 412, 621, 077
Методические указания по выполнению курсового проекта «Расчёт и проектирование машины постоянного тока» (для студентов специальностей АЭСиЭП, ЭПП)
/Сост. В. Г. Скосырев, - Мариуполь, ПГТУ, 2008, - 48 с.
Инженер-электрик в своей работе постоянно имеет дело с электрическими машинами. В современном производстве в каждом цехе можно встретить практически все типы электрических машин - асинхронные, синхронные, коллекторные.
Глубокое знание физических законов и принципов работы машин, а также конструктивных особенностей их - непременное условие грамотной эксплуатации. Машины постоянного тока по своим характеристикам удовлетворяют любые требования технологических процессов и имеют непревзойдённые регулировочные свойства, поэтому находят широкое применение в электроприводе металлургического производства.
В машине постоянного тока заложены свойства присущие всем другим типам электрических машин, поэтому она выбрана объектом курсового проектирования.
Составитель В. Г. Скосырев, доц.
Ответственный за выпуск М.Д. Дьяченко, доц.
СОДЕРЖАНИЕ
магнитная цепь обмотка якорь
1. СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
2. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ МАШИНЫ
2.1 Магнитные потоки
2.2 Определение основной н.с.
2.3 Индукция в зазоре
2.4 Н.с. зубцовой зоны
2.5 Н.с. спинки якоря
2.6 Н.с. полюсов ярма
3. ОБМОТКИ ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
3.1 Классификация и конструкция обмотки
3.2 Расчет обмотки якоря
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовой проект состоит из расчетной и графической частей. Расчетная часть - пояснительная записка проекта содержит 3 раздела:
а) расчет магнитной цепи;
б) расчет обмоток;
в) расчет мощности машины.
Графическая часть выполняется на 2-х листах:
I лист - Общий вид машины в 2-х проекциях в разрезе;
II лист - Деталировка: коллектор в разрезе, разрез паза с обмоткой, секция якорной обмотки, схема развертки якорной обмотки.
Задание на проект принимается по последним двум цифрам номера зачетной книжки по таблице В-I.
2. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ МАШИНЫ
2.1 Магнитные потоки
Для расчета вычерчивается в масштабе эскиз магнитной цепи, на котором изображена картина магнитного потока, создаваемого основными полюсами. Ввиду полной симметрии машины поток, создаваемый каждым полюсом, делится относительно осевой линии на две части - два контура. Имеет место основной поток , замыкающийся в сердечнике и поток рассеяния, замыкающийся в воздухе. Весь поток, создаваемый полюсом . Магнитная цепь основных полюсов машины постоянного тока.
(2.1)
где - коэффициент рассеяния
Намагничивающая сила н.с. необходимая для создания называется основной н.с.
2.2 Определение основной н.с.
Магнитная цепь машины состоит из различных участков (6.1). Из закона магнитной цепи имеем:
,
где -н.с.;
Рисунок 2.1 Магнитная цепь основных полюсов машины постоянного тока
d-поток элементарного участка ;
d?- элемент длины магнитной силовой линии ;
ds- сечение элементарного участка.
При расчете магнитная цепь делится на ряд участков, на каждом из которых поток , проницаемость и сечение остаются постоянными. Имеется пять основных участков: 1) зазор; 2) зубцовая зона; 3) спинка якоря; 4) сердечник полюса; 5) ярмо.
Расчет ведется по средней длине магнитной линии участка.
при
формула имеет вид :
при
,
Таким образом, окончательно имеем:
(2.2)
Магнитная проницаемость воздушного зазора Гнм.
Проницаемость магнитных материалов зависит от индукции .
На рис. 2.2. изображены кривые зависимости для различных материалов.
Кривые намагничивания листовой электротехнической стали, литой стали и чугуна.
2.3 Индукция в зазоре
Зазор представляет собой основное сопротивление магнитному потоку. Н.с. зазора составляет не менее 60% от основной н.с. Формы кривой индукции в зазоре весьма сложна, поэтому производится операция приведения, когда действительную форму заменяют более простой, которая дает при расчете практически те же результаты. Обычно трапециидальную кривую (рис. I-6.3.) распределение индукции в зазоре на полюсном делении заменяют прямоугольником с высотой
и основанием ;
b'- расчетная полюсная дуга;
'=b' - расчетный коэффициент полюсной дуги.
В машинах с добавочными полюсами .
Рисунок 2.2 Кривые намагничивания электротехнической стали, литой стали и чугуна
Рисунок 2.3 Действительная и приведенная картины поля в зазоре в поперечном сечении гладкого якоря
Картина распределения индукции по длине машины показаны на рис. 2.4., где показан якорь радиальными вентиляционными каналами. С достаточной точностью можно принять расчетную длину якоря:
(2.3)
Зная величины , , ?' определяется н.с. на пару полюсов для гладкого якоря
(2.4)
Для зубчатого якоря (реального) картина распределения индукции значительно искажается рис. 2.5.
В данном случае производится приведение зубчатого якоря к гладкому путем увеличения зазора ,
при этом - коэффициент зазора определяется по приближенной формуле:
(2.5)
Таким образом, н.с. зазора выражается :
(2.6)
2.4 Н.с. зубцовой зоны
В зубцовой зоне поток замыкается по зубцам и пазам якоря. Расчет н.с. ведется в соответствии с рис. I-6.4.
Распределение индукции по высоте зуба имеет параболический характер. Расчетное значение напряженности поля зуба находится по формуле Симпсона как среднее для параболической кривой
(2.7)
Рисунок 2.4 Действительная и мнимая картины поля в зазоре в продольном сечении якоря
Рисунок 2.5 М.д.с. зубцов
Для практических расчетов достаточно трех точек - в верхнем, нижнем и среднем сечении.
По кривым рис. 2.6. получим , предварительно определив индукцию для заданных точек.
(2.8)
- коэффициент заполнения стали с бумагой,
- коэффициент заполнения стали с бумагой лакированной.
Н.с. на пару полюсов выражается :
(2.9)
В упрощенных расчетах индукцию и соответственно напряженность поля определяется только в одном сечении на расстоянии от основания зуба.
(2.10)
В машинах постоянного тока индукция (18002300)
- для машин до 10 кВт
- для машин большой мощности
- для машин до 50 кВт
- для полузакрытых пазов
- для открытых пазов.
2.5 Н.с. спинки якоря
Поток по сечению якоря распределяется неравномерно. Наибольшая индукция в точках ближе к зубцам, наименьшая -внутри. При расчетах необходимо исходить из среднего значения
(2.11)
По кривой намагничивания для стали данной марки находится напряженность поля На, после чего определяется н.с. Fа
(2.12)
Индукция для якоря должна быть
Ва = 1,0 ч 1,5 Тл
Рисунок 2.6 Кривые для листовой стали марок Э11, Э12, Э21
2.6 Н.с. полюсов ярма
Поток полюсов и ярма больше основного на величину потока рассеяния , возникающего между полюсами и в торцевых частях машины.
Потоки полюса и ярма и определяются по формуле. При известных геометрических размерах индукции определяются:
(2.13)
(2.14)
обычно Тл
Тл - для стали
Тл -для чугуна.
По кривым рис. 2.2 определяются и
(2.15)
(2.16)
размеры и определяются по рис 2.1.
Примерное значение коэффициентов рассеяния определяются по табл. 2.1.
Таблица 2.1
|
2р |
Дq, см |
К |
|
|
4 |
до 25 |
1.28 |
|
|
> 4 |
25+75 |
1.25 |
|
|
> 4 |
75+150 |
1.20 |
|
|
> 4 |
>150 |
1.15 |
Рисунок 2.7 Кривые намагничивания машины
Рисунок 2.8 Форма пазов и способ изоляции обмотки якоря:
1. Электрокартон;
2. Медь;
3. Микалента;
4. Микафолий;
5. Телефонная бумага;
6, 7 электрокартон;
8, 9 лента тафтян 0.18 мм в пол нахлестки;
- лента миткалевая 0.15 мм в пол нахлестки.
2.7 Кривая намагничивания машины
Зная н.с. отдельных участков магнитной цепи, можно определить н.с. на пару полюсов по формуле 2.2.
Считая, что номинальному напряжению при номинальной скорости вращения соответствует номинальный поток , задавшись различными значениями потока 0.5; 0.8; 1.1; 1.2 и т.д. можно для каждого из них рассчитать .
По результатам расчета можно построить кривую намагничивания машины (рис. 2.7.)
.
Прямолинейная часть характеристики соответствует не насыщаемому режиму машины. При дальнейшем увеличении н.с. наступает насыщение стали и характеристика загибается. По отношению отрезков
определяется коэффициентом насыщения машины.
В серийных машинах нормального исполнения коэффициент насыщения изменяется в следующих пределах:
.
3. ОБМОТКИ ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
3.1 Классификация и конструкция обмотки
Обмотка якоря является важнейшим элементом машины, т.к. в ней происходит преобразование энергии одного вида в другой. В настоящее время используются только барабанные якоря, применительно к ним и конструируются обмотки. В обмотке якоря индуктируется переменная э.д.с. Для анализа этой э.д.с. строятся звёзды векторов потенциальные многоугольники. По конструкции обмотки делятся на петлевые и волновые. Простые петлевые и волновые одну замкнутую на себя систему проводников; сложные петлевые и волновые имеют несколько параллельных замкнутых систем проводников.
В настоящем проекте следует ориентироваться на простые волновые обмотки и простые петлевые.
Основным элементом любой якорной обмотки является секция. Секцией называется часть обмотки, состоящая из одного или нескольких витков присоединённая к двум коллекторным пластинам следующим друг за другом по схеме обмотки.
Каждая секция состоит из двух активных частей, лежащих в пазах сердечника и лобовых частей, соединяющих между собой активные части и секции с коллектором. Расстояние между активными сторонами секции, выраженное числом пазов, называется шагом секции (Ус). Расстояние между одноимёнными активными сторонами двух соседних секций называется шагом обмотки (Уоб). Расстояние между коллекторными пластинами к которым присоединена секция выраженная количеством коллекторных пластин называется коллекторным шагом (Ук). В простой петлевой обмотке Ук=1. В простой волновой обмотке обходится якорь и соответственно коллектор, укладывая на якоре под каждой парой полюсов одну секцию, а по коллектору делая шаг Ук. Число коллекторных пластин равно или кратно числу пазов. Основное условие - при обходе должны прийти к коллекторной пластине, лежащей рядом с исходной справа или слева.
3.2 Расчет обмотки якоря
Из формулы э.д.с. якоря машины постоянного тока определяется число проводников обмотки якоря:
(3.1)
где: p - число пар полюсов
n - заданная скорость вращения об/мин
a - число пар параллельных ветвей
Если набирается простая петлевая обмотка то 2a=2p простой волновой обмотке 2a=2.
По числу проводников № определяется число витков W
(3.2)
S - число секций якоря - целое число равно или кратно заданному числу пазов якоря;
К - число коллекторных пластин должно быть равно числу секций S, при этом среднее напряжение ukcp между коллекторны-ми пластинами не должно превышать 12 + 25 В.
, (3.3)
отсюда
Диаметр коллектора принимается
Dk=0,7 Da.
Посла определения числа коллекторных пластин К по Dx опреде-ляется их толщина, которая не должна быть менее 4 мм по условиям технологии и механический прочности
3.3 Порядок наполнения схемы обмотки якоря
1. Определяются основные параметры обмотки:
ус - шаг секции;
уоб- шаг обмотки;
ук - шаг по коллектору;
ущ- шаг между осями щеток;
уdd - расстояние между продольными осями.
2. Вычерчиваются секционные стороны и присваиваются им порядковые номера слева oт цифр располагаются верхние активные стороны, справа - нижние. Активные стороны секций, лежащие в верхнем слое обмотки, изображаются сплошными линиями и порядковые номера пишутся, без штриха. Активные стороны нижнего слоя изображаются штриховыми линиями и порядковые номера пишутся со штрихом. Для упрощения на схеме показываются одновитковые секции.
3. Ориентируются оси полюсов и вычерчиваются полюсные наконечники главных полюсов.
4. Определяются направления э.д.с. в секционных сторонах под полюсами. Считается, что разрезанный и развернутый якорь двигателя относительно неподвижных полюсов справа налево.
5. Вычерчивается схема обмотки.
6. Коллекторные пластины обозначаются теми же номерами, которые имеют верхние проводники, подключенные к этим пластинам.
Таблица 4.1
Для определения тока якоря при номинальном режиме работы машины необходимо задаться плотностью тока фактической . Допускаемая плотность тока должна быть в пределах А/мм2.
Определяется ток параллельной ветви
(4.5)
Затем определяется номинальный ток якоря
(4.6)
Электромагнитная мощность определяется приближенно
(4.7)
Для машин с параллельным возбуждением по таблице 4.2 выбирается процентное соотношение тока возбуждения i(%) в зависимости от мощности и определяется ток возбуждения
, (4.8)
Для генератора отдаваемая полезная мощность определяется:
(4.9)
Для двигателя вначале определяется проводимая мощность:
(4.10)
Затем полезная мощность: .
Величина коэффициента полезного действия ориентировочно выбирается по таблице 4.3.
Проверка мощности по нагреву выполняется по фактической линейной нагрузке
(4.11)
Таблица 4.2. Выбор тока возбуждения
|
Pэм |
кВт |
0.5..1 |
5 |
10 |
20 |
40 |
60 |
100 |
300 |
1000 |
|
|
Iв |
% |
10..8 |
7 |
5 |
4 |
3 |
2.5 |
2.0 |
1.5 |
1.2 |
Таблица 4.3. Выбор к.п.д. машины постоянного тока
|
Pэм |
кВт |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
% |
82 |
87 |
88 |
88.5 |
89 |
89.5 |
90 |
90.5 |
91 |
91.5 |
92 |
Таблица 4.4.Допустимая величина нагрева машины
|
Da |
См |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
Аа |
550 |
1000 |
1400 |
1700 |
1830 |
1920 |
1990 |
2000 |
2010 |
2020 |
||
|
620 |
1200 |
1700 |
2000 |
2180 |
2250 |
2370 |
2400 |
2410 |
2420 |
Таблица 4.5 Зависимость индукции от диаметра
|
Da |
см |
6 |
8 |
10 |
15 |
20 |
30 |
50 |
60 |
80 |
100 |
|
|
Вдн |
3500 |
3800 |
4300 |
5200 |
6300 |
7700 |
9000 |
9400 |
9800 |
10000 |
||
|
Вд |
0,35 |
0,38 |
0,43 |
0,52 |
0,63 |
0,77 |
0,90 |
0,94 |
0,98 |
1,0 |
После определения определяется фактор нагрева и сравнивается с рекомендованной величиной по таблице I-7.4, в которой указанна зависимость . Если вычисленное значение фактора нагрева меньше или равно рекомендованному таблично, то температура нагрева обмотки не превышает допустимой.
При >следует уменьшить плотность тока проводника и провести пересчет мощности машины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении необходимо определить назначение машины, область применения, правила эксплуатации, методы и устройство защиты.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. «Электрические машины» ч.1. /Энергия. М.-Л.
2. Вольдек Л.И. «Электрические машины» Энергия М.
3. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.Н. «Проектирование электрических машин» Энергия М.
4. Постников И.М. «Проектирование электрических машин» Гостехлитиздат УССР г.Киев
5. Притужалов В.Я. «Электрические машины» ПГТУ 2002г.
6. Методические указания к самостоятельному изучению курса «Электрические машины»/Сост. В.Я. Притужалов.- Мариуполь:ММИ, 1989, - 56 с.
7. Методические указания по выполнению курсового проекта «Расчет и проектирование машины постоянного тока»/Сост. В.Я. Притужалов.- Мариуполь:ПГТУ, 1996, - 45 с.
8. Расовский Э.И. «Электротехника в рисунках и чертежах».
ПРИЛОЖЕНИЕ
{Запуск программы осуществляется вызовом пакета MathCAD из меню «ПУСК». Первые три страницы представляют собой матрицы значений, полученных из кривых намагничивания сталей различных марок. Так, ниже приведены зависимости В(Н) для сталей Э11, Э12 и листовой стали, а так же функции, позволяющие осуществить интерполяцию массивов и использовать в дальнейшем пользовательские функции.}
|
Наименование величины |
Ед. измерения |
Результаты измерений для различных значений |
|||||
|
0,25 |
0,5 |
0,75 |
1,0 |
1,25 |
|||
|
Ца |
Вб |
0,004 |
0,81.10-3 |
1,21.10-3 |
1,62.10-3 |
2,02.10-3 |
|
|
Fу |
А |
963 |
1926 |
288,5 |
3851 |
4814 |
|
|
b31 |
Тл |
0,42 |
0,83 |
1,25 |
1,66 |
2,07 |
|
|
b3cp |
Тл |
0,53 |
1,06 |
1,59 |
2,13 |
2,66 |
|
|
b32 |
Тл |
0,74 |
1,49 |
2,22 |
2,98 |
3,71 |
|
|
H31.10-2 |
А/м |
1,5 |
3,5 |
10 |
60 |
550 |
|
|
H3cp.10-2 |
А/м |
1,8 |
6 |
45 |
800 |
- |
|
|
H32.10-2 |
А/м |
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
F3 |
А |
- |
- |
165 |
- |
- |
|
|
Ba |
Тл |
- |
- |
1188 |
- |
- |
|
|
Ha.10-2 |
А/м |
- |
- |
1,15 |
- |
- |
|
|
Fa |
А |
- |
- |
7,5 |
- |
- |
|
|
Цм |
Вб |
- |
- |
73 |
- |
- |
|
|
Вм |
Тл |
- |
- |
1,55.10- |
- |
- |
|
|
Нм.10-2 |
А/м |
- |
- |
1,47 |
- |
- |
|
|
Fм |
А |
- |
- |
23 |
- |
- |
|
|
Вя |
Тл |
- |
- |
439,3 |
- |
||
|
Ня.10-2 |
А/м |
- |
- |
1,27 |
- |
- |
|
|
Fл |
А |
- |
- |
15 |
- |
- |
|
|
FD |
А |
- |
- |
544,5 |
- |
- |
|
|
iB |
А |
- |
- |
3,2 |
- |
- |
|
|
E0 |
В |
- |
- |
261 |
- |
- |
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчеты главных размеров двигателя. Выбор и определение параметров обмотки якоря. Проверка магнитной цепи машины, также расчет параллельной обмотки возбуждения, щеточно-коллекторного узла и добавочных полюсов. Конструкция двигателя постоянного тока.
курсовая работа [852,4 K], добавлен 30.03.2011Расчет двигателя постоянного тока: главные размеры машины; параметры обмотки якоря, коллектор и щеточный аппарат; геометрия зубцовой зоны. Магнитная система машины: расчет параллельной обмотки возбуждения; потери и коэффициент полезного действия.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 06.09.2012Проектирование двигателя постоянного тока с мощностью 4,5 кВт, степенью защиты IP44. Выбор электромагнитных нагрузок. Расчет обмотки якоря, магнитной цепи, обмотки добавочных полюсов. Рабочие характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой и без нее.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.05.2014Расчет машины постоянного тока. Размеры и конфигурация магнитной цепи двигателя. Тип и шаги обмотки якоря. Характеристика намагничивания машины, расчет магнитного потока. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов. Тепловой и вентиляционный расчеты.
курсовая работа [790,3 K], добавлен 11.02.2015Размеры, конфигурация и материал магнитной цепи машины. Выбор размеров сердечников якоря, главных и добавочных полюсов. Определение необходимого количества витков обмотки якоря, коллекторных пластин и пазов с целью разработки двигателя постоянного тока.
курсовая работа [242,8 K], добавлен 16.09.2014Методика и порядок расчета магнитной цепи машины по данным постоянного тока, чертеж эскиза. Определение Н.С. возбуждения при номинальном режиме с учетом генераторного режима работы. Чертеж развернутой схемы обмотки якоря при использовании петлевой.
контрольная работа [66,2 K], добавлен 03.04.2009Разработка конструкции двигателя постоянного тока. Число эффективных проводников в пазу. Плотность тока в обмотке якоря. Индукция в расчётных сечениях магнитной цепи. Магнитное напряжение воздушного зазора. Расчёт характеристики намагничивания машины.
курсовая работа [333,5 K], добавлен 30.04.2009Электромагнитная мощность генератора постоянного тока, выбор числа пар полюсов и коэффициента полюсной дуги. Расчет обмотки якоря и магнитной цепи, построение характеристики холостого хода. Определение магнитодвижущей силы возбуждения при нагрузке.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 27.10.2011Основные этапы проектирования электрического двигателя: расчет параметров якоря и магнитной системы машины постоянного тока, щеточно-коллекторного узла и обмотки добавочного полюса. Определение потери мощности, вентиляционных и тепловых характеристик.
курсовая работа [411,3 K], добавлен 11.06.2011Конструкция двигателя постоянного тока. Сердечник главных плюсов, тип и шаг обмотки якоря. Количество витков обмотки, коллекторных пластин, пазов. Характеристика намагничивания двигателя. Масса проводов обмотки якоря и основные динамические показатели.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.05.2012
