Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Завдання
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
2. МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ УНІВЕРСАЛЬНИХ КОЛЕКТОРНИХ ДВИГУНІВ
2.1. Завдання на проектування
Тип двигуна
Споживана потужність P1, Вт;
Напруга мережі змінного струму
Напруга мережі постійного струму
Частота мережі f1, Гц ;
Швидкість обертання n, об/хв;
Режим роботи
Виконання двигуна
2.2. Основні розміри електродвигуна
2.2.1. Розрахункова потужність електродвигуна
, Вт.
де = Вт — попереднє значення номінальної потужності; ( = — к.к.д. двигуна, який вибирається за відповідними кривими, наведеними в [1].
2.2.2. Струм і е.р.с. якоря при навантаженні
, А;
, В,
де — номінальна напруга двигуна згідно з завданням;
( — попередньо вибираємо згідно з відповідними кривими [1];
— коефіцієнт потужності, який попередньо вибирається з [1] в залежності від коефіцієнта трансформації k між обмотками збудження і якоря, кількості полюсів 2p і відношення f1/ f2.
2.2.3. Машинна стала
,
де - амплітудне значення індукції в повітряному проміжку під полюсом при роботі двигуна від мережі змінного струму, яке вибирається з [1];
- лінійне навантаження якоря;
(=0,60—0,70.
2.2.4. Діаметр і розрахункова довжина якоря
Відношення довжини пакету якоря до діаметра або внутрішнього діаметра полюсів звичайно знаходиться в межах
.
Внутрішній діаметр полюсів і розрахункова довжина пакету якоря:
, см;
, см.
Розрахункові значення внутрішнього діаметра полюсів і довжини пакету якоря заокруглюються до найближчих стандартних значень згідно ДеСТ; при цьому остаточно діаметр якоря
, см,
де ( — довжина повітряного проміжку між полюсами і якорем.
2.2.5. Колова швидкість якоря
, м/с.
2.2.6. Полюсний крок і розрахункова полюсна дуга
= см; , см.
2.2.7.Частота перемагнічення сталі якоря
, Гц.
2.3. Якір двигуна
2.3.1.Обмотка якоря
У двохполюсних електродвигунах використовують просту петлеву обмотку.
Корисне магнітне поле полюса в повітряному проміжку при навантаженні машини розраховується за формулою:
, Вб.
Кількість провідників обмотки якоря
,
де a=1.
2.3.2.Кількість пазів якоря
.
Найменша кількість колекторних пластин знаходиться з умови
.
Заокруглена до найближчого цілого числа, кратного кількості пазів якоря
.
Кількість витків в секції обмотки якоря .
Кількість провідників в пазу якоря:
.
2.3.3.Кроки обмотки якоря по секціях і колектору
Для простої петлевої обмотки якоря
;
;
;
.
Крок обмотки по пазах
,
де ( — нуль або правильний дріб, за якого або - ціле число.
2.3.4. Лінійне навантаження якоря
Уточнене значення , A/см,
де підраховано вище;
— остаточне значення кількості провідників.
Отримана тут величина не повинна відрізнятися від попередньо прийнятої більш ніж на (5-10% (у нашому випадку - на %).
2.3.5. Розміри зубців, пазів і провідників обмотки якоря
2.3.5.1.Тип пазів та марка провідників обмотки якоря
Використовуємо напівзакриті пази якоря, овальної форми. Обмотка якоря виконується переважно з круглого мідного обмоткового дроту з ізоляцією марок ПЕВ-2, ПЕТВ, ПЕТВ-F, а іноді марки ПБД.
Рис.2.1. Паз якоря
2.3.5.2. Попередня густина струму в обмотці якоря
, А/мм.
Тут питоме теплове навантаження якоря q визначається в залежності від режиму роботи машини. Відхилення від середнього значення допустимої густини струму при ос таточному виборі перерізу проводу обмотки якоря можуть складати .
Обертовий момент
, Н см,
де і — номінальні значення потужності і швидкості обертання двигуна з завдання.
2.3.5.3. Перетин і діаметр дроту обмотки якоря
Попередньо перетин провідника
, мм,
Діаметр і перетин дроту остаточно вибираються згідно з ДеСТ:
d1/d1і , мм/мм.
2.3.5.4. Остаточна густина струму в провіднику якоря
, А/мм.
2.3.5.5. Площа перетину паза якоря
Площа, зайнята ізольованими провідниками визначається за фор мулою , ммде =0,70,74 — технологічний коефіцієнт, що враховує нещільність вкладання провідників в пази.
Площа, яку займає пазова ізоляція - , мм, де =0,11,0 мм— товщина пазової ізоляції з кабельного паперу, лакованої тканини або електрокартону, яка вибирається залежно вад напруги машини:
=0,200,50 мм при напрузі 110—220 В.
Периметр паза - , а площа, яку займає клин , мм, де можна прийняти ширину клина по дузі кола =36 мм і висоту його =0,51,0 мм.
Загальна необхідна площа паза якоря - , мм.
2.3.5.7. Коефіцієнт заповнення паза
,
де — площа поперечного перетину паза з ізоляцією, мм;
Величина коефіцієнта повинна бути в межах 0,270,350,48 у залежності від типу намотки - ручної чи механізованої.
2.3.5.8. Розмір паза і зубців якоря
За трапецевидної форми паза з однаковою товщиною зубця по його висоті (рис.2.1) для визначення ширини і висоти паза зручніше спочатку вибрати мінімальну товщину зубця , виходячи з макимальної індукції в ньому. При цьому з умов механічної міцності товщина зубця не повинна бути меншою 1 мм.
При виборі слід мати на увазі необхідну висоту осердя якоря в відношенні допустимої індукції і механічної міцності. Згідно досвіду побудованих машин малої потужності, висота паза якоря складає:
Зубцеві кроки по вершинах, серединах і основах зубців якоря: ; ; .
Розміри зубця при трапецевидному пазі (рис.2.1) ;
Перевірка максимальної індукції в мінімальному перерізі зубця: , Тл, де 0,93 - коефіцієнт, який враховує лакову ізоляцію між листами якоря. Максимальна індукція в зубцях якоря малих електродвигу нів 1,3—1,5 Тл — при довготривалому режимі роботи і 1,5—1,7 — при короткочасному. Часом допускають перевищення цих значень.
2.3.5.9. Середня довжина одного провідника якоря
, см;
2.3.5.10. Опір обмотки якоря в нагрітому стані
, Ом,
де — коефіцієнт, який враховує збільшення опору обмотки при її нагріві від 20 до (С.
2.3.5.11.Спад напруги в обмотці навантаженого якоря
, В.
Спад напруги в обмотці якоря електродвигунів малої потуж ності має становити приблизно 7-20( номінальної напруги машини в залежності від величини самої напруги і режиму роботи машини. Менші значення спади напруги відносяться до машин довготривалого режиму роботи і напругою 110 В та вище.
2.3.6. Колектор щіткотримачі і щітки
Конструкції колектора і щіткотримачів, їх розрахунок аналогічні як і для двигунів постійного струму.
2.3.6.1.Попередній діаметр колектора
Діаметр колектора попередньо вибирається з співвідношення
, см.
2.3.6.2. Ширина колекторної пластини
Колекторна поділка
, мм.
В машинах малої потужності ширина колекторної пластини, як правило см.
Товщина міканітової або пластмасової ізоляції між колекторними пластинами =0,4—0,8 мм при напрузі 220 В.
Після вибору і остаточно колекторна поділка
, см.
2.3.6.3. Діаметр колектора і його кутова швидкість
Діаметр колектора остаточно
, см.
Кутова швидкість колектора
, м/с.
Кутова швидкість колектора повинна скласти 0,5—0,9 величини кутової швидкості якоря.
2.3.6.4. Марки щіток і густина струму під щітками
В низковольтних електродвигунах малої потужності використову ють переважно мідно-графітні щітки марок М-1, М-6 і МГ. В високовольтних електродвигунах (110-220В) використовують також і інші марки щіток, наприклад графітні марок Г-3 і Г-8 і електрографітовані марок ЕГ-8 і ЕГ-14.
2.3.6.5. Площа перетину щітки і її розміри
, см.
2.3.6.5.Розміри щітки
, мм,
де ; , при цьому — довжина щітки по осі колектора; — ширина щітки по дузі кола колектора.
Висота щітки
, см.
2.3.6.6. Остаточна густина струму під щітками
, А/см
2.3.6.7. Довжина колектора
Активна довжина колектора по осі вала
, см.
Повна довжина колектора по осі вала, см
, см.
2.3.6.8.Перевірка комутації
За відсутності додаткових полюсів в машині з щітками на геометричній нейтралі процес комутації струму в короткозамкнених секціях якоря є повільнішим через наявність в них реактивної е.р.с. і е.р.с. поля якоря . Обидві ці е.р.с. сумуються і викликають в колі короткозамкненої секції додатковий струм, який спичиняє ріст густини струму на збігаючому краї щітки. Для зменшення іскріння під щітками величина е.р.с. в секції не повинна перевищувати певного значення. Однак комутація струму в секції може також погіршитись внаслідок впливу поля полюсів, якщо ширина комутаційної зони буде близька відстані між краями наконечників двох сусідніх полюсів.
Ширина комутаційної зони
, см,
де — кількість секційних сторін в одному шарі паза;
;
;
a=1.
Для сприятливої комутації повинна дотримуватись умова .
Питома магнітна провідність для полів розсіяння обмотки якоря при трапецевидних пазах наближено визначається за формулою:
, Вб/(Асм),
де при 2p=2.
Середнє значення реактивної е.р.с. в короткозамкненій секції якоря
, В.
Е.р.с. поля якоря:
, В.
Також в комутуючій секції індукується трансформаторна е.р.с., внаслідок пульсації головного поля полюсів.
Трансформаторна е.р.с. одної секції обмотки якоря
, В,
де береться з завдання.
Середнє значення результуючої е.р.с. в к.з. секції якоря
, В.
2.4.Розрахунок магнітної системи машини
Магнітна система двигуна виконується в вигляді шихтованої станини разом з полюсами.
Розхід міді на обмотку збудження за шихтованої станини є дещо більшим, ніж за окремих полюсів внаслідок збільшення середньої довжини витка котушки. Шихтована станина і полюси штампуються з листової електротехнічної сталі.
Котушки обмотки збудження виготовляються попередньо на шаблоні і потім вкладаються на полюси при складанні машини.
2.4.1. Довжина повітряного проміжку під полюсом
, см.
2.4.2. Висота осердя якоря
, см,
де діаметр вала з можна прийняти , см.
Перевірка індукції в осерді якоря - , Тл,
де 0,93- коефіцієнт, що враховує лакову ізоляцію між листами пакету якоря.
Максимальна індукція в осерді якоря Bc2 допускається до 1,3—1,5 Тл.
2.4.3. Розміри полюса
Осьова довжина полюса , см.
Висота осердя полюса попередньо прийнята
, см.
Остаточно висота полюса уточнюється при розміщенні обмотки збудження на полюсі. Поперечний переріз осердя полюса
, см2.
Ширина осердя полюса , см, де =1,08—1,12— коефіцієнт магнітного розсіяння для малих машин; k2=0.95— коефіцієнт заповнення перетину полюса сталлю.
2.4.4.Розміри станини
Поперечний перетин станини
, см2,
де індукція в станині Bc1 в машинах з довготривалим режимом роботи приймається в межах 1,0—1,5 Тл, а в машинах з короткочасним режимом роботи ця межа може бути підвищена до 1,6 Тл.
Осьова довжина станини , см.
Висота станини
, см, де k2=0.95.
2.4.6. М.р.с. для повітряного проміжку
Коефіцієнт повітряного проміжку
.
М.р.с. для повітряного проміжку визначаємо, як , А.
2.4.7. М.р.с. для зубців якоря
В випадку трапецеподібних пазів з однаковою товщиною зубця по висоті визначається тільки одне значення індукції
, Тл.
М.р.с. для зубців якоря
.
2.4.8. М.р.с. для осердя якоря
Індукція в осерді якоря
, Тл.
М.р.с. для осердя якоря
, А.
2.4.9. М.р.с. для осердя полюса
Індукція в осерді полюса
, Тл.
М.р.с. в осерді полюса
, А.
2.4.10. М.р.с. для станини
Індукція в станині
, Тл.
М.р.с. для станини
, А.
2.4.11.М.р.с. для повітряного проміжку в стиках між станиною і
полюсами
Індукція у проміжку стику
, T.
М.Р.С. для повітряного проміжку у стику
,
де довжина еквівалентного повітряного проміжку у місці стику при відшліфованих поверхнях дотику станини і полюса може бути у середньому прийнята:
см.
2.4.12. Характеристика неробочого ходу машини
Характеристика неробочого ходу машини – залежність Е.Р.С. якоря від струму або М.Р.С. збудження при постійній швидкості обертання і струмі якоря, який дорівнює нулю.
Для кожної ділянки магнітної системи машини по відповідним значенням індукції і кривим намагнічування визначаються питомі М.Р.С. Після цього виконується множення питомих М.Р.С, на середні довжини відповідних ділянок. Додавання цих множників дає загальну М.Р.С. збудження на пару полюсів:
Після цього будується характеристика неробочого ходу
2.4.13.М.р.с. реакції якоря
Реакція якоря впливає на робочі властивості машини і може виявлятися як поперечна складова м. р. с. якоря Fq, поздовжня складова F( і поздовжня м. р. с. додаткових комутаційних струмів короткозамкнених секцій обмотки якоря при прискореній або уповільненій комутації струму в них Fk. Поперечна м. р. с. якоря завжди послаблює поле полюсів, поздовжня м.р.с. у малих двигунах звичайно підсилює, а у генераторів по слаблює поле, тому сумарна м.р.с. для двигуна
FR=Fq- F(-Fk .
Поперечна складова м.р.с. якоря Fq визначається з перехідної характеристики машини .
Визначення Fq показане на рис.2.3., де прямокутник abdc з основою b0A2 переміщується вправо так, щоб площі заштрихованих криволінійних трикутників були рівні, тоді шукана поперечна м. р. с. якоря Fq=2mn.
Рис.2.3 Визначення реакції якоря з перехідної характеристики машини
2.4.14.Повна м.р.с. Збудження машини на пару полюсів
Для електродвигунів послідовного збудження повна м.р.с. збудження визначається як сума
, А.
Е.р.с. якоря двигуна , В.
Використовуючи величину е.р.с. якоря двигуна і характеристику холо стого ходу, визна чається результуюча м.р.с. і повну м.р.с. збудження , А.
2.5. Обмотка збудження універсальних колекторних двигунів
2.5.1.Розрахунок обмотки збудження змінного струму
Кількість витків обмотки на один полюс
Кількість витків обмотки на полюс визначається за кількістю провідників обмотки якоря і за величиною коефіцієнта трансформації k, прийнятого при попередньому виборі двигуна:
.
Перетин і діаметр дроту обмотки збудження
Попередньо перетин дроту , мм2,
Згідно з ДеСТ остаточно вибираються найближче значення перетину і діаметру дроту:
Dz/dzi , мм/мм;
, мм2.
Опір обмотки збудження в нагрітому стані
, Ом,
де — середня довжина витка обмотки збудження, см, визначається з ескізу розміщення обмотки на полюсі.
Активний спад напруги в обмотці збудження
, В,
Необхідна площа вікна для розміщення обмотки збудження на полюсі
, мм2,
де =0,820,88— коефіцієнт, який враховує можливі неточності намотки рядів дроту в котушці.
Фактична площа вікна з врахуванням місця для додаткової обмотки постійного струму
, мм2.
Активний спад напруги у машині при роботі від мережі змінного струму
В.
Індуктивний спад напруги розсіяння у обмотці якоря при роботі від мережі змінного струму
В.
Індуктивний спад напруги розсіяння у обмотці збудження
В,
де - коефіцієнт зчеплення поля розсіяння з обмоткою збудження.
Індуктивний спад напруги розсіяння у машині
В.
Е.Р.С. самоіндукції у обмотці якоря від пульсації поперечного поля якоря
В.
Е.Р.С. самоіндукції у обмотці збудження від пульсації головного поля полюса
В.
Активна складова напруги
Індуктивна складова напруги
.
Напруга на затискачах двигуна
.
Коефіцієнт потужності двигуна при навантаженні
.
2.5.2. Розрахунок додаткової обмотки збудження постійного струму
Струм і Е.Р.С. якоря при роботі двигуна від мережі постійного струму
, А;
, В.
Корисне поле полюса у повітряному проміжку при роботі двигуна від мережі постійного струму
, Вб.
Повна М.Р.С. збудження постійного струму, яка припадає на пару полюсів
.
Загальне число витків обмотки збудження на полюс при роботі двигуна від мережі постійного струму
Число витків додаткової обмотки збудження на один полюс
.
Переріз і діаметр додаткової обмотки збудження
Попередньо
, мм2,
де - з кривих допустимих густин струму у обмотці збудження у залежності від обертового моменту при різних режимах роботи.
По ГОСТ вибирають найближчі переріз і діаметр провідника
, мм2;
, мм/мм.
Опір додаткової обмотки збудження у нагрітому стані при 750 С
, Ом,
де - середня довжина витка обмотки збудження, см.
Спад напруги у обох обмотках збудження при роботі двигуна від мережі постійного струму
, В.
Перевірка Е.Р.С. якоря при роботі двигуна від мережі змінного струму
, В.
Необхідна площа вікна для розміщення додаткової обмотки збудження
, мм2,
де .
2.6. Втрати та коефіцієнт корисної дії універсальних
колекторних двигунів
2.6.1.Втрати в обмотках якоря і збудження
Втрати в обмотці якоря
, Вт.
Втрати в послідовній обмотці збудження
, Вт.
2.6.2.Перехідні втрати в контактах щіток і колектора
, Вт.
2.6.3.Маса сталі станини, полюсів, осердя і зубців якоря
Маса станини
, кг;
маса полюсів
, кг;
маса осердя якоря
, кг;
маса зубців якоря
, кг.
2.6.4.Магнітні втрати на гістерезис і вихрові струми в сталі станини, полюсів і якоря двигуна
Втрати в сталі станини
, Вт;
втрати в сталі полюсів
, Вт;
втрати в сталі осердя якоря
, Вт;
втрати в сталі зубців
, Вт;
Повні магнітні втрати в сталі двигуна при його роботі від мережі змінного струму визначаються , Вт.
Питомі втрати в сталі для станини, полюсів, якоря та зубців
, Вт/кг;
, Вт/кг;
, Вт/кг.
При цьому береться з завдання.
2.6.5. Коефіцієнт корисної дії універсального
колекторного двигуна
К.к.д. двигуна при роботі від мережі змінного струму
.
К.к.д. двигуна при роботі від мережі постійного струму
.
2.7. Тепловий розрахунок колекторних машин малої потужності
2.7.1. Загальні зауваження
В машинах малої потужності незалежно від їх типу всі втрати енергії перетворюються в тепло, яке нагріває окремі її частини і розсіюються з її поверхні в оточуюче середовище. При усталеному значенні перевищення температури машини над температурою оточуючого середовища все тепло, яке виникає, повністю розсіюється з її поверхні в це середовище. Температура машини є найважливішим фактором, який обмежує її потужність при даних розмірах і типі ізоляції обмоток.
Максимально допустима температура нагріву машини визначається нормами в залежності від класу ізоляції обмоток.
2.7.2. Перевищення температури якоря
Питомі втрати в обмотці, сталі якоря і тертя його до повітря на 1 см довжини одного паза відповідно виражаються:
;
;
, Вт/см,
де — струм якоря машини, А;
— довжина пакету якоря, см;
— кількість пазів якоря;
— середня довжина провідника обмотки якоря, см;
— опір обмотки якоря, Ом;
— втрати в сталі якоря, Вт;
— втрати на тертя якоря до повітря, Вт.
Середнє перевищення температури обмотки якоря над температурою оточуючого середовища .
Оскільки все тепло, яке виділяється в обмотці якоря, передається через пазову ізоляцію сталі якоря, то сумарні питомі втрати якоря практично знімаються повітрям з зовнішньої поверхні його зубців і дуже мало передаються через вал.
Середнє перевищення температури обмотки якоря над температурою оточуючого середовища при усталеному режимі буде
, (С,
де — ширина вершини зубця якоря, см;
— результую чий коефіціент тепловіддачі зовнішньої поверхні якоря;
— кутова швид кість обертання якоря, м/с;
— коефіціент теплопровідності міжвиткової ізоляції проводів в пазу і пазовій ізоляції, який в розглядуваних машинах малої потужності можна в середньому прийняти рівним Вт/(см2 град); П— периметр паза, см. ;
— загальна товщина ізоляції від міді до стінки паза, см.
— товщина пазової ізоляції плюс ізоляція одної сторони провідника, см;
— еквівалентна міжвиткова ізоляція провідників в пазу, см; для круглих провідників складає: , при цьому — кількість ізольованих провідників в ряду по середній ширині паза;
; і — діаметри голого і ізольованого провідників обмотки якоря.
2.7.3. Перевищення температури колектора
Повні втрати в колекторі , Вт.
Поверхня охолодження колектора , см2, де — діаметр колектора, см;
— довжина колектора, см;
— перехідні втрати в контактах щіток і колектора, Вт;
— втрати на тертя щіток по колектору.
Середнє перевищення температури колектора над температурою оточуючого середовища при усталеному режимі
, (С,
де (к - кутова швидкість колектора, м/с;
(к - коефіціент тепловіддачі поверхні колектора
Вт/(см2 град).
2.7.4. Перевищення температури обмотки збудження
Втрати в одній котушці обмотки збудження , Вт, де — втрати в обмотці збудження, Вт.
Поверхні охолодження одної котушки
— зовнішня поверхня по висоті котушки, яка стикається з повітрям, см2;
— поверхня доторкання котушки з внутрішньою поверхнею станини і полюсного наконечника, см2;
— зовнішня поверхня по ширині котушки, яка доторкається з повітрям поза полюсним наконечником, см2;
—поверхня доторкання котушки з осердям полюса, м2.
Тут і — ширина і довжина осердя полюса, см;
і — ширина і висота котушки в відповідності з її конструкцією, см.
Внаслідок значного повітряного проміжку між поверхнею осердя полюса і внутрішньою поверхнею котушки S4 через нещільне притискання її до осердя, коефіціент теплопровідності (4 від міді до сталі осердя через цю поверхню буде значно менше, ніж через інші. Цей коефіціент в середньому можна прийняти:
Вт/(см град).
Величина повинна враховувати також і товщину шару повітря між вказаними поверхнями осердя і котушки.
При розрахунку перевищення температури обмотки збудження в даному двигуні необхідно враховувати втрати в сталі станини і полюсів: .
Тоді перевищення температури обмотки збудження
, (С,
де .
При цьому і - це площі внутрішньої і зовнішньої поверхонь корпуса, які визначаються аналогічно як і розглянуті вище.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора