Расчет электродвигателя

Расчет электродвигателя

| |

|СОДЕРЖАНИЕ |

| |

| |

| |

|ЛИСТ |

| |

| |

| |

|Введение |

|3 |

|Исходные данные |

|4 |

|1. Главные размеры двигателя |

|5 |

|2. Дополнительные размеры |

|6 |

|3. Обмотка якоря |

|8 |

|4. Пазы якоря полузакрытые, овальные |

|9 |

|5. Размеры секции и сопротивление обмотки якоря |

|11 |

|6. Расчет магнитной цепи |

|12 |

|7. Обмотка вобуждения |

|15 |

|8. Обмотка добавочных полюсов |

|17 |

|9. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов 18 |

|10. Щетки и коллектор |

|21 |

|11. Расчет коммутации |

|22 |

|12. Потери и КПД |

|23 |

|13. Рабочие характеристики двигателя |

|26 |

|14. Тепловой расчет |

|27 |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| |

| | | | | | |

| | | | | | К 558. 180111. 000 |

|Изм|Лист |№ Документа |Пдпись|Дата| |

|Разработал|Семушина | | | Электрические |Литера|Лист |Листов |

|Проверил |Амос | | | машины |у| | | 2 |28 |

| | | | | | |

|Н. Контр. | | | | | СПЭТК |

| | | | | | |

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.

РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Исходные данные:

номинальная мощность Pном=3 кВт;

номинальное напряжение сети Uном=220 В;

номинальная частота вращения nном=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 nmax=2200 об/мин;

класс нагревостойкости изоляции F;

режим работы - продолжительный.

1. Главные размеры двигателя

1.1. Предварительное значение КПД при номинальной нагрузке

h’ном = 0,755

1.2. Расчетная мощность двигателя

Pi = kд / Pном = 1,07 / 3 = 2,8 кВт,

где kд = 1,07.

1.3. Наружный диаметр якоря и число главных полюсов

D2 = 112 мм; 2p = 4.

1.4. Предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия при

2p = 4 и D2 = 112 мм a’i =0,65.

1.5. Предварительное значение максимальной магнитной индукции в

воздушном зазоре

B’d = 0,58 Тл.

1.6. Предварительное значение линейной нагрузки

А’2 = 210 102 А/м.

1.7. Расчетная длина сердечника якоря

6,1 1012 Pi 6,1 1012 2,8

li = _________________________________ =

__________________________________________ = 114 мм.

k’в k’об a’i nном D22 B’d A’2 1 1 0,65 1500 1122 0,58 210 102

1.8. Коэффициент длины сердечника якоря

l = li / D2 = 114 / 112 = 1,02,

что находится в пределах рекомендуемых значений.

1.9. Внутренний диаметр сердечника якоря

D2вн = 0,31 D2 = 0,31 112 = 39,2.

2. Дополнительные размеры

2.1. В соответствии с таблицей принимаем: марка электротехнической

стали сердечника якоря - 2013; форма пазов на якоре - полузакрытые

овальные (см.рис. 1); тип обмотки якоря - всыпная.

Рис. 1.

2.2. В соответствии с таблицей предусматриваем в сердечнике якоря

аксиальные вентиляционные каналы в один ряд,

число каналов nк2 = 0,

диаметр одного канала dк2 = 0.

2.3. Конструктивная длина сердечника якоря

l2 = li = 114 мм.

2.4. Воздушный зазор эксцентричный. По рисунку принимаем

d = 0,9 мм,

тогда

dmax = 0,9 / 1,5 = 0,6 мм;

dmin = 0,9 2 = 1,8 мм.

2.5. Длина сердечника главного полюса

lm = l2 = 114 мм.

2.6. Предварительное значение высоты главного полюса

hm = 40 мм.

2.7. Полюсное деление

t = p D2 / 2p = 3,14 112 / 4 = 88 мм.

2.8. Магнитная индукция в сердечнике главного полюса

Bm = 1,65 Тл.

2.9. Ширина сердечника главного полюса

B ’d a’i t s’ 0,58 0,65 88 1,2

bm = _______________ = _______________________ = 24 мм.

k’c1 Bm

0,98 1,65

2.10. Ширина выступа полюсного наконечника главного полюса

bmн = 0,10 bm = 1,10 24 ~ 2 мм.

2.11. Высота полюсного наконечника в основании выступа

B ’d 0,58

hm = ___________ (bp - bm)= _________________ (57 - 24)= 7 мм,

1,67 Bm 1,67 1,65

где длина полюсного наконечника

bp = a’i t = 0,65 88 = 57 мм.

2.12. Сердечники главных и добавочных полюсов изготавливаем из

электротехнической стали марки 3411 толщиной 1 мм (kc = 0,98).

2.13. Длина сердечника добавочного полюса

lд = l2 = 114 мм.

2.14. Ширина сердечника добавочного полюса

bд = 20 мм.

Число добавочных полюсов

2pд = 4.

2.15. Воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом

dд = 3 мм.

2.16. Длина станины

lc1 = l2 + kl t = 114 + 0,65 88 = 171 мм,

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

2.17. Толщина станины

B’d a’i t s ’ l2 0,58 0,65

88 1,2 114

hc1 = ___________________ = ___________________________ ~ 10,3 мм,

2 Bc1 lc1 2

1,28 171

где Bc1 = 1,28 Тл.

2.18. Внутренний диаметр станины

D1вн = D2 + 2dmin + 2hm + 2d = 112 + 2 0,6 + 2 40 + 2 0,9 = 195 мм.

2.19. Наружный диаметр станины

D1 = D1вн + 2hc1 = 195 + 2 10,3 = 215,6 мм.

3. Обмотка якоря

3.1. Номинальный ток якоря

Pном 103 3

103

I2ном = _______________ (1 - ki) = ______________ (1 - 0,1) = 16 А,

h’ном Uном

0,755 220

Так как I2ном < 700 А, то в соответствии с таблицей принимаем

простую волновую обмотку якоря 2а2 = 2.

3.2. Принимаем зубцовое деление

t2 = 15 мм.

3.3. Число пазов якоря

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

что удовлетворяет требованиям таблицы.

3.4. Число эффективных проводников в обмотке якоря

N2 = A’2 p D2 2а2 / I’2ном 103 = 210 102 3,14 112 2 / 16 103 = 923.

Принимаем

N2 =920,

тогда

N2 / z2 = 920 / 23 = 40.

3.5. Диаметр коллектора

Dк = 0,80 D2 = 0,80 112 = 90 мм,

что соответствует стандартному значению Dк .

Максимальная окружная скорость на коллекторе

vmax = p Dк nmax / 60 103 = 3,14 78 1500 / 60 103 = 7 м/с,

что не превышает допускаемого значения 40 м/с.

3.6. Составляем таблицу вариантов.

Так как напряжение Uк не должно превышать 16 В, принимаем

| № | Uп | K=Uп z2 | Dк, мм | tк , мм | | Uк ,В|

|Варианта | | | | |N2 | |

| | | | | |Wc2= _____| |

| | | | | | | |

| | | | | |2K | |

| | 5 | 115 | 90 | 3,0 | 4 | 7,6|

3.7. Шаги обмотки якоря:

первый частичный шаг по якорю

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

шаг обмотки по коллектору

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

шаг обмотки по реальным пазам

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

3.8. Уточненное значение линейной нагрузки

N2 I2ном

920 16

A2 = ________________ = ____________________ = 209 10 2 А/м

2а2 p D2 10-3 2 3,14 112 10-3

где

N2 = 2Uп z2 wc2 = 2 5 23 4 = 920.

4. Пазы якоря полузакрытые овальные

4.1. Частота перемагничивания якоря

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

4.2. Ширина зубца якоря в его основании

bz2min = B ’d t2 / kc2 B ’z2max = 15 0,58 / 0,95 2,3 = 3,98 мм,

где

Bz2max = 2,3 Тл.

4.3. Высота зубца якоря

hz2 = 21 мм.

4.4. Высота спинки якоря

D2 - D2вн

(112 - 39)

hc2 = _____________ - hz2 = _______________ - 21= 15,5 мм.

2

2

4.5. Магнитная индукция в спинке якоря

B’d a’i t

0,58 0,65 88

Bс2 = _________________________ = _________________________________

= 0,78 Тл.

2kc2 (hc2 - __ dк2) 2 0,95

(15,5 - __ 0)

4.6. Ширина паза

p (A2 - 2 hz2) 3,14 (112 -

2 19)

bп2 = __________________ - bz2min = ____________________ - 3,86 =

6,24 мм.

z2

23

4.7. Диаметр меньшей окружности паза

p (D2 - 2hz2) - z2 bz2 3,14

(112 - 2 0,8) - 23 3,98

dп2 = _____________________________ =

____________________________________________ = 5,46 мм.

z2 - p

23 - 3,14

4.8. Диаметр большой окружности паза

p (D2 - 2hш2) - z2 bz2 3,14 (112 - 2 0,8)

- 23 3,98

d’п2 = _________________________ =

_________________________________________ = 9,76 мм,

z2 + p

23 + 3,14

Расстояние между центрами окружностей

hп2 = hz2 - hш2 - 0,5 (d’п2 + dп2) = 21 - 0,8 - 0,5 (9,76 + 5,46) =

12,6 мм.

4.9. Площадь паза в свету

Sп2 = (p / 8)[(d’п2 - bпр)2 + (dп2 - bпр)2] + 0,5 (d’п2 + dп2 -

2bпр) hп2 =

(3,14 / 8) [(9,76 - 0,1)2 + (5,46 -0,1)2]+ 0,5(9,76 + 5,46 - 2 0,1)

12,6 = 142 мм2,

где bпр = 0,1 припуск на сборку сердечника якоря по ширине паза.

4.10. Площадь паза, занимаемая обмоткой

Sоб = Sп2 - Sи - (Sкл + Sпр) = 142 - 17,2 - 8,19 = 116,6 мм2,

где Sи - площадь, занимаемая корпусной изоляцией, мм2

Sи ~ 0,5 bи (p d’п2 + p dп2 + 4hп2) = 0,5 0,35 (3,14 9,76 + 3,14

5,46 + 4 12,6) = =17,2 мм2,

Sкл + Sпр ~ 1,5 dп2 = 1,5 5,46 = 8,19 мм2.

4.11. Предварительное значение диаметра изолированного обмоточного

провода круглого сечения

d’из = Kз2 Sоб z2 / N2 = 0,70 142 23 / 920 = 1,58 мм.

Уточненное значение коэффициента заполнения паза якоря при стандартном

диаметре изолированного провода

Kз2 = N2 d2из / Sоб z2 = 920 (158)2 / 142 23 = 0,70

4.12. Допустима плотность тока

доп = (A2 доп) 10-6 / A2 = 1,1 1011 10-6 / 209 102 = 5,3 A/мм2,

при

D2 = 112 мм,

принимаем

A2 доп = 1,1 1011 А2/ мм3.

4.13. Плотность тока в обмотке якоря

2 = I2ном / 2a2 nэл q2эл = 16 / 2 1 1,767 = 4,53 А/мм2,

что не превышает допустимое значение плотности тока.

Конструкция изоляция пазовых и лобовых частей обмотки якоря при

напряжении, не превышающем 600 В.

5. Размеры секции и сопротивление обмотки якоря

5.1. Среднее значение зубцового деления якоря

tср2 = p (D2 - hz2) / z2 = 3,14 (112 - 21) / 23 = 12,4 мм.

5.2. Средняя ширина секции обмотки якоря

bс,ср = tср2 yz = 12,4 6 = 74 мм.

5.3. Средняя длина одной лобовой части обмотки

bс,ср

74

bл2 = __________________________ - hz2 + 40 =

____________________________ - 21 + 40 = 285мм

1 - [( bп2 + 3,5) / t2]2 1 - [( 6,24

+ 3,5) / 15]2

5.4. Средняя длина витка обмотки

lср2 = 2 (l2 + lл2) = 2 (114 + 285) = 798 мм.

5.5. Вылет лобовой части обмотки якоря

bс,ср (bп2 + 3,5) hz2

74 (6,24 + 3,5)

lв2 = _______ ___________________________ + _____ + 20 = ________

____________________________ +

2 1 + [( bп2 + 3,5) / t2]2 2

2 1 - [( 6,24 + 3,5) / 15]2

21

+ _______ + 20 = 51 мм.

2

5.6. Активное сопротивление обмотки якоря

rcu N2 lср2 103 24,4 10-9 920 798 103

r2 = ____________________ = ___________________________ = 1,26 Ом.

2(2a2)2 nэл q2эл 2 (2)2 1 1,767

6. Расчет магнитной цепи

6.1. Предварительное значение ЭДС двигателя при номинальной нагрузке

Е’2ном = 0,5 Uном (1 + h’ном ) = 0,5 220 (1 + 0,755) = 193 В.

6.2. Полезный магнитный поток

60а2 Е2ном 60 1 193

Ф = _________________ = ______________________ = 0,0042 Вб.

p N2 nном 2 920 1500

6.3. Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре

Ф 106 0,0042 106

Bd = ____________ = ________________ = 0,64 Тл.

a’i t li 0,65 88

114

6.4. Коэффициента воздушного зазора

kd = kd2 kб = 1,32 1,24 = 1,64

bп2

6,24

kd2 = 1 + ___________________________ = 1 +

_________________________________ = 1,32

t2 - bп2 + 5d t2 / bп2 15 -

6,24 + 5 0,9 15 / 6,24

nб lб hб

0,25 147 3

kd2 = 1 + ___________________________ = 1 +

_________________________________ = 1,33

l2 (d + hб) - nб lб hб 114

(0,9 + 3) - 0,25 147 3

где

nь lь = 0,25 l2 ; hб = 3 мм.

6.5. Магнитное напряжение воздушного зазора

Fd = 0,8 Bd d kd 103 = 0,8 0,5 0.9 1,3 103 = 478,8 A.

6.6. Магнитная индукция в наименованием сечением зубца

Bzmax = Bd t2 / kc2 bz2min = 0,34 15 / 0,95 3,98 = 2,54 Тл,

где

bz2min = 3,98.

6.7. Ширина зубца в его наибольшем расчетном сечении

bz2max = t2 - bп2 = 15 - 6,24 = 8,76 мм.

6.8. Ширина зубца в его среднем расчетном сечении

bz2ср = 0,5 (bz2min - bz2max ) = 0,5 (3,98 + 8,76) = 6,31 мм.

6.9. Магнитная индукция в расчетных сечениях зубца:

в наименьшем

Bz2max = 1,98 Тл;

в наибольшем

Bz2min = Bd t2 / kc2 bz2max = 0,64 15 / 0,95 8,76 = 1,15 Тл,

в среднем

Bz2ср = Bd t2 / kc2 bz2ср = 0,64 15 / 0,95 6б31 = 1,60 Тл,

6.10. Коэффициент для определения напряженности магнитного поля в

наименьшем сечении зубца

kп2max = t2 / kc2 bz2min = 15 / 0,95 3,98 = 3,96.

6.11. Напряженность поля при

Bz2max = 1,94 Тл

для стали марки 2013

Hz2max = 1 104 А/м .

6.12. Напряженность поля при

Bz2min = 0,9 Тл

Bz2ср = 1,25 Тл

Hz2min = 190 А/м

Hz2ср = 430 А/м

6.13. Расчетное значение напряженности поля в зубце

Hz2 = (Hz2max +4Hz2ср + Hz2min) / 6= (1 104 + 4 430 + 190) / 6 = 320

103 А/м

6.14. Магнитное напряжение зубцового слоя якоря

Fz2 = Hz2 hz2 10-3 = 320 103 21 10-3 = 6720 А.

Страницы: 1, 2