Расчет двигателя постоянного тока

СОДЕРЖАНИЕ
Задание на проект
1. Выбор главных размеров
2. Выбор обмотки якоря
3. Расчет геометрии зубцовой зоны
4. Расчет обмотки якоря
5. Определение размеров магнитной цепи
6. Расчетные сечения магнитной цепи
7. Средние длины магнитных линий
8. Индукция в расчетных сечениях магнитной цепи
9. Магнитные напряжения
10. Расчет параллельной обмотки возбуждения
11. Коллектор и щетки
12. Коммутационные параметры
13. Расчет обмотки добавочных полюсов
14. Потери и КПД
15. Рабочие характеристики
16. Тепловой расчет
17. Вентиляционный расчёт
Литература

Масса стали ярма якоря
=15,99 кг.
Условная масса стали зубцов якоря
=6,63 кг.
Магнитные потери в ярме якоря
15,99*11,26=180 Вт,
где =2,3*1,75*(106/50)*0,995=
=11,26 Вт/кг.
Магнитные потери в зубцах якоря
6,63*40,2=266,5 Вт,
где =2,3*1,75*1,8542*1,88=
=40,2 Вт/кг.
Добавочные потери
440*102,6=451,4 Вт.
Сумма потерь
=768,5+589,5+374+256,5+438+360+180+266,5+451,4=
=3684,4 Вт.
Потребляемая мощность
37000+3684,4=40684,4 Вт.
Коэффициент полезного действия
0,909.
15. Рабочие характеристики
Результаты расчёта характеристик сносим в таблицу 4 и по результатам расчётов строим рабочие характеристики, которые представлены на рисунке 3.
Таблица 4 – Расчёт рабочих характеристик
16. Тепловой расчет
Расчетные сопротивления обмоток
0,073*1,15=0,084 Ом,
где - поправочный коэффициент, с помощью которого приводятся температуры обмоток к предельным допустимым температурам; при классе нагревостойкости В;
=0,056*1,15=0,064 Ом.
=126,9*1,15=145,9 Ом.
Потери в обмотках
102,6*0,084=272,9 Вт;
102,6*0,064=207,9 Вт;
1,7*145,9=421,7 Вт.
Коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности якоря (рис. 11.29, [1]) 110 Вт/(м*°С).
Превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря
Рисунок 3 – Рабочие характеристики
=45,6°С.
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря
1,7°С,
где
3,14*(5,2+3,6)+2*14,4=
=56,4 м;
Вт/(м2*оС);
Вт/(м2*оС).
Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря
18,5°С,
где Вт/(м2(оС) - коэффициент теплоотдачи с лобовых поверхностей обмотки якоря (рис. 11.29, [1]);
- вылет лобовых частей обмотки якоря.
Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря
1,1°С,
=37 м.
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха
34,7°С.
Сумма потерь, отводимых воздухом, охлаждающим внутренний объём двигателя
3684,4-0,1*(421,7+207,9)=
=3621,4 Вт.
Условная поверхность охлаждения двигателя
3,14*350*(215+55,2)=
=0,358 м.
Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя
3621,4/(0,358*1100)=9,2°С,
где 1100 Вт/(м2(оС) (рис.11.32, [1]).
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды
34,7+9,2=43,9°С.
Превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины
45,8°С.
где - внешняя поверхность катушки обмотки возбуждения;
689,3*60=41,4 м (рис.11.35,[1]);
50 Вт/(м2(оС) (рис.11.34, [1]).
Перепад температуры в изоляции катушки
=3,6°С.
Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды
45,8+3,6+9,2=58,6°С.
Превышение температуры наружной поверхности добавочного полюса над температурой воздуха внутри машины
25,1°С.
где 497*72=35,8 м;
52 Вт/(м2(оС) (рис. 11.29, [1]).
Перепад температуры в изоляции катушки добавочного полюса для обмотки прямоугольного провода
1,3°С.
Катушки добавочных полюсов не имеют наружной изоляции .
Среднее превышение температуры обмотки добавочных полюсов над температурой охлаждающей среды
25,1+1,3+9,2=35,6°С.
Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя
65,9°С,
где 3,14*140*109=47,9 м - поверхность охлаждения коллектора;
- коэффициент теплоотдачи поверхности коллектора;
220 Вт/(м2(оС) (рис. 11.31, [1]).
17. Вентиляционный расчёт
Проектируемый двигатель имеет аксиальную вентиляцию, которая обеспечивается встроенным вентилятором центробежного типа.
Необходимое количество охлаждающего воздуха
3684,4/(1100*18,4)=0,182 ,
где 2*9,2=18,4°С.
Принимаем наружный диаметр центробежного вентилятора равным приблизительно
(где - внутренний диаметр станины):
0,9*307=276 м.
Окружная скорость вентилятора (по наружному диаметру)
*276*3150/60=45,5 м/с.
Внутренний диаметр колеса вентилятора
1,25*176=220 м.
Окружная скорость вентилятора (по внутреннему диаметру)
*220*3150/60=36,3 м/с.
Ширина лопаток вентилятора
0,15*276=41 м.
Число лопаток принимаем 14.
Давление вентилятора при холостом ходе
0,6*1,2*(45,5-36,3)=542 Па,
где - аэродинамический КПД вентилятора в режиме холостого хода; .
Максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания
0,42*45,5*32,7=0,625 ,
где *276*41=32,7 м - входное сечение вентилятора.
Аэродинамическое сопротивление Z вентиляционной системы машины (рис. 7.5, [1]) Z=1,4.
Действительный расход воздуха по
=0,441 .
Действительное давление вентилятора
272,21 Па.
Мощность, потребляемая вентилятором
1016,9 Вт.
Уточненные потери мощности на вентиляцию и в подшипниках
438+508,5+1016,9=1963,4 Вт,
где 508,5 Вт, принимается ориентировочно.
Сумма потерь
=768,5+589,5+374+256,5+1963,4+180+266,5+451,4=
=4849,8 Вт.
Номинальный КПД электрической машины, уточненный по результатам вентиляционного расчета
100*37000/(37000+1963,4)=
=88,4%.
По техническим данным спроектированный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ и техническому заданию.
Литература
1. Копылов, И. П. Проектирование электрических машин [Текст] / И. П. Копылов [и др.]. В 2 кн. Под ред. И. П. Копылова. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1993. -384 с.
2. Кацман М. М. Расчет и конструирование электрических машин: Учебное пособие для техникумов [Текст] / М. М. Кацман. – М.: Энергоатомиздат, 1984. -360 с.
3. Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов [Текст] / О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И. С. Свириденко. Под ред. О. Д. Гольдберга. – М.: Высшая школа, 1984. -430 с.
4. Копылов, И. П. Справочник по электрическим машинам [Текст] / И. П. Копылов, Б. К. Клоков. В 2 т. Т. 1. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. -456 с.
1
1