109624 (Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)), страница 6

Исходя из полученного значения площади окна уточняют высоту сердечника полюса и определяют ширину стороны катушки возбуждения с таким расчётом чтобы обмотка возбуждения свободно размещалась в окне между станиной и полюсным наконечником.

6.2. МПТ с независимым возбуждением

Расчёт обмотки возбуждения в этом случае производится в такой последовательности:

1. Задаются величиной тока возбуждения

_в  (5  10)% _a.

Большие значения тока принимаются для машин меньшей мощности.

Исходя из режима работы МПТ и её исполнения по данным табл. 4 выбирается величина допустимой плотности тока в обмотке возбуждения j_в. После этого рассчитывают сечение провода обмотки возбуждения по выражению

S^_в = _в / j_в . (6.9)

По найденному значению S^_в выбирается марка сечение и диаметр провода обмотки возбуждения соответствующего ГОСТу.

39. Зная МДС возбуждения для номинального режима работы AW_НАГР рассчитывают число витков обмотки возбуждения на один полюс:

(6.10)

1. По выражению (6.5) рассчитывается сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии а исходя из номинального напряжения сети  уточнённые значения тока возбуждения и его плотности которая должна быть близкой к принятому ранее значению.

Площадь окна необходимую для размещения обмотки возбуждения рассчитывают так же как и для машин с последовательным возбуждением.

1. ПОТЕРИ И КПД МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В МПТ различают следующие виды потерь:

 потери в обмотках якоря и возбуждения

 потери в щётках;

 потери в стали якоря;

 механические потери;

 добавочные потери.

41. Потери в обмотках якоря и возбуждения рассчитываются следующим образом:

для МПТ с последовательным возбуждением

Р_ма = _а² R_a (7.1)

Р_мв = _а² R_в; (7.2)

для машин с параллельным возбуждением

Р_мв = U_H _в. (7.3)

1. Потери в щётках

Р_щ = U_щ _а . (7.4)

43. Потери в стали якоря включают в себя потери в сердечнике якоря и потери в зубцах якоря.

Масса стали якоря

G_с.а = 7800  (D_а 2 h_п)² l_о  4. (7.5)

Масса зубцов якоря

G_с.z = 7800 Z b_Z.CP h_П l_o. (7.6)

Потери в стали сердечника якоря

P_с.a = p_уд B_а² f^1,3 G_с.а. (7.7)

Потери в зубцах якоря

P_с.z = p_уд B_z² f^1,3 G _с.z. (7.8)

В этих выражениях удельные потери для данного сорта стали принимаются увеличенными в 1,5  1,8 раза.

Потери в стали статора

P_с = P_с.a + P _с.z. (7.9)

1. Полные механические потери включают в себя потери на трение щеток о коллектор, потери на трение в шарикоподшипниках и потери на трение о воздух.

Потери на трение щёток о коллектор

Р_тр.щ = 981 К_тр Р_щ S_щ V_к (7.10)

где К_тр  коэффициент трения щёток о коллектор К_тр = 02  025.

Р_щ  удельное нажатие щёток Р_щ = 196  235 Н/м² для угольных и угольно-графитовых щёток; Р_щ = 20  40 Н/м² для электрографитированных щёток; Р_щ = 15  20 Н/м² для медно-графитовых щёток; Р_щ = 17  22 Н/м² для бронзо-графитовых щёток.

S_щ  поверхность всех щёток;

V_к  окружная скорость коллектора.

Потери на трение в шарикоподшипниках

Р_тр.под = К_ш G_а n  10^-3 (7.11)

Для машин малой мощности с шарикоподшипниками К_ш = 1  3 Большие значения относятся к машинам меньшей мощности.

Масса якоря G_а может быть рассчитана по приближённой формуле

G_а = 1000  (D_a² l_o _a + D_к² l_к _к)  4. (7.12)

В этом выражении средняя объёмная масса якоря _a = 7800 кг/м³  объемная масса коллектора _K = 8900 кг/м³.

Потери на трение о воздух могут быть рассчитаны для машин малой мощности с частотой вращения до 12000 об/мин по формуле

Р_тр.в = 2 D_a³ n³ l_о 10^-6 (7.13)

при n  12000 об/мин

Р_тр.в = 03 D_a⁵ (1 + l_o / D_a) n³  10^-6. (7.14)

Полные механические потери

Р_мех = Р_тр.щ + Р_тр.под + Р_тр.в. (7.15)

1. Полные потери в машине

Р_ = _o (Р_ма + Р_мв + Р_щ + Р_с + Р_мех) (7.16)

где коэффициент _o = 11  12 учитывает добавочные потери.

1. При номинальной нагрузке КПД для двигателя

(7.17)

КПД для генератора

(7.18)

В выражениях (7.17), (7.18) _Н = _а  для электродвигателей последовательного возбуждения; _Н = _а + _В  для электродвигателей параллельного возбуждения; _Н = _а  _В  для генераторов параллельного возбуждения.

Если номинальная мощность электродвигателя

Р_Н = U_H _Н  Р_

отличается от заданной то необходимо пересчитать величину номинального тока якоря:

_а = 05 А  (025 А²  В). (7.19)

Для электродвигателей последовательного возбуждения

(7.20)

для электродвигателей параллельного возбуждения

. (7.21)

После определения нового значения тока необходимо пересчитать величины потерь Р_ма Р_МВ Р_Щ Р_ а также рассчитать новое значение КПД двигателя.

1. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока. Рабочими характеристиками называются зависимости  = f(M) P₁ = f(M) P₂ = f(M) n = f(M)  = f(M).

Расчёт рабочих характеристик рационально вести в виде таблицы заполняемой по мере вычисления отдельных величин.

Величина электромагнитного момента рассчитывается по выражению

(7.22)

Заполнение таблицы следует начинать с номинального значения тока _H. Суммарную величину реакции якоря принимают пропорциональной току якоря а величину магнитного потока определяют по кривой намагничивания для каждого значения тока якоря и результирующей МДС с учётом реакции якоря.

По данным табл. 5 строятся рабочие характеристики электродвигателя в общих координатных осях (рис. 6).

Таблица 5

Расчёт рабочих характеристик двигателя постоянного тока

Рассчитываемая величина	Потребляемый из сети или отдаваемый в сеть ток
	0,5 H	0,8 H	10 H	1,2 H
Ток возбуждения В  А
Ток якоря а А
Падение напряжения Ua В
Падение напряжения Uв В
Падение напряжения UЩ В
Падение напряжения U В
ЭДС якоря Еа В
МДС возбуждения А
МДС реакции якоря А
МДС машины под нагрузкой А
Магнитный поток Вб
Частота вращения об/мин
Потери в якоре Вт
Потери возбуждения Вт
Потери в щётках Вт
Потери в стали Вт
Механические потери Вт
Суммарные потери Вт
Потребляемая мощность Р1 Вт
Полезная мощность Р2 Вт
КПД двигателя
Момент двигателя Нм

48. Для генератора постоянного тока параллельного возбуждения строится внешняя характеристика  зависимость напряжения от тока нагрузки U = f () при R_B = const.

Для построения внешней характеристики генератора параллельного возбуждения необходимо иметь характеристику холостого хода Е = f (_B) которая строится по кривой Е = f (AW_B) при известном числе витков обмотки возбуждения. Совместно с характеристикой холостого хода в тех же осях строится вольт-амперная характеристика цепи возбуждения U_B = _B R_B.

В точке пересечения этих характеристик (рис.7) имеем режим холостого хода когда ток якоря _a равен нулю а напряжение равно напряжению холостого хода U₀. Указанная точка является первой точкой внешней характеристики генератора. С ростом тока якоря возрастает падение напряжения в якорной цепи U_a = _a R_a + U_щ и МДС реакции якоря. Эти величины являются катетами прямоугольного треугольника АВС называемого характеристическим. Одна из его вершин (точка А) лежит на характеристике холостого хода а другая вершина (точка С)  на вольт-амперной характеристике цепи возбуждения и кроме того определяет величину напряжения генератора при заданном токе якоря.

Рис.6. Рабочие характеристики двигателя последователь-

ного возбуждения

Рис.7. Внешняя характеристика генератора параллельного

возбуждения

Внешнюю характеристику строят таким образом:

 для номинального тока якоря определяется падение напряжения в якорной цепи U_a = _a R_a + U_Щ и ток возбуждения эквивалентный реакции якоря: AW_R / (2 W_B) т.е. катеты характеристического треугольника

 полученный треугольник размещают между кривыми холостого хода и вольт-амперной характеристикой так чтобы его вершины лежали на этих кривых;

 откладывая по координатной оси токов якоря его номинальную величину а по оси ординат  величину напряжения равную ординате нижней вершины треугольника получают следующую точку внешней характеристики соответствующую номинальному току;

 точки внешней характеристики соответствующие другим значениям тока, находят аналогичным образом при построении характеристических треугольников стороны которых пропорциональны данным значениям токов.

8. УПРОЩЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ МАШИНЫ

ПОСТОЯННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ