151806 (Электродвигатель постоянного тока мощностью 400 Вт для бытовой техники), страница 2

( )/( )=11978 А/м.

Корректируем длину якоря:

/ = 0,044 м.

Принимаем 0,044 = 0,044 м.

Тогда

/ = 0,60 .

Предварительное значение ЭДС для продолжительного режима работы при параллельном возбуждении

= / =206Eн В,

Предварительное значение магнитного потока на полюс

60Eн∙a_2/(p_2 Error: Reference source not found)= 0,00165 Вб.

Сечение воздушного зазора, табл. 10.17 [2],

= = 0,00374 м².

Индукция в воздушном зазоре, табл. 10.16 [2],

/ = 0,440,44 Тл.

Наружный диаметр коллектора

(0,50,9) =(0,037 0,066 ) м.

Принимаем: 0,04 = 0,04 м.

Окружная скорость коллектора

( Error: Reference source not found)/60=6,28 м/с.

Коллекторное деление

/ = 0,00242 м.

Полный ток паза

=105,6 А.

Окружная скорость якоря

( Error: Reference source not found)/60=11,5 м/с.

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря принимаем 11000000 11000000 A/м².

Предварительное сечение эффективного провода по (10.9) [2]

/ = 0,000000100 м².

Принимаем по табл. П3.1 [] проводник марки ПСД: по ГОСТ диаметр голого провода d_г=0,000355 м; диаметр изолированного провода 0,000395 = 0,000395 м; сечение элементарного проводника 0,000000099 = 0,000000099 ; число элементарных проводников 1 = 1 ,

тогда сечение эффективного проводника

∙ =0,000000099 м².

Уточняем значение плотности тока в обмотке якоря

= / =11111111 A/м²

3.3 Расчет геометрии зубцовой зоны

Высота паза якоря (согласно опыту построенных машин) составляет

=(0,24…0,35)∙ =(0,018…0,026)

Принимаем 0,02 0,020 м.

Ширина зубца по (10.11) [2].

Частота перемагничивания стали зубцов

=(p_2/2)∙Error: Reference source not found/60=50 Гц.

Допустимое значение индукции в стали зубца (по технологическим условиям принимается в пределах 1,3…1,5 Тл), принимаем для уменьшения потерь в стали якоря при частоте перемагничивания Гц

1,3 1,3 Тл.

B_дельта_1 / /∙0,95kc= 0,0031 м,

Размеры паза в штампе принимаем согласно стр. 293 [1].

Принимаем ширину шлица паза (табл.8.14)

0,002 0,002 м;

высоту шлица паза (cм. рис.3.1)

0,0005 0,0005 м.

Принимаем толщину клина

0,0005 0,0005 м.

Исходя из условия паралельности граней, находим:

b₂=(D-2h_п)/Z₁-b_z1=3,14( -2 )/ )- = 0,0009 м = 0,9 мм;

b₁= (D-2h_ш1 -2h_к)/ Z₁-b_z1=3,14( -2 -2∙ )/ -

- = 0,0055 м =5,5 мм;

по (8.44)- (8-45) [1] ( =30⁰)

h_пк=h_п-hш₁- h_к= - - = 0,0190 м =19 мм.

Рис.3.2. Паз якоря

Согласно табл. 8.12. [1] припуск по ширине паза на сборку:

0,0001 0,0001 м. припуск по высоте паза на сборку

0,0001 0,0001 м.

Размеры паза в свету по (8.42) [1] с учетом припусков на сборку = - =0,0054 м=5,4 мм;

= - =0,0008 м=0,8 мм;

= - =0,0189 м=18,9 мм.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в котором располагается обмотка, корпусная изоляция и прокладки (см. табл. 3.1.)

Высота паза без шлица по (8.44)

=0,0189- =0,0184 м.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в котором располагается обмотка, корпусная изоляция и прокладки (8.43)

=(0,0054+0,0008)/2 = 0,0000570 м².

Односторонняя толщина изоляции в пазу поз.1, рис.3.1

0,00045 0,00045м.

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции по (8.42) [1] согласно рис.3.1 и табл. 3.1( поз.1 и поз.2)

= ∙ (20,0189+0,0054+0,0008)= 0,00001980 м² =19,8 мм²,

Площадь поперечного сечения паза, которая остаётся свободной для размещения проводников обмотки по (8.48) [1]

=( + ) /2- =0,00003879 =38,79 мм².

Коэффициент заполнения паза изолированными проводниками определяем из 10.21 [2] :

(0,000395² )/38,79= 0,39 ,

что удовлетворяет требованию технологичности изготовления обмотки, который должен находится в пределах не более 0,68...0,72 (см. стр. 147 [2]).

Таблица 3.1 Изоляция класса В обмотки статора

Позиция	Материал		Число слоёв	Односторонняя толщина изоляции
	Наименование, Марка	Толщина, мм
1	Изофлекс	0,2	1	0,2
2	Клин (стеклотекстолит)	1,5	-	1,5

Рис. 3.3. Изоляция класса В обмотки статора

Минимальное сечение зубцов якоря по табл.10.16 [2]

( /p_2) kc= 0,001213 м²,

г

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

10

де kc - коэффициент заполнения магнитопровода якоря сталью.

Для магнитопровода принимаем сталь 2013.Уточняем индукцию в сечении зубцов:

/ = 1,36 Тл.

3.4 Расчет обмотки якоря

Средняя длина лобовой части витка при =2

=0,081 м.

Средняя длина витка обмотки якоря по (10.22) [2]

а) =0,044 м;

б) 2(+ )=0,25 м.

Полная длина проводников обмотки якоря

= 312,0312 м.

Сопротивление обмотки якоря при 20С

/(5710⁶ (a_2)²)=13,68 Ом.

Сопротивление обмотки якоря при 75С для изоляции класса В

1,22 =16,69 Ом.

Масса меди обмотки якоря по (10.26) [2]

8900 = 0,278 кг.

Расчет шагов обмотки:

а) шаг по коллектору и результирующий шаг

5151;

б) первый частичный шаг

/p_2- = 26 ;

в) второй частичный шаг

- =25 .

Практическая схема обмотки приведена на рис. 3.4.

3.5 Коллектор и щетки

Ширина нейтральной зоны по (10.76) [2]

- =0,03 м.

Выбираем щетки марки ЭГ-14. Принимаем ширину щетки равной , = м.

По табл. П.4.1 выбираем стандартные размеры щетки:

ширина щётки

0,004 0,004 м.

длина щётки

0,005 0,005 м.

высота щётки

0,01 0,01 м.

Поверхность соприкосновения щетки с коллектором

= 0,000020 м².

Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором

p_2 =0,00004 м².

Плотность тока под щетками по (8-83) [2]

2 / =130000 А/м².

Допустимая плотность тока для щетки марки ЭГ-14 .

Активная длина коллектора по оси вала согласно [4]

1,8 =0,009 м.

Принимаем

0,009 0,009 м.

Полная длина коллектора по оси вала согласно [4]

+5∙ =0,0110 м.

3.6 Проверка коммутации

Так как в рассматриваемых машинах постоянного тока малой мощности добавочные полюсы в коммутационной зоне отсутствуют и щетки на коллекторе обычно располагаются на геометрической нейтрали, то процесс коммутации тока в короткозамкнутых секциях якоря получается замедленным из-за наличия в них реактивной э. д. с. и э. д. с. От поперечного поля реакции якоря . Обе эти э.д.с. суммируются и вызывают в цепи короткозамкнутой секции добавочный ток, способствующий увеличению плотности тока на сбегающем крае щетки. В момент размыкания цепи секции при наличии в ней указанных э. д. с. и тока между краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной возникают небольшие электрические дуги в виде мелких искр. Интенсивность этих искр зависит от величины результирующей э. д. с. в короткозамкнутой секции.

Во избежание недопустимого искрения под щетками величина э. д. с. в секции не должна превышать определенного значения. Однако коммутация тока в секции может также ухудшиться вследствие влияния поля полюсов, если ширина коммутационной зоны будет близка к расстоянию между краями наконечников двух соседних полюсов.

Ширина зоны коммутации по (10.75) [2]

а) = /p_2- =0,0 ;

б) ( / + -a_2/p_2+ ) / = 0,0117 м.

Отношение

/( - )=0,39 ,

что удовлетворяет условию [4]

<0,8.

Коэффициент магнитной проводимости паза по (10.69) [2]

a) = Error: Reference source not found/60= 11,5 м/с;

=13,816∙lg( )=-0,8650111,138

б) (0,6∙2 /( + )

+( / )+0,92∙ )= 6,638 .

Индуктивность обмотки якоря по (6.15) [4]

(12,56∙10^-6∙4∙ ∙

/ )∙( /(2∙a_2∙p_2))²=54,938 мГн.

Реактивная ЭДС по (10.69) [2]

210^-6 = 1,93 В.

ЭДС, индуктируемая в коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря, определяется следующим путём. Вначале определяем индукцию в зоне коммутации от действия поперечной МДС якоря [3]:

=1,25∙10^-6∙ /(1- )=0,0535B_q Т.

Затем определяем ЭДС, индуктируемую в коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря

2∙ ∙ ∙ ∙B_q=1,30Eq В.

Среднее значение результирующей ЭДС в короткозамкнутой секции якоря

= +Eq=3,23E В.

В машинах малой мощности без добавочных полюсов, если щётки расположены на геометрической нейтрали, для обеспечения удовлетворительной коммутации 2…3 В. Если 2…3 В необходимо уменьшить линейную нагрузку в п. 3.1.5 и повторить расчет.

Индуктивность цепи якоря (для расчета параметров электропривода в гл.5)

= 54,94L_я мГн

Активное сопротивление цепи якоря (для расчета параметров электропривода в гл. 5)

= 13,68r_яя Ом.

3.7 Определение размеров магнитной цепи

Внутренний диаметр якоря и диаметр вала для машин малой мощности

(0,18…0,24)∙ =0,013…0,018 м.

Принимаем

0,015 0,015 м.

Сечение магнитной системы приведено на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Магнитная система двигателя:

1- станина; 2 – якорь; 3 – обмотка возбуждения

В двигателях с непосредственной посадкой сердечника якоря на вал внутренний диаметр якоря равен диаметру вала. В таких двигателях с или учитывают,что часть магнитных силових потока замыкается через вал.

Высота спинки якоря:

а) действительная высота спинки якоря по (8.126)

=( - )/2- = 0,0090 м=9 мм;

б) расчетная высота спинки якоря по (8.124) для четырёхполюсних машин при , а также для двухполюсных машин

( 0,75(0,5 - )=0,012 < м)

p_2/2=1p

(2+p)/(3,2p)( /2- )= 0,0155 м;

в противном случае

( - )/2- =0,009 м.

Принимаем расчетную высоту спинки якоря

0,0155 0,0155 м.

Принимаем для сердечников главных полюсов сталь марки 2013 толщиной 0,5 мм: коэффициент магнитного рассеяния для малых машин =1,08…1,12 принимаем 1,1 , длина сердечника 0,044 м, коэффициент заполнения сталью kc.

Высота сердечника полюса малых машин предварительно может быть принята:

=(0,12…0,4)∙ =0,009...0,029 м.

Принимаем

0,029 0,029 м.

Ширина сердечника главного полюса определяется следующим путём.

Принимается индукция в сердечнике полюса. В машинах для продолжительного режима работы принимается в пределах

Принимаем

1,2 1,2 Т.

Определяется поперечное сечение сердечника полюса:

= ∙ / ( ∙kc)=0,0015921S_г м²,

где - минимальная ширина сердечника главного полюса

S_г/ =0,036b_г м.

Принимаем

0,036 0,036 м.

Индукция в сердечнике по табл.10.17 [2]

/(kc )= 1,21 Тл.

Индукция в станине в машинах для продолжительного режима работы принимается в пределах не более

Принимаем

1,2 1,2 Т.

Сечение станины предварительно

/(2 ∙kc)=0,0007961 м²,

Длина станины по (10/52) [2]

0,0440 м.

Высота станины предварительно, табл.10.17 [2]

= / = 0,0181 м.

Принимаем высоту станины

0,0181 0,0181 м.

Сечение станины окончательно

= = 0,000796 м

Воздушный зазор для двигателей продолжительного режима [4]

0,25∙ ∙ ∙10^-6/ = 0,00077дельта_пр м.

0,00077 0,00077 м.

Наружный размер станины с пямоугольным сечением по вертикали

+2∙( + + )=0,169 м.

Внутренний размер станины по вертикали с прямоугольным сечением

-2 = 0,133 м.

Наружный размер станины по горизонтали с прямоугольным сечением выбираем на 10% больше

1,1∙ =0,186D_н2 м.

Принимаем

0,186 0,186 м.

Внутренний размер по горизонтали станины с прямоугольным сечением

-2 = 0,150 м.

3.8 Расчетные сечения магнитной цепи

Сечение воздушного зазора, табл. 10.17 [2],

= = 0,00374 м².

Длина стали якоря

kc=0,042 м.

Минимальное сечение зубцов якоря, табл. 10.16 [2], S_z= м².

Расчетное сечение спинки якоря, табл. 10.16 [2],

= 0,000651 м².

Сечение сердечника главного полюса, табл. 10.16 [2],

kc = 0,00150 м².

Сечение станины (см. п. 3.5.6) м².

3.9 Средние длины магнитных линий

Воздушный зазор для двигателей продолжительного режима из 3.5.10 = м.

Коэффициент воздушного зазора, учитывающий наличие пазов на якоре, по (10.50б) [2]

=( +10 )/( - +10 )= 1,14 м.

Расчетная длина воздушного зазора

= 0,000878 м.

Длина магнитной линии в зубцах якоря

=0,02 м.

Длина магнитной линии в спинке якоря

( + )/2p_2+ /2=0,023 м.

Длина магнитной линии в сердечнике главного полюса

0,029 м.

Длина магнитной линии в станине

( + -2∙ )/(p_2)+ /2=0,1775 м,

3.10 Индукция в расчетных сечениях магнитной цепи

Индукция в воздушном зазоре, табл. 10.16 [2],

/ = 0,44 Тл.

Расчетная индукция в сечении зубцов якоря, табл. 10.16 [2],

/ = 1,360 Тл.

Индукция в зубцах якоря принимается до 1,3…1,5 Т.

Индукция в спинке якоря, табл. 10.16 [2],

/(2 )= 1,27 Тл.

Максимальная индукция допускается до 1,3…1,5 Т.

Индукция в сердечнике главного полюса, табл. 10.16 [2],

/ =1,21 Тл.

Индукция в сердечнике главного полюса в машинах для продолжительного режима работы допускается до 1,0…1,5 Т.

Индукция в станине, табл. 10.16 [2],

/(2 )= 1,14 Тл.

Индукция в станине в машинах для продолжительного режима работы допускается в пределах до 1,0…1,4 Т.

3.11 Магнитные напряжения отдельных участков магнитной цепи

Магнитное напряжение воздушного зазора на два полюса

0,8 ∙10⁶= 309,1 А.

Коэффициент вытеснения потока

/( )= 2,97 .

Магнитное напряжение ярма якоря H_j для стали 2013 определяется по основной кривой намагничивания табл. П.1.5 [2] , значения которой введены в программу для автоматического определения ,1,27147,32196HH1324HH2996HH3740HH4120HH28000HH32250HH79650HH95000HH562000HH

196 =4,5 А.

Магнитное напряжение зубцов якоря определяется для стали 2013 с учетом ответвления магнитного потока в паз. Если индукция в каком либо сечении зубца окажется более 1,8 Т, то необходимо учесть отвлетвление части потока зубцового деления в паз. При этом действительная индукция в зубце уменьшается ло сравнению с рассчитанной в п 3.10.2. Методика определения действительной индукции в зубце изложена в гл.4 [1],согласно которой в табл..3.1 заложена программа расчета при значениях как больше 1,8 Т, так и меньше 1,8 Т.. Путём подбора значения в левой колонке табл..3.1 и последующего автоматического пересчёта добиваються равенства значений в левой и правой колонках табл. 3.2. Значение в левом столбце используется программой в дальнейших расчетах.

Определяем среднюю ширину паза, п. 8.8 [2]

=( + )/2= 0,0032 м.

Коэффициент, определяющий отношение площадей поперечных сечений паза и зубца на половине высоты зубца,

= /( kc)= 1,09 .

Определяем по (4.32) [2]

Таблица 3.2.

	=	= -1,256∙10-6∙1,36157,76268HH460HH1160HH5100HH7000HH8200HH20700HH44280HH67000HH2220HHHH∙ =
1,36		=1,36b_z_1н

По значению программа вычисляет по кривой намагничивания для стали 2013, а затем вычисляем МДС

1,36157,76268HH578,4HH1224,8HH4097HH4876HH65980HH80991HH328419HH538100HH596400HH268Hz = 5,4 А.

Магнитное напряжение сердечника главного полюса (сталь 2013), H_г определяется по табл. П.1.5 аналогично: 1,21140,36148HH364HH2780HH3400HH18880HH26800HH30710HH71790HH81000HH538000HH

148 = 4,29 А.

Магнитное напряжение станины (шихтованная сталь 2013), H_c определяется по табл. П.1.51,14132,24468HH972HH1808HH1870HH20320HH29200HH33790HH87510HH109000HH530000HH

132,24 = 23,5 А.

Суммарная МДС на полюс

+ + + + =347 А.

МДС переходного слоя

+ + =319 А.

Аналогичным образом производим расчет для потоков, отличных от номинального значения (например, 0,5; 0,75; 1,0; 1,4 и т.д.) . Результаты расчета сведены в табл.3.2. В верхней строке таблицы приведены относительные значения потока , которые мы можем изменять при необходимости. Программа выполняет расчет для тех относительных значений , которые мы укажем в верхней строке. Магнитное напряжение зубцов якоря в таблице для двух последних значений магнитного потока рассчитывается для стали 2013 с учетом ответвления магнитного потока в паз аналогично п. 3.11.4. Для этого справа рядом с таблицей приведена строка, в которую вставлена программа.

Таблица 3.2 Расчет характеристик намагничивания

№ п/п		Вели чина		Ед. изм.	0,5		0,75		0,9		1		1,4		1,85
		Е		В	103		154,5		185		206		288		381,1
		Фб		Вб	0,083		0,124		0,149		0,165		0,231		0,305
		Вб		Тл	0,220		0,330		0,396		0,440		0,616		0,814
		Fб		А	154,6		231,8		278,2		309,1		432,7		571,8
	Bz		Тл			0,680		1,020		1,224		1,360		1,904		2,516		1,27	1,27147,32196HH492HH3212HH4080HH4840HH9400HH18390HH28560HH130000HH210000HH 1,90	1,68	1,68194,88524HH1196HH2564HH3060HH7000HH10600HH13770HH71790HH81000HH210000HH 2,51
		Hz		А/м	0,6878,88316HH364HH9476HH13940HH25720HH38200HH45340HH146460HH214000HH226000HH79		1,02118,32252HH2604HH7316HH10540HH18520HH26200HH29940HH67860HH74000HH1154000HH118		1,224141,984159,2HH972HH1808HH1870HH34000HH52000HH63050HH236850HH375000HH410000HH159		1,36157,76268HH588HH1268HH4930HH6640HH7600HH84610HH346890HH571000HH634000HH268		1,27147,32196HH492HH3212HH4080HH4840HH9400HH18390HH28560HH130000HH167999925200HH196		1,68194,88524HH1196HH2564HH3060HH7000HH10600HH13770HH71790HH81000HH210000HH3060
		Fz		А	2		2		3		5		4		61
		BJ		Тл	0,635		0,953		1,143		1,270		1,778		2,350
		HJ		А/м	0,63573,66276HH86828HH291572HH457980HH966040HH1605400HH2056580HH10411620HH18498000HH21122000HH74		0,953110,548212HH981,6HH1840,4HH1921HH16180HH22300HH24935HH42315HH28445000HH32490000HH111		1,143132,588418,4HH773,6HH1138,4HH7395HH11860HH15100HH15695HH203838HH316200HH342800HH133		1,27147,32196HH1324HH2996HH3740HH4120HH28000HH32250HH79650HH95000HH562000HH196		1,778206,248602,4HH1509,6HH3622,4HH4726HH6208HH7360HH52116HH181044HH275600HH296400HH6208		2,35272,61060HH3340HH9800HH14450HH26800HH40000HH47650HH158250HH235000HH250000HH250000
		FJ		А	1,7		2,6		3,1		4,5		142,8		5 750,0
		Фг		х10-2Вб	0,091		0,136		0,164		0,182		0,254		0,336
		Вг		Тл	0,61		0,91		1,09		1,21		1,69		2,24
				А/м	0,6170,76268HH71340HH239300HH375700HH791800HH1315000HH1683900HH8509500HH15110000HH17250000HH71		0,91105,56204HH940HH1700HH9180HH15640HH21400HH23780HH36420HH23349000HH26666000HH106		1,09126,44196HH716HH944HH6970HH10960HH13600HH13770HH193620HH298000HH322000HH126		1,21140,36148HH332HH2780HH3400HH18880HH26800HH30710HH71790HH81000HH538000HH148		1,69196,04532HH1228HH2672HH3230HH3760HH17800HH19160HH44280HH263000HH282000HH3230		2,24259,84972HH2988HH8612HH12580HH22840HH33400HH39180HH115020HH158000HH162000HH162000
		Fг		А	2,1		3,1		3,7		4,3		93,7		4 698,0
		Всп		Тл	0,61		0,91		1,09		1,21		1,69		2,24
		Fсп		А	!Неопределенная закладка, LСП0		!Неопределенная закладка, LСП0		!Неопределенная закладка, LСП0		!Неопределенная закладка, LСП0		!Неопределенная закладка, LСП0		!Неопределенная закладка, LСП0
		Bc		Тл	0,57		0,86		1,03		1,14		1,25		1,31
		Hc		А/м	0,5766,12260HH1356HH3104HH3910HH4480HH1694200HH2170540HH10993260HH19534000HH22306000HH66		0,8699,76148HH1036HH2024HH2210HH15280HH20800HH23010HH32490HH403000HH442000HH100		1,03119,48340HH460HH5480HH7650HH12400HH16000HH16850HH189690HH291000HH314000HH119		1,14132,24468HH972HH1808HH1870HH20320HH29200HH33790HH87510HH109000HH530000HH132		1,25145180HH1484HH3536HH4590HH5920HH8200HH50730HH173970HH263000HH282000HH180		1,31151,96228HH1740HH4400HH5950HH8800HH10000HH13770HH217200HH340000HH370000HH228
		Fc		А	12		18		21		23		32		40
		Fсум		А	172 172		257 257		309 309		346 346346		706 706		11121 11121
		Fперех		А	158 158		236 236		284 284		319 319		580 580		6383 6383
22		еуд		В/об//мин	0,034 0,034		0,052 0,052		0,062 0,062		0,069 0,069		0,096 0,096		0,127 0,127
23		Вб		Тл	0,2200,22		0,3300,33		0,3960,396		0,4400,44		0,6160,616		0,8140,814

Строим характеристику холостого хода (намагничивания) – зависимость удельной ЭДС от суммарной МДС на один полюс и переходную характеристику – зависимость индукции в воздушном зазоре от МДС переходного слоя на один полюс (черт. РР1).

3.12 Расчет обмоток возбуждения

Размагничивающее действие реакции якоря определяем по переходной характеристике (черт. РР1) по методике п.10.5 [2].

При нагрузке под действием поля поперечной реакции якоря магнитное поле в воздушном зазоре искажается: под одним краем полюса индукция индукция уменьшается, под другим возрастает. При значительной поперечной реакции якоря может произойти опрокидывание поля под одним краем полюса и индукция примет отрицательное значение. Минимальное значение намагничивающей силы под сбегающим краем полюса (для режима двигателя) определится:

= - /2=-190 A,

Из переходной характеристики определяем (автоматически программой) минимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре под сбегающим краем полюса =-0,264,625B_дельта_min1,231B_дельта_min0,768B_дельта_min0,575B_дельта_min0,495B_дельта_minB_дельта_min.

Тому що поле реакції якоря замикається по контуру: зубці якоря, спинка якоря, повітряний зазор, полюсний наконечник, то повітряний зазор вибирають таким, щоб індукція протягом усієї полюсної дуги не змінювала свого напрямку. Якщо <0 необхідно збільшити повітряний зазор у п.3.7.10, а потім повторити розрахунок, починаючи з п.3.7.10.

Максимальное значение намагничивающей силы под набегающим краем полюса:

= + /2=828!Формула не в таблице A,

Из переходной характеристики определяем максимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре под набегающим краем полюса =1,151,16B_дельта_max1,144B_дельта_max1,08B_дельта_max0,783B_дельта_max0,624B_дельта_maxB_дельта_max

Из (10.35) [2] определяем среднее значение индукции в воздушном зазоре под нагрузкой:

=(B_дельта_min+4 +B_дельта_max)/6=0,354 Тл,

где - номинальное значение индукции в воздушном зазоре в режиме холостого хода

Из переходной характеристики определяем (автоматически программой): 254 =253F_ср253F_ср4116F_ср159F_ср-274F_срF_срА.

Определяем МДС поперечной реакции якоря:

= -F_ср=66 А

Продольная коммутационная МДС якоря в машинах малой мощности возникает в результате смещения нейтральной точки обмотки с геометрической нейтрали при замедленной коммутации тока в короткозамкнутых секциях. В машинах без добавочных полюсов и положении щёток на геометрической нейтрали процесс коммутации в короткозамкнутых секциях якоря получается замедленным. В этом случае коммутационная МДС якоря у двигателей усиливает поле полюсов. Её величина определяется следующим путём.

Переходное падение напряжения в щёточном контакте на пару щёток марки ЭГ-14 по табл. П4.2 [2] =2,5 В, составляющие переходного падения напряжения в контакте щёток =2,1 В, =0,4 В по [4].

Сопротивление щёточного контакта

=p_2∙2,5/(4∙ )=0,566 Ом.

Период коммутации

/ =0,000637Тк с.

Средняя длина силовой линии поперечного поля якоря в междуполюсном пространстве двигателя

( -)/2=0,015делта_0 м.

Средняя эквивалентная индуктивность секции якоря

a_2∙ ∙ ∙10^-6∙ ∙ ∙ ∙ / ( ∙ )=0,000084Lсигма Гн.

Коэффициенты определяются:

∙Тк/Lсигма=4,29Асигма;

1,7∙2,1∙Асигма/2,5=6,126a_0_штр;

1,7∙0,4∙Асигма/2,5=1,167b_0_штр.

Коммутационная МДС якоря на один полюс

∙ /(a_0_штр+b_0_штр+1))∙ (1+0,2∙3,14∙ /(делта_0∙ ))=15Fк А.

Для устойчивой работы двигателя при изменении нагрузки на валу применим стабилизирующую последовательную обмотку. Без стабилизирующей обмотки возбуждения с увеличением нагрузки на валу двигателя увеличивается ток якоря и увеличивается размагничивающее действие реакции якоря на основной магнитний поток главных полюсов. При достаточно большом значении реакции якоря зависимость частоты вращения якоря от мощности на валу двигателя имеет не падающий, а возрастающий характер, что приводит к неустойчивому режиму работы двигателя. МДС последовательной стабилизирующей обмотки возбуждения должна компенсировать МДС реакции якоря. Поэтому принимаем МДС стабилизирующей обмотки равной МДС поперечной реакции якоря (направлены навстречу друг другу) = =66Fсо А.

Число витков стабилизирующей обмотки на один полюс

Fсо/ =29,86Wсопред

Принимаем =30Wсо витков.

Уточняем МДС стабилизирующей обмотки при номинальном режиме работы

Wсо∙ =66,3 А.

Сечение и диаметр провода последовательной обмотки возбуждения. Плотность тока в обмотке предварительно выбираем для машин со степенью защиты IP22 по п.10.7:

5000000 5000000 А/м².

Расчетное сечение провода предварительно

= / =0,000000442q_со м².

Принимаем по табл. 10.18 [2] круглый провод ПСД: по табл. П.3.1 [2] диаметр голого провода d_ГСО=0,00075 м, диаметр изолированного провода 0,000815 = 0,000815 м; = 0,000915 м,

сечение провода 0,000000442 = 0,000000442 м².

Окончательная плотность тока в проводнике стабилизирующей обмотки возбуждения

= / =5000000J_со А/м².

Средняя длина витка стабилизирующей обмотки

=2( + = 0,160 м.

Полная длина обмотки

p_2 Wсо=9,60 м.

Сопротивление стабилизирующей обмотки возбуждения при С

= /(5710⁶ )= 0,38 Ом.

Сопротивление стабилизирующей обмотки возбуждения при С

1,22 =0,46 Ом.

Масса меди стабилизирующей обмотки

8900 = 0,0378 кг.

Выбираем изоляцию обмоток: изоляция сердечника: эпоксидная смола, толщина 1 мм.

Потребная площадь окна для размещения стабилизирующей обмотки возбуждения на полюсе

Wсо∙ ²∙10⁶/0,84=30Qвштрсо мм²,

где =0,82...0,88 – коэффициент, учитывающий возможные неточности намотки рядов провода в катушке. Фактическая площадь окна для размещения обмотки возбуждения на полюсе

1,2∙Qвштрсо36=Qвсо мм².

Продольная составляющая МДС якоря на один полюс возникает вследствие самопрозвольного сдвига щёток с геометрической нейтрали по механическим причинам и неточности установки и в малых машинах незначительна:

=0,00025∙10^-2∙ =3,0 Fбета А.

Необходимая МДС шунтовой обмотки возбуждения на один полюс

+ - -Fк-Fбета=328,7F_в А.

Вначале принимаем значение согласно полученному по формуле. Затем выполняем расчет по пп..3.11.5-3.13.12. При несовпадении значения частоты вращения в номинальном режиме (при расчете рабочих характеристик в п.3.13.12 ) корректируем . После корректировки принимаем

329 329 А.

Принимаем предварительно ширину катушки параллельной обмотки

0,5∙( - )=0,024b_ктв м,

толщину изоляции обмотки возбуждения (изоляция сердечника полюса- эпоксидная смола толщиной 1 мм)

0,001 0,001 м. тогда средняя длина витка обмотки по (10.57) [2]

2( + )+ (b_ктв+ )=

=0,239 м.

Расчетное сечение меди параллельной обмотки при последовательном соединении катушек полюсов по (10.58) [2]

1,1p_2 /(Error: Reference source not found5710⁶)=

= 0,00000001379 м²,

где - коэффициент запаса.

Принимаем по табл. 10.18 [2] круглый провод ПСД: по табл. П.3.1 [2] диаметр голого провода м, диаметр изолированного провода 0,0001 = 0,0001 м; сечение провода 0,00000000502 = 0,00000000502 м².

Номинальную плотность тока принимаем для машин со степенью защиты IP22 по п.10.7:

3500000 А/м².

Число витков на полюс по (10.64) [2] с учетом выбранного сечения провода

∙ /( ²)=2481 .

Потребная площадь окна для размещения обмотки возбуждения на полюсе

∙ ²∙10⁶/0,84=30Qвштр мм²,

где =0,82...0,88 – коэффициент, учитывающий возможные неточности намотки рядов провода в катушке. 3.12.20. Фактическая площадь окна для размещения обмотки возбуждения на полюсе

1,2∙Qвштр36=Qв мм².

На основании производится размещение обмотки возбуждения и уточнение высоты сердечника полюса.

Определяем номинальный ток возбуждения:

/ =0,13 А.

Полная длина обмотки

p_2 =1186 м.

Сопротивление обмотки возбуждения при С

= /(5710⁶ )=4145 Ом.

Сопротивление обмотки возбуждения при С

1,22 =5057 Ом.

Масса меди параллельной обмотки

8900 = 0,05 кг.

Выбираем изоляцию обмоток: изоляция сердечника: эпоксидная смола, толщина 1 мм.

3.13 Потери и КПД

Электрические потери в обмотке якоря по п. 10.10 [2]

² =81,5 Вт.

Электрические потери в обмотке возбуждения :

Error: Reference source not found = 28,6 Вт.

Электрические потери в переходном контакте щеток на коллекторе

2,5 =5,5 Вт.

Потери на трение щеток о коллектор

300000,2 =1,5 Вт,

где - давление на щетку; для щетки марки ЭГ - 14 Па.

f = 0,2 - коэффициент трения щетки.

Потери в подшипниках определяются следующим путём [4].

Масса якоря с обмоткой и валом (стр. 232) [2]

6500∙ ²∙ = 1,5 кг.

Масса коллектора с валом (стр. 232) [2]

6100∙ ²∙l_к= 0,1 кг.

Потери в подшипниках

1,5∙( + )∙ Error: Reference source not found 10^-3=7,2Pтп Вт.

Потери на трение якоря о воздух при скорости вращения до 12000 об/мин

2∙ ³∙Error: Reference source not found³∙ ∙10^-6=0,92Pтв Вт.

Масса стали спинки ярма якоря по (10.103) [2]

7800 (( -2 )²- ²) kc/4= 0,22 кг

Условная масса стали зубцов якоря по (10.101) [2]

7800 ∙ kc= 0,53 кг

Магнитные потери в ярме якоря

a) = =p_2/2Error: Reference source not found/60= 50 Гц;

б) 2,31,75( /50)^{1,4 2} =1,43 Вт,

где p_1,0/50=1,75 Вт/кг, по табл 6-24 [2] для стали 2312.

Магнитные потери в зубцах якоря

2,31,75( /50)^{1,4 2} =3,95 Вт,

Добавочные потери

Error: Reference source not found =5,72 Вт.

Сумма потерь

+ + + +Pтп+Pтв+ + + =136 Вт.

Потребляемая мощность

=Pн+ =536 Вт.

Коэффициент полезного действия по (8-97) [2]

Pн/(Pн+ )= 0,746 .

3.14 Рабочие характеристики

Для построения рабочих характеристик двигателя при номинальном напряжении и токе возбуждения принимаем, что потери холостого хода с нагрузкой практически не изменяются и составляют:

+Pтп+Pтв+ + =15,00 Вт.

МДС поперечной реакции якоря для нескольких значений тока якоря позволяют представим зависимостью от тока I в виде (п.12-14 [3]):

= / А.

МДС стабилизирующей обмотки возбуждения для нескольких значений тока якоря представим зависимостью от тока I в виде :

= / А.

Продольная коммутационная МДС якоря на один полюс представим зависимостью от тока I

0,5∙ ∙( / )³∙ /((a_0_штр+(b_0_штр+1) / ))∙(1+0,2∙3,14∙ /(делта_0∙ ))=11,20ddd∙ /(a_0_штр+0,98dd ) .

Задаваясь током якоря I_Т, определяем ЭДС обмотки якоря:

б) Error: Reference source not found- -2,5, В.

Вычисляем результирующую МДС возбуждения:

- / + / +ddd∙ /(a_0_штр+0,98dd ), А.

По значению программа автоматически находит из кривой холостого хода черт. РР1 удельную ЭДС якоря:

, .

Определяем скорость вращения якоря

, об/мин.

Ток якоря при холостом ходе

= /Error: Reference source not found=0,07 , A.

Вычисляем ток двигателя:

I_Т+ A.

Потребляемая мощность двигателя

Error: Reference source not found(I_Т+ ) Вт.

Полезная мощность на валу двигателя

(Error: Reference source not found- -2,5) - - ( / / + )² , Вт.

Коэффициент полезного действия

.

Вращающий момент

, Нм.

Результаты расчетов, по пп.15.1-15.12 для ряда значений тока якоря I_Т, сведены в табл. 3.4, рабочие характеристики двигателя приведены на черт РР1.

Таблица 3.4 Рабочие характеристики двигателя

,					n,
		216,3	329d2	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,062ЕЕЕ0,0658	3287	0,07	44	0	0,0000,0	0,0000,0
	0,5	208,9	329d3	0,0650,067ЕЕЕ0,066ЕЕЕ0,066ЕЕЕ0,021ЕЕЕ0,0616ЕЕЕ0,066	3165	0,50	139	89	0,6400,64	0,2690,371034
	0,7	205,5	329d4	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0616ЕЕЕ0,0658	3123	0,70	183	128	0,6990,699	0,3920,54069
	0,8	203,8	329d5	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0616ЕЕЕ0,0658	3097	0,80	205	147	0,7170,717	0,4540,626207
	0,9	202,1	329d6	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	3071	0,90	227	166	0,7310,731	0,5170,713103
	1	200,4	329d7	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	3046	1,00	249	184	0,7390,739	0,5780,797241
	1,1	198,6	329d8	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0691ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	3018	1,10	271	202	0,7450,745	0,6410,884138
	1,15	197,8	329d9	0,0650,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0691ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	3006	1,15	282	211	0,7480,748	0,6720,926897
	1,241,24	196,2	329d10	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0691ЕЕЕ0,0615ЕЕЕЕЕЕ	29822982	1,241,24	301301	226226	0,7510,7510,751	0,7250,725

В результате расчета и построения рабочих характеристик двигателя установлены номинальные значения:

=Pн Вт; = А; =Error: Reference source not found об/мин; =Момент Hм;

= А; =кпд ; = Ia_н A;

В табл..3.5 приведены рабочие характеристики двигателя (некоторые из них рассчитаны в относительных единицах) для автоматизированного построения на рис.3.8 при помощи редактора Exel. За базовые величины приняты номинальные значения, приведенные выше.

Таблица 3.5 Рабочие характеристики двигателя в относительных единицах

,					n,
		216,3	329d2	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,062ЕЕЕ0,0658	1,102	0,06	0,149	0	kpd_2	M_2
	0,5	208,9	329d3	0,0650,067ЕЕЕ0,066ЕЕЕ0,066ЕЕЕ0,021ЕЕЕ0,0616ЕЕЕ0,066	1,061	0,40	0,458	0,395	kpd_3	M_3
	0,7	205,5	329d4	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0616ЕЕЕ0,0658	1,047	0,56	0,603	0,568	kpd_4	M_4
	0,8	203,8	329d5	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0616ЕЕЕ0,0658	1,039	0,65	0,684	0,652	kpd_5	M_5
	0,9	202,1	329d6	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	1,030	0,73	0,757	0,734	kpd_6	M_6
	1	200,4	329d7	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0214ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	1,021	0,81	0,829	0,815	kpd_7	M_7
	1,1	198,6	329d8	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0691ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	1,012	0,89	0,902	0,894	kpd_8	M_8
	1,15	197,8	329d9	0,0650,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0691ЕЕЕ0,0615ЕЕЕ0,0658	1,008	0,93	0,938	0,933	kpd_9	M_9
	1,241,24	196,2	329d10	0,06500,0672ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0658ЕЕЕ0,0691ЕЕЕ0,0615ЕЕЕЕЕЕ	1,0001	1,00	1,001	1,010	kpd_10	1,00

3.15 Тепловой расчет

Тепловой расчет выполняется согласно п. 10.11 [2] для оценки тепловой напряженности машины и приближенного определения превышения температуры отдельных частей машины.

Для приближенной оценки тепловой напряженности машины необходимо сопротивления обмоток привести к температуре, соответствующей заданному классу изоляции; при классе нагревостойкости В сопротивления умножаются на коэффициент 1,15 .

Расчетные сопротивления:

обмотки якоря

1,15=19,19 Ом,

обмотки паралельного возбуждения

1,15=5815,55 Ом,

стабилизирующей обмотки последовательного возбуждения

1,15=0,53 Ом.

Потери в обмотках:

Ia_н² =29,5 Вт,

² =98,3 Вт,

Ia_н² =0,8 Вт,

Коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности якоря (по рис.10.29) [2] при Error: Reference source not found∙ =219 (об/мин)∙м 90 90 .

Превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря над температурой воздуха внутри машины определяется по (10.133) [2]:

( (2 / )+ + )/

/( )= 17 .

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря определяется по (10.135) [2]:

a) периметр поперечного сечения паза по по (10.124) [2]:

2∙19 + + = 0,0444 м;

б) перепад температуры

(2 / )/( )∙∙(( + )/(161,4)+0,0005 /0,16)= 0,70 ,

где 1,4

Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины определяется из (10.134), (10.125) [2]:

(1-2 / )/( 2(0,2 ) )= 10 ,

где - коэффициент теплоотдачи с лобовых поверхностей обмотки якоря по рис. 10.29 [2] при Error: Reference source not found∙ =219 (об/мин)∙м; 0,023 м - вылет лобовых частей обмотки якоря.

Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря определяется из:

а) =0,0444 м;

б) (1-2 / ) / (2 81,4)= 0,015 .

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины определяется из (10.138) [2]:

+ )∙ 2 / +( + )(1-2 / )= 13

Сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объем двигателя воздухом, согласно (10.120) [2],

-0,1 =126,17 Вт.

Условная поверхность охлаждения двигателя определяется из (10.137) [2]:

2∙( + ) ∙( +2)=0,064 м²,

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя, согласно (8-142) [2]:

а) Коэффициент подогрева воздуха, (рис. 10.30) [2], при Error: Reference source not found∙ =219 (об/мин)∙м 625 625 .

б) /( )= 3,2 .

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды

= + =16,2 .

Превышение температуры наружной поверхности обмотки возбуждения над температурой воздуха внутри машины:

а) периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения обмотки возбуждения П_В определяется по эскизу междуполюсного окна; определяют длины участков контура поперечного сечения обмотки; поверхности, прилегающие к сердечнику главного полюса, не учитываются 0,008 0,08 м.

б) наружная поверхность охлаждения катушки обмотки возбуждения:

=0,002 м²;

в) потери мощности ,отводимые охлаждающим внутрение обьёмы машины воздухом ( ориентировочно принимаем 90%):

= =0,9( + )=89,2 Вт;

г) коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки возбуждения (рис. 10.29) [2] при Error: Reference source not found∙ =219 (об/мин)∙м 42 42 .

д) = /(p_2 )= 531 .

Перепад температуры в изоляции катушки:

а) средняя ширина катушки обмотки возбуждения ,определяется по сборочному чертежу двигателя, =b_ктв м;

б) /(p_2 )( b_ктв /(81,4)+ 0,00000/0,16)= 75,7 ,

где - часть теплоты катушки обмотки возбуждения, передаваемая через полюс.

1,4

принимаются, как и для изоляции обмотки якоря.

Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды

+ + =609,9 .

Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя:

а) поверхность теплоотдачи коллектора

=3,14 l_к=0,001130 м²;

б) коэффициент теплоотдачи с поверхности коллектора (по рис. 10.31) [2] для окружной скорости коллектора =6,28 м/с 150 150 .

в) =( + )/( )= 41 .

Среднее превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей среды (при входе охлаждающего воздуха со стороны коллектора) по (10.150) [2]

= + =44,2Дельта_тета_кср

Таким образом, среднее превышение температуры обмотки якоря , обмотки возбуждения , коллектора Дельта_тета_кср над температурой охлаждающей среды, что ниже предельных допускаемых значений для класса изоляции В 90 (130 -40 ).

3.16 Вентиляционный расчет

Вентиляционный расчет выполняется приближенным методом. Метод заключается в сопоствлении расхода воздуха, необходимого для охлаждения для охлаждения двигателя, и расхода, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя.

Рассчитаем для двигателя аксиальную систему вентиляции.

3.16.1.Необходимое количество охлаждающего воздуха по (8-354) [1]:

a) - превышение температуры воздуха;

=6,4 ;

б) /(1100 )=0,018 м³/с,

где - сумма потерь, отводимых, охлаждающим внутренний объем машины, воздухом.

3.16.2. Расхода воздуха, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя со степенью защиты IP22 определяем по эмпирической формуле (8.355) [1].

3.16.3. Коэффициент для двигателя с 1,1 = 1,1

0,1 ∙Error: Reference source not found∙ ²/100=0,018 м³/с.

Система охлаждения двигателя обеспечивает необходимый расход воздуха.

Заключение

1. В результате расчетов получены следующие номинальные харак теристики двигателя постоянного тока:

Мощность, Вт	Pн
Номинальное напряжение, В	Error: Reference source not found
Ток якоря, А	Ia_н
КПД, о.е.
Частота вращения, об/мин	Error: Reference source not found
Момент на валу, Нм	Момент
Ток обмотки возбуждения, А
Потребляемая мощность, Вт	P__1

2. Среднее превышение температуры обмотки якоря , обмотки возбуждения коллектора Дельта_тета_кср над температурой охлаждающей среды, что ниже предельных допускаемых значений для класса изоляции В 90 (130 -40 ).

3.Необходимое количество охлаждающего воздуха м³/с. Система охлаждения двигателя обеспечивает необходимый расход воздуха.

Список используемых источников

1. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов. - В 2-х кн.: кн. 1 /И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др; Под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатомиздат, 1993. -464 с.

2. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов. - В 2-х кн.: кн.2 /И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др; Под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатомиздат, 1993. -384 с.

3. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин.-М.: Энергия, 1969.-632 с.

4. . Ермолин Н.П. Расчет коллекторных машин малой мощности. Л.: Энергия. 1973. – 216 с.

5. Справочник по электрическим машинам/ Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. Т.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.