Проектирование электродвигателя постоянного тока

4

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра”АЭЭС и С”

Курсовой проект

По дисциплине ”Электромеханика”

Тема ”Проектирование электродвигателя постоянного тока”

-

Выполнил: ст. гр.05ТС-1

Белов А.А.

Проверил: Джазовский Н.Б.

ПЕНЗА 2007 г.

Техническое задание

Объект проектирования - электродвигатель постоянного тока общего назначения.

Номинальный режим работы - продолжительный (S₁).

Номинальная отдаваемая мощность (P₂) 3 кВт.

Частота сети 50 Гц.

Номинальная частота вращения 1500 об/мин.

Предел регулирования частоты вращения вверх от номинальной ослаблением поля главных полюсов 3000 об/мин.

То же, вниз от номинальной частоты изменением напряжения на якоре 500 об/мин.

Номинальное напряжение 60 В.

Кратковременная перегрузка по току (I_max/I_H) 1,5.

Род возбуждения - параллельное со стабилизирующей последовательной обмоткой.

Источник и условия питания - теристорные преобразователи с коэффициентом пульсации не более 1,1.

Способ охлаждения ICO141: с наружным обдувом от вентилятора, расположенного на валу двигателя.

Изоляция класса нагревостойкости F.

Степень защиты от внешних воздействий IP44: закрытое исполнение.

Исполнение по способу монтажа IM 1001: машина с двумя подшипниковыми щитами на лапах, с одним горизонтально направленным цилиндрическим концом вала.

Климатические условия и категория размещения У4: умеренный климат, закрытое отапливаемое помещение, вентилируемое.

Вероятность безотказной работы обмотки за наработку 10000 часов P_об=0,9.

Форма выступающего конца вала цилиндрическая.

Способ соединения с приводным механизмом - упругая муфта.

Содержание

• 2. Сердечник якоря
• 3. Расчет сердечника главных полюсов
• 4. Сердечники добавочных полюсов
• 5. Станина
• 6. Обмотка якоря
• 7. Обмотка якоря с овальными полузакрытыми пазами
• 8. Обмотка добавочных полюсов
• 9. Стабилизирующая последовательная обмотка главных полюсов
• 10. Характеристика намагничивания машин
• 11. Параллельная обмотка главных полюсов
• 12. Стабилизирующая последовательная обмотка
• 13. Обмотка добавочных полюсов
• 14. Щетки и коллектор
• 15. Коммутационные параметры
• 16. Номинальный режим
• 17. Регулирование частоты вращения вверх
• 18. Регулирование частоты вращения вниз
• 19. Масса и динамические показатели
• Список используемой литературы

1. Главные размеры

h=132 мм

h₁=8ё5 мм

D_Н1max=252 мм

D_H2max=130 мм

?шт=5 мм - припуск на штамповку.

Ширина резаной ленты, из которой штампуются листы сердечника якоря: 135 мм.

Диаметр корпуса:

(внутренний диаметр сердечника статора)

Принимаем число пар полюсов равное 2p=4.

Наружный диаметр сердечника якоря:

D_H2=125

Принимаем отношение ЭДСк напряжению: k_н=0,899

Принимаем отношение тока якоря к току машины: k_т=0,962

Предварительное КПД: зґ=0,82

Расчетная (внутренняя) мощность:

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F.

Предварительное значение электромагнитных нагрузок A_{2 и} B_д:

A₂=150; B_д=0,58;

Коэффициент полюсной дуги: б=0,606

Расчетная длина сердечника якоря:

Отношение длины сердечника к его диаметру (расчетное и максимальное):

2. Сердечник якоря

Принимаем для сердечника якоря: сталь 2013, толщина 0,5 мм, листы сердечника якоря лакированные; форма пазов для двигателя полузакрытая овальная; род обмотки для двигателя - двухслойная всыпая; скос пазов для двигателя на Ѕ рубцового деления. Изолирование листов стали - лакирование (коэффициент заполнения стали ).

Припуск на сборку сердечника по ширине паза для штампов: b_с=0,1 мм.

Конструктивная длинна сердечника якоря:

Эффективная длинна сердечника якоря:

Предельное значение внутреннего диаметра листов якоря: D₂=41 мм.

3. Расчет сердечника главных полюсов

Принимаем для сердечников главных полюсов сталь 3411, толщина 1 мм, листы сердечников полюсов неизолированные; компенсационная обмотка не требуется; вид воздушного зазора между главными полюсами и якорем эксцентричный.

Рис. Лист главного полюса некомпенсированной машины с эксцентричным зазором.

Коэффициент заполнения сердечника сталью: k_с=0,98

Количество главных полюсов: 2p=4

Воздушный зазор между якорем и полюсной дугой:

Высота зазора у оси полюса:

Высота зазора у края полюса:

Длинна сердечника полюса:

Полюсное деление:

Расчетная ширина полюсной дуги:

Действительная ширина полюсной дуги:

Предварительная магнитная индукция в сердечнике полюса:

Предварительное значение магнитного потока в воздушном зазоре:

Эффективная длинна сердечника полюса:

Ширина сердечника полюса:

где, () - коэффициент магнитного рассеяния главных полюсов.

Ширина уступа полюса, предназначенная для упора обмотки возбуждения при ее креплении:

Высота в сечении листа главного полюса:

4. Сердечники добавочных полюсов

Принимаем для сердечников добавочных полюсов сталь марки 3411 толщиной 1 мм, листы сердечников неизолированные.

Рис. Лист добавочного полюса с шихтовкой вдоль оси машины.

Коэффициент заполнения сердечника сталью:

Количество добавочных полюсов:

Длина наконечника добавочного полюса:

Длина сердечника добавочного полюса:

Предварительный выбор среднего воздушного зазора между якорем и добавочным полюсом:

5. Станина

Принимаем монолитную станину из стали марки Ст.3.

Длина станины:

Предварительная магнитная индукция в станине:

Высота станины:

Средние значения высоты станины применяемые на практике:

Магнитная индукция в месте распространения магнитного потока в станине при входе его в главный полюс:

Внутренний диаметр монолитной станины:

Высота главного полюса:

Высота добавочного полюса:

6. Обмотка якоря

Предварительное значение тока якоря:

Принимаем волновую обмотку из провода ПТЭ-155.

Количество пар параллельных ветвей обмотки якоря: 2a=2

Предварительное количество витков обмотки якоря:

Количество проводников лежащих рядом по ширине в пазу:

Предварительное количество витков в секции:

Округляем предварительное количество витков в секции:

Предварительное количество пазов якоря:

Округляем предварительное количество пазов якоря:

Количество коллекторных пластин:

Зубцовое деление по наружному диаметру якоря:

Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах якоря и отсутствии петушков на коллекторе:

Коллекторное деление:

Проверка максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами при нагрузке:

где, - коэффициент искажения поля, равный отношению максимальных значений магнитной индукции при нагрузке и при холостом ходе.

Уточнение максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами:

Уточнение числа витков обмотки якоря:

Количество эффективных проводников в пазу:

Ток в пазу:

Уточняем линейные нагрузки якоря:

Шаг обмотки по реальным пазам:

Элементарные пазы , где - шаг по коллектору:

Первый частичный шаг по элементарным пазам:

Второй частичный шаг по элементарным пазам:

Высота паза в штампе якоря:

Высота спинки якоря:

7. Обмотка якоря с овальными полузакрытыми пазами

Рис. Форма и размер полузакрытого овального паза якоря.

Предварительная магнитная индукция в спинке якоря:

Магнитная индукция в спинке якоря: .Магнитная индукция в зубцах ротора: . Ширина зуба:

Радиус паза обмотки:

Радиус паза больший:

Значение ширины зуба, получаемое в соответствии с :

Расстояние между центрами радиусов:

Площадь поперечного сечения паза в штампе:

Площадь поперечного сечения паза в свету:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

Площадь поперечного сечения клина и прокладок:

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обкладкой:

Предварительный диаметр провода с изоляцией:

Отношение номинального диаметра неизолированного провода к диаметру изолированного провода:

Коэффициент заполнения паза:

Площадь поперечного сечения неизолированного провода:

Плотность тока в обмотке:

Удельная тепловая нагрузка якоря от потерь в обмотке:

Допустимое значение удельной тепловой нагрузки якоря от потерь в обмотке:

Среднее зубцовое деление якоря:

Средняя ширина секции обмотки:

Средняя длинна одной лобовой части секции:

Средняя длинна витка обмотки:

Сопротивление обмотки при температуре 20 °С:

Сопротивление обмотки при температуре 20 °С в относительных еденицах:

Рис. Пазы овальные полузакрытые.

Обмотка двухслойная, всыпная.

(1 - Синтофолий;

2 - Стеклолакоткань)

Сопротивление обмотки при температуре 20 °С в относительных единицах:

Длинна вылета лобовой части обмотки:

Ширина шлица паза:

8. Обмотка добавочных полюсов

Поперечная МДС якоря:

Предварительное количество витков катушек добавочного полюса:

Уточненное количество витков:

Уточненная МДС катушки:

Уточненное отношение МДС:

Среднее значение плотности тока в обмотке добавочных полюсов:

Предварительная площадь поперечного сечения проводника:

Принимаем провод ПЭТП - 155.

Принимаем стандартные размеры проводника (прямоугольного) без изоляции: . Площадь поперечного сечения принятого провода: . Размер провода с изоляцией: . Уточненная плотность тока в обмотке:

Предварительная ширина катушки:

Средняя длинна витка многослойной катушки из изолированных проводов:

Сопротивление обмотки при температуре 20°С:

Приближенная оценка правильности вычисления сопротивления обмотки при температуре 20 °С:

9. Стабилизирующая последовательная обмотка главных полюсов

МДС стабилизирующей обмотки на полюс:

Предварительное количество витков в катушке:

Уточненное количество витков в катушке:

Уточненное значение МДС обмотки:

Предварительная ширина катушки:

Средняя ширина витка многослойной катушки из изолированных проводов:

Сопротивление обмотки при температуре 20°С:

Приближенная оценка правильности вычисленного сопротивления обмотки при температуре 20 °С:

10. Характеристика намагничивания машин

Сопротивление обмоток якорной цепи двигателя, приведенное к стандартной рабочей температуре:

Уточнение ЭДС при номинальном режиме работы двигателя:

Уточненный магнитный поток:

Площадь поперечного сечения в воздушном зазоре:

Уточненная магнитная индукция в воздушном зазоре:

Коэффициент, уточняющий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря:

Общий коэффициент воздушного зазора:

МДС для воздушного зазора:

Площадь равновесного поперечного сечения зубцов:

Уточненная магнитная индукция в зубцах:

Напряженность магнитного поля в зубцах ротора и якоря:

Средняя длинна пути магнитного потока:

МДС для зубцов:

Площадь поперечного сечения спинки якоря без аксиальных каналов:

Уточненная магнитная индукция в спинке якоря:

Уточенная напряженность магнитного поля в зубцах ротора и якоря: . Средняя длинна пути магнитного потока:

МДС для стенки якоря:

Площадь поперечного сечения сердечника полюса:

Уточненная магнитная индукция в сердечнике полюса:

Уточненная напряженность магнитного поля в сердечнике полюса:

Средняя длина пути магнитного потока:

МДС для сердечника полюса:

Эквивалентный зазор в стыке между главным полюсом и станиной:

МДС для зазора:

Площадь поперечного сечения станины:

Уточненная магнитная индукция в станине:

Уточненная напряженность магнитного поля в станине:

Средняя длинна пути магнитного потока:

МДС для станины:

Суммарная магнитная сила магнитной цепи:

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

11. Параллельная обмотка главных полюсов

Размагничивающееся действие поперечной МДС якоря:

Размагничивающееся действие поперечной МДС якоря:

Размагничивающее действие:

МДС обмотки параллельного возбуждения главных полюсов:

Определение средней длинны витка обмотки:

Средняя длинна витка обмотки:

Предварительное поперечное сечение провода:

Принимаем круглый провод марки ПЭТ - 155.

Площадь поперечного сечения провода марки ПЭТ - 155:

Уточненный коэффициент запаса:

Диаметр изолированного провода:

Уточненный диаметр изолированного провода:

Среднее значение плотности тока в обмотке главного полюса:

Предварительное количество витков одной катушки:

Уточненное количество витков:

Уточненная плотность тока в обмотке:

Сопротивление обмотки при t = 20 °С:

Максимальный ток обмотки:

Максимальная МДС:

Принимаем трапециидальную форму поперечного сечения катушки с раскладкой витков по средней ширине N_Ш=34, по высоте N_В=42.

Ширина катушки на соответствующем участке:

Высота катушки на рассматриваемом участке:

12. Стабилизирующая последовательная обмотка

Ширина катушки на соответствующем участке:

Рис. Эскиз расположения катушек в межполюсном окне двигателя.

Высота катушки на соответствующем участке:

13. Обмотка добавочных полюсов

Принимаем форму параллелепипеда.

Соответствующая ширина катушки:

Высота катушки на соответствующем участке:

14. Щетки и коллектор

Стандартная ширина щетки:

Стандартная длинна щетки:

Число перекрытых щеткой коллекторных делений:

где, t_k - коллекторное деление.

Диэлектрическая проницаемость коллектора:

Ширина зоны коммутации:

Отношение ширины зоны коммутации к нейтральной зоне (между соседними наконечниками главных полюсов):

Контактная площадь одной щетки:

Необходимая контактная площадь всех щеток:

Количество щеток на одном бракете:

Количество щеток на одном бракете (округленное):

Уточненная контактная площадь всех щеток:

Уточненная плотность тока под щетками:

Активная длинна коллектора:

Окружная скорость коллектора при номинальной частоте вращения:

15. Коммутационные параметры

Проводимость рассеяния:

Максимально возможная окружная скорость якоря:

Реактивная ЭДС коммутирующих секций:

Среднее значение магнитной индукции в зазоре под добавочным полюсом:

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря:

Общий коэффициент воздушного зазора:

Необходимый зазор в добавочном полюсе:

Уточненный коэффициент показывающий влияние магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря:

Уточненный необходимый зазор в добавочном полюсе:

Магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при нормальной нагрузке:

Магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при нагрузке:

Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса при нормальной нагрузке:

Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса при нагрузке:

Площадь поперечного сечения сердечника добавочного полюса:

Магнитная индукция в сердечнике добавочного полюса при нагрузке:

Расчетная магнитная индукция на участках станины, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов:

Предельно допустимое максимальное значение магнитной индукции на участках станины, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов:

Расчетная магнитная индукция на участках спинки якоря, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов:

Предельно допустимое максимальное значение магнитной индукции на участках спинки якоря:

16. Номинальный режим

Масса стали зубцов якоря с овальными полузакрытыми пазами:

Магнитные потери в зубцах:

Масса стали спинки якоря:

Магнитные потери в спинке якоря:

Суммарные магнитные потери в стали:

Потери трение щеток о коллектор:

Потери на трение подшипников, трение о воздух и на вентиляцию машины:

Суммарные механические потери:

Добавочные потери у некомпенсированного двигателя:

Электромагнитная мощность двигателя:

ЭДС якоря двигателя:

Ток якоря двигателя:

Уточненный ток двигателя:

Подводимая мощность двигателя:

Суммарные потери в двигателе:

КПД машины:

Уточненный магнитный поток:

МДС магнитной цепи двигателя:

Размагничивающее действие:

Уточненное значение МДС оболочки:

Необходимая МДС параллельной или независимой обмотки главных полюсов двигателя:

Момент вращения на валу двигателя:

17. Регулирование частоты вращения вверх

Магнитный поток при наибольшей частоте вращения:

МДС при минимальном магнитном потоке:

Минимальный ток возбуждения:

Минимальная величина регулирующего сопротивления:

Частота вращения при холостом ходе:

18. Регулирование частоты вращения вниз

Допустимый момент вращения на валу при наименьшей частоте вращения двигателя:

Магнитный поток при наименьшей частоте вращения:

Ток якоря при n_min:

ЭДС при n_min:

Напряжение в якоре при n_min:

Результирующая МДС при n_min:

Размагничивающая МДС реакции якоря:

МДС стабилизирующей обмотки:

МДС обмотки возбуждения главных полюсов:

Ток обмотки возбуждения:

Максимальная величина регулируемого сопротивления:

19. Масса и динамические показатели

Масса проводов обмотки якоря:

Масса обмотки добавочных полюсов:

Масса стабилизирующей последовательной обмотки:

Масса параллельной или независимой обмотки главных полюсов:

Масса меди коллектора:

Суммарная масса проводов обмотки и меди коллектора:

Масса стали зубцов якоря с овальными полузакрытыми пазами:

Масса стали спинки якоря:

Масса сердечников главных полюсов:

Масса сердечников добавочных полюсов:

Масса массивной станины:

Суммарная масса активной стали:

Масса изоляции машины:

Масса конструкционных материалов:

Масса машины:

Динамический момент инерции якоря:

Электромеханическая постоянная времени якоря:

Список используемой литературы

1. "Проектирование электрических машин", О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко, Москва, "Высшая школа", 2001 г.

2. "Электрические машины", И.П. Копылов, Москва, "Высшая школа", 2002 г.