СОДЕРЖАНИЕЛИСТ 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 ТОКАИсходные 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 двигателя1.1. Предварительное значение КПД при номинальной нагрузке ’ном = 0,755 1.2. Расчетная мощность двигателяPi = kд / Pном = 1,07 / 3 = 2,8 кВт, где kд = 1,07. 1.3. Наружный диаметр якоря и число главных полюсовD2 = 112 мм; 2p = 4. 1.4. Предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия при 2p = 4 и D2 = 112 мм ’i =0,65. 1.5. Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазореB’ = 0,58 Тл. 1.6. Предварительное значение линейной нагрузки А’2 = 210 102 А/м. 1.7. Расчетная длина сердечника якоря 6,1 1012Pi 6,1 1012 2,8li = _________________________________ = __________________________________________ = 114 мм.k’в k’об’i nномD22 B’ A’2 1 1 0,65 1500 1122 0,58 210 102 1.8. Коэффициент длины сердечника якоря = li / D2 = 114 / 112 = 1,02, что находится в пределах рекомендуемых значений. 1.9. Внутренний диаметр сердечника якоряD2вн = 0,31 D2 = 0,31112 = 39,2.2. Дополнительные размеры2.1. 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 0,9 мм, тогда max = 0,9 / 1,5 = 0,6 мм; min = 0,9 2 = 1,8 мм. 2.5. Длина сердечника главного полюсаlm = l2= 114 мм. 2.6. Предварительное значение высоты главного полюсаhm = 40 мм. 2.7. Полюсное деление D2 / 2p = 3,14 112 / 4 = 88 мм. 2.8. Магнитная индукция в сердечнике главного полюсаBm = 1,65 Тл. 2.9. Ширина сердечника главного полюсаB ’’i ’ 0,58 0,65 88 1,2bm = _______________ = _______________________ = 24 мм.k’c1 Bm 0,98 1,65 2.10. Ширина выступа полюсного наконечника главного полюсаbmн = 0,10 bm = 1,10 24 2 мм. 2.11. Высота полюсного наконечника в основании выступаB ’ 0,58 hm = ___________ (bp - bm)= _________________ (57 - 24)= 7 мм, 1,67 Bm 1,67 1,65где длина полюсного наконечникаbp = ’i = 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 полюсаlд = l2 = 114 мм. 2.14. Ширина сердечника добавочного полюсаbд = 20 мм. Число добавочных полюсов 2pд = 4. 2.15. Воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом д = 3 мм. 2.16. Длина станиныlc1 = l2 + kl = 114 + 0,65 88 = 171 мм, где kl = 0,65. Материал станины - сталь марки Ст3. 2.17. Толщина станиныB’’i ’ l2 0,58 0,65 88 1,2 114hc1 = ___________________ = ___________________________ ~ 10,3 мм, 2 Bc1 lc1 2 1,28 171 где Bc1 = 1,28 Тл. 2.18. Внутренний диаметр станиныD1вн = D2 + 2min + 2hm + 2= 112 + 2 0,6 + 2 40 + 2 0,9 = 195 мм. 2.19. Наружный диаметр станиныD1 = D1вн + 2hc1 = 195 + 2 10,3 = 215,6 мм.3. Обмотка якоря 3.1. Номинальный ток якоряPном 103 3 103I2ном = _______________ (1 - ki) = ______________ (1 - 0,1) = 16 А, ’номUном 0,755 220 Так как I2ном 3.2. Принимаем зубцовое делениеt2 = 15 мм. 3.3. Число пазов якоряz2 = D2 / t2 = 3,14 112 / 15 = 23 паза, что удовлетворяет требованиям таблицы. 3.4. Число эффективных проводников в обмотке якоряN2 = A’2 D2 2а2 / I’2ном 103 = 210 102 3,14 112 2 / 16 103 = 923.Принимаем N2 =920, тогдаN2 / z2 = 920 / 23 = 40. 3.5. Диаметр коллектораDк = 0,80 D2 = 0,80 112 = 90 мм,что соответствует стандартному значению Dк . Максимальная окружная скорость на коллектореvmax = Dкnmax / 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 № Варианта Uп K=Uп z2 Dк, мм tк , мм N2Wc2= _____ 2K Uк ,В 5 115 90 3,0 4 7,6 3.7. Шаги обмотки якоря:первый частичный шаг по якорю y1 = (zэ / 2p) + = (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) + = (23 / 4) + 0,25 = 6. 3.8. Уточненное значение линейной нагрузкиN2I2ном 920 16 A2 = ________________ = ____________________ = 209 10 2 А/м 2а2 D2 10-3 2 3,14 112 10-3гдеN2 = 2Uпz2 c2 = 2 5 23 4 = 920.4. Пазы якоря полузакрытые овальные4.1. Частота перемагничивания якоряf2 = p nном / 60 = 2 1500 / 60 = 50 Гц. 4.2. Ширина зубца якоря в его основанииbz2min = B ’t2 / kc2B ’z2max = 15 0,58 / 0,95 2,3 = 3,98 мм, гдеBz2max = 2,3 Тл. 4.3. Высота зубца якоряhz2 = 21 мм. 4.4. Высота спинки якоряD2 - D2вн (112 - 39)hc2 = _____________ - hz2 = _______________ - 21= 15,5 мм. 2 2 4.5. Магнитная индукция в спинке якоряB’ ’i Bс2 = _________________________ = _________________________________ = 0,78 Тл. 2kc2 (hc2 - __dк2) 2 0,95 (15,5 - __ 0) 4.6. Ширина паза (A2 - 2 hz2) 3,14 (112 - 2 19)bп2 = __________________ - bz2min = ____________________ - 3,86 = 6,24 мм. z2 23 4.7. Диаметр меньшей окружности паза (D2 - 2hz2) - z2 bz2 3,14 (112 - 2 0,8) - 23 3,98dп2 = _____________________________ = ____________________________________________ = 5,46 мм.z2 - 4.8. Диаметр большой окружности паза (D2 - 2hш2) - z2bz2 3,14 (112 - 2 0,8) - 23 3,98d’п2 = _________________________ = _________________________________________ = 9,76 мм,z2 + 23 + 3,14 Расстояние между центрами окружностейhп2 = hz2 - hш2 - 0,5 (d’п2 + dп2) = 21 - 0,8 - 0,5 (9,76 + 5,46) = 12,6 мм. 4.9. Площадь паза в светуSп2 = ( / 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 обмоткойSоб = Sп2 - Sи- (Sкл + Sпр) = 142 - 17,2 - 8,19 = 116,6 мм2, где Sи - площадь, занимаемая корпусной изоляцией, мм2Sи ~ 0,5 bи ( d’п2 + 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 сеченияd’из = Kз2 Sобz2 / N2 = 0,70 142 23 / 920 = 1,58 мм. Уточненное значение коэффициента заполнения паза якоря при стандартном диаметре изолированного проводаKз2 = N2d2из / Sобz2 = 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,приD2 = 112 мм,принимаемA2 доп = 1,1 1011 А2/ мм3. 4.13. Плотность тока в обмотке якоря2 = 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 якоря5.1. Среднее значение зубцового деления якоряtср2 = (D2 - hz2) / z2 = 3,14 (112 - 21) / 23 = 12,4 мм. 5.2. Средняя ширина секции обмотки якоряbс,ср = tср2yz = 12,4 6 = 74 мм. 5.3. Средняя длина одной лобовой части обмоткиbс,ср 74bл2 = __________________________ - 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 cuN2lср2 103 24,4 10-9 920 798 103r2 = ____________________ = ___________________________ = 1,26 Ом. 2(2a2)2nэл q2эл 2 (2)2 1 1,7676. Расчет магнитной цепи6.1. Предварительное значение ЭДС двигателя при номинальной нагрузке Е’2ном = 0,5 Uном (1 + ’ном ) = 0,5 220 (1 + 0,755) = 193 В. 6.2. Полезный магнитный поток 60а2 Е2ном 60 1 193 Ф = _________________ = ______________________ = 0,0042 Вб.p N2nном 2 920 1500 6.3. Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре Ф 106 0,0042 106B = ____________ = ________________ = 0,64 Тл. ’i li 0,65 88 114 6.4. Коэффициента воздушного зазораk = kkб = 1,32 1,24 = 1,64bп2 6,24k= 1 + ___________________________ = 1 + _________________________________ = 1,32t2 - bп2 + 5 t2 / bп2 15 - 6,24 + 5 0,9 15 / 6,24 nб lб hб 0,25 147 3 k= 1 + ___________________________ = 1 + _________________________________ = 1,33l2 ( + hб) - nб lб hб 114 (0,9 + 3) - 0,25 147 3гдеnь lь = 0,25 l2 ; hб = 3 мм. 6.5. Магнитное напряжение воздушного зазораF = 0,8 B k 103 = 0,8 0,5 0.9 1,3 103 = 478,8 A. 6.6. Магнитная индукция в наименованием сечением зубцаBzmax = Bt2 / kc2 bz2min = 0,34 15 / 0,95 3,98 = 2,54 Тл,гдеbz2min = 3,98. 6.7. Ширина зубца в его наибольшем расчетном сеченииbz2max = t2 - bп2 = 15 - 6,24 = 8,76 мм. 6.8. Ширина зубца в его среднем расчетном сеченииbz2ср = 0,5 (bz2min - bz2max ) = 0,5 (3,98 + 8,76) = 6,31 мм. 6.9. Магнитная индукция в расчетных сечениях зубца:в наименьшемBz2max = 1,98 Тл;в наибольшемBz2min = Bt2 / kc2 bz2max = 0,64 15 / 0,95 8,76 = 1,15 Тл,в среднемBz2ср = Bt2 / kc2 bz2ср = 0,64 15 / 0,95 6б31 = 1,60 Тл, 6.10. Коэффициент для определения напряженности магнитного поля в наименьшем сечении зубцаkп2max = t2 / kc2bz2min = 15 / 0,95 3,98 = 3,96. 6.11. Напряженность поля при Bz2max = 1,94 Тлдля стали марки 2013Hz2max = 1 104 А/м .6.12. Напряженность поля при Bz2min = 0,9 ТлBz2ср = 1,25 ТлHz2min = 190 А/мHz2ср = 430 А/м 6.13. Расчетное значение напряженности поля в зубцеHz2 = (Hz2max +4Hz2ср + Hz2min) / 6= (1 104 + 4 430 + 190) / 6 = 320 103 А/м 6.14. Магнитное напряжение зубцового слоя якоряFz2 = Hz2 hz2 10-3 = 320 103 21 10-3 = 6720 А. 6.15. Магнитная индукция в спинке якоряB i Bс2 = _________________________ = _________________________________ = 1,24 Тл. 2kc2 (hc2 - __dк2) 2 0,95 (15,5 - __ 0) 6.16. Расчетная длина магнитной силовой линии в спинке якоряLc2 = ( / 2p) (D2вн + hc2) + hc2 = (3,14 / 4)(39 + 15,5) + 15,5 = 58 мм. 6.17. Напряженность поля в спинке якоря Hс2 = 225 A/м. 6.18. Магнитное напряжение спинки якоряFc2= Hс2 Lc2 10-3 = 225 490 10-3 = 110 A. 6.19. Магнитная индукция в сердечнике главного полюса гФ 106 1,2 0,0042 106 Bт = ______________ = ___________________ = 1,88 Тл.lт kc1 bт 114 0,98 24 6.20. Напряженность поля в сердечнике главного полюсаHт = 760 A/м 6.21. Магнитное напряжение сердечника главного полюсаFт = HтLт 10-3 = 760 40 10-3 = 30 A,гдеLт = hт = 40 мм. 6.22. Зазор между главным полюсом и станиной тс1 = 2 lт 10-4 + 0,1 = 2 114 10-4 + 0,1 = 1, 122 мм. 6.23. Магнитное напряжение зазора между главным полюсом и станинойFтс= 0,8 Bт тс1103 = 0,8 1,45 0.122 103 = 141 A. 6.24. Магнитная индукция в спинке станины гФ 106 1,2 0,0042 106 Bт = ______________ = ___________________ = 1,43 Тл. 2 lс1 hc1 2 171,2 10,3 lс1 ~ l2 + kl = 114 + 0,65 88 = 171,2 Полученное значение магнитной индукции мало отличается от принятого 6.25. Напряженность поля в спинке станины по таблице для массивных станинHс1 = 1127 A/м. 6.26. Расчетная длина магнитной силовой линии в спинке станиныLc1 = ( / 2p) (D1вн + hc1) + hc1 = (3,14 / 4)(195 + 10,3) + 10,3 = 171 мм. 6.27. Магнитное напряжение станиныFc1= Hс1 Lc1 10-3 = 1127 171 10-3 = 193 A.6.28. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме холостого ходаFво = 2 F + 2 Fz2 + Fc2 + 2 Fт + 2 Fтс + Fc1 = = 2 478,8 + 2 6720 + 2 110 + 2 30 + 193 = 15385 A.7. Обмотка возбуждения7.1. Поперечная МДС обмотки якоря на пару полюсовF2= 0,5 N2 I2ном / 2a2 p = 0,5 920 16 / 2 2 = 1840 A. 7.2. Коэффициент учитывающий размагничивающее действие МДС поперечной реакции якоря приBz2max = 1,98 Тл,F2/ Fво = 1840 / 15385 = 0,12kp,2 = 0,175 7.3. Размагничивающее действие МДС поперечной реакции якоря на пару полюсовFqd= kp,2F2 = 0,175 1840 = 322 A. 7.4. Требуемое значение МДС обмотки возбуждения при нагрузке на пару полюсовFв,н = Fво + Fqd - Fc = 15385 + 322 - 276 = 15431 A, где МДС стабилизирующей обмотки на пару полюсовFc = 0,15 F2 = 0,15 1840 = 276 A. 7.5. Средняя длина витка многослойной полюсной катушки параллельного возбужденияlср,к = 2 (lт + bт) + (bк,ш + 2bиз + 2bз + 2bк) = 2 (114 + 24) + 3,14 (15 + 2 0,2 + 2 0,6 + 2 2) = 340 мм, где ширина катушкиbк,ш = 15 мм, толщина изоляции катушкиbиз = 0,2 мм, односторонний зазор между катушкой и сердечником полюсаbз = 0,6 мм, толщина каркасаbк = 2 мм. 7.6. Площадь поперечного сечения обмоточного провода (при последовательном соединении всех полюсных катушек) q’в = Fв,нkзап cup lср,к 103 / Uв = 15431 1,05 24,4 10-9 340 103 = 0,157 мм2, По таблице принимаем катушку возбуждения из изолированного провода круглого сечения, многослойную по ширине и высоте; принимаем провод марки ПЭТ - 155 qв = 1,539 мм2,d = 1,4 мм2,dиз = 1,485 мм2. 7.7. Число витков в полюсной катушке к,в = Fв,н / 2 ’в qв = 15431 / 2 5 0,157 = 127, где плотность тока по ’в = 5 A/мм2. 7.8. Сопротивление обмотки возбужденияrв = cu 2к, в lср,к 103 / qв = 24,4 10-9 4 127 340 103 / 0,157= 27 Ом. 7.9. Наибольшее значение тока возбужденияIв = Uв / rв = 220 / 27 = 8,1 А. 7.10. Уточненное значение плотности тока в обмотке возбуждения В = I в / qв = 8,1 / 1,539 = 5,2 А/мм2.7.11. Число витков в полюсной катушке стабилизирующей обмотки к,c = Fсac / I2ном = 276 1 / 16 = 17,25 ,принимаем к,c = 17, число параллельных ветвей ac = 1 . 7.12. Площадь поперечного сечения обмоточного провода стабилизирующей обмотки q’c = I2ном / ac c = 16 / 1 4,9 = 3,265 мм2 . 7.13. По таблице принимаем для изготовления полюсных катушек стабилизирующей обмотки неизолированный медный провод круглого сечения. qc =3,53 мм2,d = 2,12 мм2,dиз = 2,22 мм2. 7.14. Уточненное значение плотности тока в стабилизирующей обмотке c = I2ном / ac qc = 16 /1 3,53 = 4,532 А/мм2. 7.15. Радиус закругления медного провода катушки стабилизирующей обмоткиr = 0,5 (bc + 2bз) = 0,5 (4,25 + 2 0,6) = 2,725 мм,минимально допустимый радиус закругленияrmin = 0,05 b2 / a = 0,05 4,252 / 0,80 = 1,13 мм. 7.16. Средняя длина витка катушки стабилизирующей обмоткиlср,к = 2 (lт + bт) + (bк,с + 2 r) = 2 (114 +24) + 3,14 (13 + 2 2,725) = 334 мм,гдеbк,с = b = 13 мм. 7.17. Сопротивление стабилизирующей обмотки 2pcu lср,к к,c 103 4 24,4 10-9 340 17 103rс = ________________________ = ____________________________ = 0,157 Ом.ac2 qc 12 3,538. Обмотка добавочных полюсов8.1. Число витков катушки добавочного полюса к,д = kдF2aд / 2I2ном =1,25 1840 1 / 2 16 = 71,875 витков,принимаем к,д = 72 витка,гдеaд = 1,kд = 1,25 8.2. Площадь поперечного сечения проводника катушки добавочного полюса q’д = I2ном / aдд = 16 / 1 4,9 = 3,26 мм2 . д = 4,9. 8.3. Принимаем для изготовления катушек добавочных полюсов голый медный провод круглого сечения по таблице qд = 3,53 мм2. 8.4. Уточненное значение плотности тока в обмотке добавочных полюсов д = I2ном / aд qд = 16 / 1 3,53 = 4,53 A/мм2 . 8.5. Средняя длина витка катушки добавочного полюсаlср,к = 2lд + (bд + bк,д + 2bз + 2bиз) = 2 114 + 3,14 (2 + 13 + 2 0,6 + 2 0,2) = =280 мм,гдеbк,д = b = 13,bз = 0,6,bиз = 0,2. 8.6. Сопротивление обмотки добавочных полюсов cu lср,к к,д 2p 103 24,4 10-9 340 72 4 103rд = ________________________ = ____________________________ = 0,66 Ом.aд2 qд 12 3,539. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов9.1. Ширина многослойной катушки главного полюсаbк,в = kpNш dиз + bиз,пр = 1,05 10,1 1,485 + 2,4 = 18,1 мм,гдеNш = bк,ш / dиз = 15 / 1,485 = 10,1kp = 1,05,bиз, пр = 2 + 0,2 2 =2,4 мм. 9.2. Высота многослойной катушки главного полюса с учетом разделения полюсной катушки на две части вентиляционным каналом ширинойbв,к = 0, hк,в = kpNв dиз + hиз,пр + bв,к = 1,05 12,5 1,485 + 1,485 0 = 21 мм,где Nв - число изолированных проводов по высоте катушки:Nв = к,в / Nш = 127 / 10,1 = 12,5;высота прокладок и каркасаhиз,пр = 1,485 мм. 9.3. Высота полюсной катушки стабилизирующей обмоткиhк,с = h + hиз,пр = 1,485 мм,гдеhиз,пр = 1,485 мм. 9.4. Общая высота катушек и вентиляционного канала главного полюсаhr,п = hк,в + hк,с = 21 + 1,485 = 22,485 мм. 9.5. Площадь занимаемая непосредственно в межполюсном окне двумя частями (секциями) катушки возбуждения, включая все прокладки и вентиляционный зазор Qк,в = bк,вhк,в = 18,1 21 = 380 мм2.Рис. 2. Эскиз междуполюсного окна двигателя постоянного тока (3 кВт, 220 В, 1500 об/мин). 9.6. Высота катушки добавочного полюса из неизолированной медиhк,д = kp [к,дh + 0,3(к,д - 3)] + 2 = = 1,05 [71,85 0 +0,3(71,85 - 3)] + 2 ~ 24 мм. 9.7. На рисунке показан эскиз межполюсного окна. При этом площадь занимаемая полюсной катушкой возбуждения из двух секций, включая вентиляционный зазор 0 мм, составляет Qк,в = 380 мм2, а компоновка этих секций такова, что минимальный воздушный промежуток между выступающими краями главных и добавочных полюсов, а так же между краями полюсных катушек и внутренней поверхностью станины составляет 0 мм.10. Щетки и коллектор10.1. Расчетная ширина щеткиDк а2 90 1bщ’ = kз,кbн,з_____ - tк (Nш + к - _____ ) = 0,75 31 _____ - 3 (4 + 0,25 - ___ ) = 7,68 мм;D2 p 112 2здесьkз, к = 0,75;tк = 3 мм;bн, з = - bр = 88 - 57 = 31 мм; к = (K / 2p) - y1 = (115 / 4) - 29 = 0,25.По таблице принимаем стандартную ширину щеткиbщ = 8 мм. 10.2. Число перекрываемых щеткой коллекторных делений = bщ / tк = 8 / 3 = 2,что находится в пределах рекомендуемых значений для простой волновой обмотки якоря. 10.3. Контактная площадь всех щеток Sщ = 2 Iном / ’щ = 2 16 / 0,11 = 290 мм2 ,где принимаем по таблице для электрографитированных щеток марки ЭГ14 щ = 0,11 А/мм2. 10.4. Контактная площадь щеток одного бракетаSщ,,б = Sщ / 2p = 290 / 4 = 73 мм2 . 10.5. Требуемая длина щеткиl’щ = Sщ ,б / bщ = 73 / 8 = 9,125 мм,принимаем на одном бракете по одной щетке (Nщ,б = 1).Длина одной щеткиlщ = 10 мм. 10.6. Плотность тока под щеткой щ = 2 Iном / Nщ,б bщ lщ 2p = 2 16 / 1 8 10 4 = 0,1 А/мм2 ,что не превышает рекомендуемого значения ’щ = 0,11 А/ мм2. 10.7. Активная длина коллектора при шахматном расположении щетокlк = Nщ,б (lщ + 8) + 10 = 1 (10 + 8) + 10 = 28 мм. 10.8. Ширина коллекторной пластины bк = tк - bиз = 3 - 0,2 = 2,8 мм,толщина изоляционной прокладкиbиз = 0,2 мм.11. Расчет коммутации11.1. Окружная скорость якоряU2 = D2n 10-3 / 60 = 3,14 112 150 10-3 / 60 = 8,792 м/с. 11.2. Приведенный коэффициент проводимости пазового рассеяния якоря при круглых пазахhz2hш2lл2 2,5 108a2 = 0,6 _____ + _____ + _____ + ________________________ = dп2bш2 l2 c2l2 A22p 21 0,8 291 2,5 108 1 = 0,6 _____ + _____ + _____ + _____________________________ = 10,142 . 6,24 6,24 114 4 114 209 102 8,79 2 11.3. Реактивная ЭДСEp = 2 c2liv2 10-5 = 2 4 114 209 102 8,792 6,49 10-5 = 10876 B. 12. Потери и КПД12.1. Масса зубцового слоя якоряdп2 + d’п2Gz2 = 7,8 10-6z2bz2 (hп2 + _______________ ) likc = 4 5,46 + 9,76 = 7,8 10-6 24 6,36 ( 12,6 _______________ ) 114 0,95 = 2,01 кг. 4 12.2. Масса стали спинки якоряGс2 = 7,8 10-6 {( / 4)[(D2 - 2 hz2)2 - D22вн - d2к2nк2]} likc = = 7,8 10-6 {( / 4)[(112 - 2 21)2 - 39,22 - 0 0]}114 0,95 = 2,23 кг. 12.3. Магнитные потери в сердечнике якоряPм2 = 2,3 P1,0/50 (f2 / 50) (B2z2срGz2 + B2c2Gс2) = = 4,02 (1,252 2,60 + 0,972 2,88) = 27 Вт,гдеf2 = p n / 60 = 2 1500 / 60 = 50 Гц;P1,0/50 = 1,75 Вт/кг; = 1,4;принимаем 2,3 P1,0/50 (f2 / 50) = 4,02 Вт/кг; 12.4. Электрические потери в обмотке возбужденияPэ,в = U2в / rв = 2202 / 25,6 = 1891 Вт. 12.5. Электродвижущая сила якоря при номинальной нагрузке двигателяP N2 2 920E2ном = ___________ Фnном = ___________ 0,0048 1500= 193,2 В. 60а2 60 1 12.6. Уточненное значение тока якоря при номинальной нагрузкеI2ном = (Uном + E2ном - Uщ ) / r = (220 193,2 - 2,5) / 2,207 = 10,7 A, r = r2 + rc +rд = 1,39 + 0,15 + 0,66 = 2,207 Ом, Uщ = 2,5 В. 12.7. Электрические потери в обмотке якоряPэ2 = I22номr2 = 10,72 1,39 = 162 Вт. 12.8. Электрические потери в обмотках статора, включенных последовательно с обмоткой якоряPэ,п1 = I22ном (rд + rc) = 10,72 (0,66 + 0,157) = 93,5 Вт. 12.9. Электрические потери в переходном щеточном контактеPэ,щ = Uщ I22ном = 2,5 10,7 = 26,75 Bт. 12.10. Потери на трение щеток о коллектор где окружная скорость на коллектореPт,щ = 0,5 Sщ v2 = 0,5 290 7,06 = 10,24 Bт,где окружная скорость на коллектореvк = Dкnном / 60 10-3 = 3,14 90 1500 / 60 10-3 = 7,06 м/с.12.11. Потери на трение в подшипниках и на вентиляциюPт.п,в = 20 ВтРис.3. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока ( 3 кВт, 220 В, 1500 об/мин).12.12. Суммарные механические потериPмех = Pт,щ + Pт.п,в = 10,24 + 20 = 30,24 Вт. 12.13. Добавочные потериPдоб = 0,001 Pном / ном 10-3 = 0,001 3 / 0,755 10-3 = 0,012 Вт. 12.14. Суммарные потери в двигателе P = (Pм2 + Pэ2 + Pэ,в + Pэ,п1 + Pэ,щ + Pмех + Pдоб) 10-3 = = (27 = 162 + 1891 + 93,5 + 26,75 + 30,24 + 0,012) 10-3 = 2,23 кВт. 12.15. Коэффициент полезного действия двигателя при номинальной нагрузке д,ном = 1 - P/ P1 = 1 -2,23 / 4,3 = 0,48,гдеP1 = Uном (I2ном + Iв) 10-3 = 230 (10,7 + 8,6) 10-3 = 4,3 Вт.13. Рабочие характеристики двигателя Расчет рабочих характеристик двигателя приведен в таблице. По данным этой таблицы построены рабочие характеристики рисунок 3. = I2 / I2ном 0,2 0,50 0,75 1,0 1,25 I2 ,A 3,2 8 12 16 20 Pm2+Pэ,в+Pмех, Вт 121,82 109,62 164,43 219,24 121,82 Pэ2, Вт 32,4 81 20,16 162 202,5 Pэ,п 2, Вт 18,7 46,8 70,1 93,5 116,9 Pэ,щ, Вт 5,35 13,37 20,06 26,75 33,43 Pдоб, Вт 0,0025 0,006 0,009 0,012 0,015 P, кВт 0,45 1,12 1,67 2,23 2,79 I=I2 +Iв,А 4,8 12,1 18,1 24,1 30,1 P1=Uном I10-3,Вт 10,60 26,51 39,76 53,02 66,28 0,151 0,378 0,566 0,755 0,944 P2= P1 8,01 20,01 30,02 40,03 50,04 E2, B 38,6 96,6 144,9 193,2 241,5 n , об/мин 300 750 1125 1500 1875