--PAGE_BREAK--3.3 Расчет геометрии зубцовой зоны
Высота паза якоря (согласно опыту построенных машин) составляет
=(0,24…0,35)∙0,073 =(0,018…0,026)
Принимаем 0,020 м.
Ширина зубца по (10.11) [2].
Частота перемагничивания стали зубцов
=(2/2)∙3000/60=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 50 Гц 1,3 Тл.
0,44×0,0088/1,3/∙0,95=0,0031 м,
Размеры паза в штампе принимаем согласно стр. 293 [1].
Принимаем ширину шлица паза (табл.8.14) 0,002 м;
высоту шлица паза (cм. рис.3.1) 0,0005 м.
Принимаем толщину клина 0,0005 м.
Исходя из условия паралельности граней, находим:
b2=(pD-2hп)/Z1-bz1=3,14×(0,073-2×0,02)/26)-0,0031 =0,0009 м = 0,9мм;
b1=p(D-2hш1 -2hк)/ Z1-bz1=3,14(0,073-2×0,0005-2∙0,0005)/ 26-
-0,0031 = 0,0055м =5,5мм;
по (8.44)- (8-45) [1] (=300)
hпк=hп-hш1 — hк=0,02-0,0005-0,0005 =0,0190 м =19мм.
Рис.3.2. Паз якоря
Согласно табл. 8.12. [1] припуск по ширине паза на сборку: 0,0001 м. припуск по высоте паза на сборку 0,0001 м.
Размеры паза в свету по (8.42) [1] с учетом припусков на сборку=0,0055-0,0001=0,0054 м=5,4мм;
=0,0009-0,0001=0,0008 м=0,8мм;
=0,0190-0,0001=0,0189 м=18,9мм.
Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в котором располагается обмотка, корпусная изоляция и прокладки (см. табл. 3.1.)
Высота паза без шлица по (8.44)
=0,0189-0,0005=0,0184 м.
Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в котором располагается обмотка, корпусная изоляция и прокладки (8.43)
=(0,0054+0,0008)/2·0,0184=0,0000570 м2.
Односторонняя толщина изоляции в пазу поз.1, рис.3.1 0,00045м.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции по (8.42) [1] согласно рис.3.1 и табл. 3.1( поз.1 и поз.2)
=0,00045∙ (2×0,0189+0,0054+0,0008)=0,00001980 м2 =19,8мм2,
Площадь поперечного сечения паза, которая остаётся свободной для размещения проводников обмотки по (8.48) [1]
=(0,0054+0,0008)×0,0189/2-0,00001980=0,00003879=38,79мм2.
Коэффициент заполнения паза изолированными проводниками определяем из 10.21 [2] :
(0,0003952×96×1)/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]
(26/2)×0,72×0,0031×0,044×0,95=0,001213 м2,
где 0,95 — коэффициент заполнения магнитопровода якоря сталью.
Для магнитопровода принимаем сталь 2013.Уточняем индукцию в сечении зубцов:
0,00165/0,001213=1,36 Тл.
3.4 Расчет обмотки якоря
Средняя длина лобовой части витка при =2
0,115=0,081 м.
Средняя длина витка обмотки якоря по (10.22) [2]
а) =0,044 м;
б)2×(0,044+0,081)=0,25 м.
Полная длина проводников обмотки якоря
2496×0,25=312м.
Сопротивление обмотки якоря при J=20°С
312,0/(57×106×0,000000100×(2)2)=13,68 Ом.
Сопротивление обмотки якоря при J=75°С для изоляции класса В
1,22×13,68=16,69 Ом.
Масса меди обмотки якоря по (10.26) [2]
8900×312,0×0,000000100=0,278 кг.
Расчет шагов обмотки:
а) шаг по коллектору и результирующий шаг
;
б) первый частичный шаг
52/2-=26;
в) второй частичный шаг
51-26=25.
Практическая схема обмотки приведена на рис. 3.4.
3.5 Коллектор и щетки
Ширина нейтральной зоны по (10.76) [2]
0,115-0,085=0,03 м.
Выбираем щетки марки ЭГ-14. Принимаем ширину щетки равной , =0,00242 м.
По табл. П.4.1 выбираем стандартные размеры щетки:
ширина щётки 0,004 м.
длина щётки 0,005 м.
высота щётки 0,01 м.
Поверхность соприкосновения щетки с коллектором
0,004×0,005=0,000020 м2.
Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором
2×0,000020=0,00004 м2.
Плотность тока под щетками по (8-83) [2]
2×2,6/0,00004=130000 А/м2.
Допустимая плотность тока для щетки марки ЭГ-14 .
Активная длина коллектора по оси вала согласно [4]
1,8 ×0,005=0,009 м.
Принимаем 0,009 м.
Полная длина коллектора по оси вала согласно [4]
0,009+5∙0,000395=0,0110м.
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)=52/2-26=0,0;
б)(0,004/0,00242 +2-2/2+0,0)× 0,00242 ´´0,073/0,04=0,0117 м.
Отношение
0,0117/(0,115-0,085)=0,39,
что удовлетворяет условию [4]
Коэффициент магнитной проводимости паза по (10.69) [2]
a) =×0,073×3000/60=11,5 м/с;
=∙lg(13,816)=1,138
б) (0,6∙2×0,02/(0,0055+0,0009)
+(0,081/0,044)+0,92∙1,138)=6,638.
Индуктивность обмотки якоря по (6.15) [4]
(12,56∙10-6∙4∙0,044∙
6,638/26)∙(2496/(2∙2∙2))2=54,938 мГн.
Реактивная ЭДС по (10.69) [2]
2×10-6×6,638×24×0,044×11978×11,5=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∙11978/(1-0,72)=0,0535 Т.
Затем определяем ЭДС, индуктируемую в коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря
2∙24∙11,5∙0,044∙0,0535=1,30 В.
Среднее значение результирующей ЭДС в короткозамкнутой секции якоря
=1,93+1,30=3,23 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)
54,938=54,94 мГн
Активное сопротивление цепи якоря (для расчета параметров электропривода в гл. 5)
13,68=13,68 Ом.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.7 Определение размеров магнитной цепи
Внутренний диаметр якоря и диаметр вала для машин малой мощности
(0,18…0,24)∙ 0,073=0,013…0,018м.
Принимаем 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)
=(0,073-0,015)/2-0,02=0,0090 м=9 мм;
б) расчетная высота спинки якоря по (8.124) для четырёхполюсних машин при , а также для двухполюсных машин
( 0,75·(0,5·0,073-0,02)=0,012
2/2=1
(2+1)/(3,2·1)·(0,073/2-0,02)=0,0155 м;
в противном случае
(0,073-0,015)/2-0,02=0,009 м.
Принимаем расчетную высоту спинки якоря 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 0,95.
Высота сердечника полюса малых машин предварительно может быть принята:
=(0,12…0,4)∙ 0,073=0,009...0,029м.
Принимаем 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 Т.
Определяется поперечное сечение сердечника полюса:
=1,1∙0,00165/ (1,2∙0,95)=0,0015921 м2,
где - минимальная ширина сердечника главного полюса
0,0015921/0,044=0,036 м.
Принимаем 0,036 м.
Индукция в сердечнике по табл.10.17 [2]
1,1×0,00165/(0,95×0,036×0,044)=1,21 Тл.
Индукция в станине в машинах для продолжительного режима работы принимается в пределах не более
Принимаем 1,2 Т.
Сечение станины предварительно
1,1×0,00165/(2×1,2∙0,95)=0,0007961 м2,
Длина станины по (10/52) [2]
0,0440 м.
Высота станины предварительно, табл.10.17 [2]
=0,0007961/0,0440=0,0181м.
Принимаем высоту станины 0,0181 м.
Сечение станины окончательно
=0,0181×0,0440=0,000796 м
Воздушный зазор для двигателей продолжительного режима [4]
0,25∙0,115∙11978∙10-6/0,45=0,00077 м. 0,00077 м.
Наружный размер станины с пямоугольным сечением по вертикали
0,073+2∙(0,00077 +0,029+0,0181)=0,169 м.
Внутренний размер станины по вертикали с прямоугольным сечением
0,169-2×0,0181=0,133 м.
Наружный размер станины по горизонтали с прямоугольным сечением выбираем на 10% больше
1,1∙0,169=0,186 м.
Принимаем 0,186 м.
Внутренний размер по горизонтали станины с прямоугольным сечением
0,186 -2×0,0181=0,150 м.
3.8 Расчетные сечения магнитной цепи
Сечение воздушного зазора, табл. 10.17 [2],
=0,085×0,044=0,00374 м2.
Длина стали якоря
0,044×0,95=0,042 м.
Минимальное сечение зубцов якоря, табл. 10.16 [2], Sz=0,001213 м2.
Расчетное сечение спинки якоря, табл. 10.16 [2],
0,042×0,0155=0,000651 м2.
Сечение сердечника главного полюса, табл. 10.16 [2],
0,95×0,044×0,036=0,00150 м2.
Сечение станины (см. п. 3.5.6) 0,000796 м2.
3.9 Средние длины магнитных линий
Воздушный зазор для двигателей продолжительного режима из 3.5.10 =0,00077 м.
Коэффициент воздушного зазора, учитывающий наличие пазов на якоре, по (10.50б) [2]
=(0,0088+10×0,00077)/(0,0088-0,002+10×0,00077)=1,14 м.
Расчетная длина воздушного зазора
1,14×0,00077=0,000878 м.
Длина магнитной линии в зубцах якоря
0,02=0,02 м.
Длина магнитной линии в спинке якоря
×(0,015+0,009)/2×2+0,009/2=0,023 м.
Длина магнитной линии в сердечнике главного полюса
0,029 м.
Длина магнитной линии в станине
(0,169+0,186-2∙0,0181)/(2)+0,0181/2=0,1775 м,
3.10 Индукция в расчетных сечениях магнитной цепи
Индукция в воздушном зазоре, табл. 10.16 [2],
0,00165/0,00374=0,44 Тл.
Расчетная индукция в сечении зубцов якоря, табл. 10.16 [2],
0,00165/0,001213=1,360Тл.
Индукция в зубцах якоря принимается до 1,3…1,5 Т.
Индукция в спинке якоря, табл. 10.16 [2],
0,00165/(2×0,000651)=1,27 Тл.
Максимальная индукция допускается до 1,3…1,5 Т.
Индукция в сердечнике главного полюса, табл. 10.16 [2],
1,1×0,00165/0,00150=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],
1,1×0,00165/(2×0,000796)=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
0,8×0,44×0,000878∙106=309,1 А.
Коэффициент вытеснения потока
0,0088×0,044/(0,0031×0,042)=2,97.
Магнитное напряжение ярма якоря Hj для стали 2013 определяется по основной кривой намагничивания табл. П.1.5 [2], значения которой введены в программу для автоматического определения ,
196×0,023=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]
=(0,0055+0,0009)/2=0,0032 м.
Коэффициент, определяющий отношение площадей поперечных сечений паза и зубца на половине высоты зубца,
=0,0032·0,044/(0,0031·0,044·0,95)=1,09.
Определяем по (4.32) [2]
Таблица 3.2.
=
=1,360-1,256∙10-6∙ 268 ∙1,09=
1,36
=1,36
По значению программа вычисляет по кривой намагничивания для стали 2013, а затем вычисляем МДС
268×0,02=5,4 А.
Магнитное напряжение сердечника главного полюса (сталь 2013), Hг определяется по табл. П.1.5 аналогично:
148×0,029=4,29 А.
Магнитное напряжение станины (шихтованная сталь 2013), Hc определяется по табл. П.1.5
132,24×0,1775= 23,5 А.
Суммарная МДС на полюс
309,1+5,4+4,5+4,29+23,5=347 А.
МДС переходного слоя
309,1+5,4+4,5=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
1,90
1,68
2,51
Hz
А/м
79
118
159
268
196
3060
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
74
111
133
196
6208
250000
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
71
106
126
148
3230
162000
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
0
0
0
0
0
0
Bc
Тл
0,57
0,86
1,03
1,14
1,25
1,31
Hc
А/м
66
100
119
132
180
228
Fc
А
12
18
21
23
32
40
Fсум
А
172
257
309
346
706
11121
Fперех
А
158
236
284
319
580
6383
22
еуд
В/об//мин
0,034
0,052
0,062
0,069
0,096
0,127
23
Вб
Тл
0,220
0,330
0,396
0,440
0,616
0,814
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).
продолжение
--PAGE_BREAK--
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:
=319-11978×0,085/2=-190 A,
Из переходной характеристики определяем (автоматически программой) минимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре под сбегающим краем полюса =-0,26.
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 у п.3.7.10, а потім повторити розрахунок, починаючи з п.3.7.10.
Максимальное значение намагничивающей силы под набегающим краем полюса:
=319+11978×0,085/2=828 A,
Из переходной характеристики определяем максимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре под набегающим краем полюса = 0,624
Из (10.35) [2] определяем среднее значение индукции в воздушном зазоре под нагрузкой:
=(-0,26+4×0,44+0,624 )/6=0,354 Тл,
где - номинальное значение индукции в воздушном зазоре в режиме холостого хода
Из переходной характеристики определяем (автоматически программой):= 253 А.
Определяем МДС поперечной реакции якоря:
=319-253 =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
=2∙2,5/(4∙2,21)=0,566 Ом.
Период коммутации
0,004/6,28=0,000637 с.
Средняя длина силовой линии поперечного поля якоря в междуполюсном пространстве двигателя
(0,115-0,085)/2=0,015 м.
Средняя эквивалентная индуктивность секции якоря
2∙24∙6,638∙10-6∙11978∙0,044∙0,004∙0,073/ (2,21∙0,04)=0,000084 Гн.
Коэффициенты определяются:
0,566∙0,000637/0,000084=4,29;
1,7∙2,1∙4,29/2,5=6,126;
1,7∙0,4∙4,29/2,5=1,167.
Коммутационная МДС якоря на один полюс
0,0117∙11978/(6,126+1,167+1))∙ (1+0,2∙3,14∙0,115/(0,015∙6,638))=15 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) ==66 А.
Число витков стабилизирующей обмотки на один полюс
66/2,21=29,86
Принимаем =30 витков.
Уточняем МДС стабилизирующей обмотки при номинальном режиме работы
30∙2,21=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 А/м2.
Расчетное сечение провода предварительно
=2,21/5000000=0,000000442 м2.
Принимаем по табл. 10.18 [2] круглый провод ПСД: по табл. П.3.1 [2] диаметр голого провода dГСО=0,00075 м, диаметр изолированного провода = 0,000815 м; = 0,000915 м,
сечение провода = 0,000000442 м2.
Окончательная плотность тока в проводнике стабилизирующей обмотки возбуждения
=2,21/0,000000442=5000000 А/м2.
Средняя длина витка стабилизирующей обмотки
=2×(0,044+0,036= 0,160 м.
Полная длина обмотки
2×0,160×30=9,60 м.
Сопротивление стабилизирующей обмотки возбуждения при °С
=9,60/(57×106×0,000000442)=0,38 Ом.
Сопротивление стабилизирующей обмотки возбуждения при °С
1,22×0,38 =0,46 Ом.
Масса меди стабилизирующей обмотки
8900×9,60×0,000000442=0,0378 кг.
Выбираем изоляцию обмоток: изоляция сердечника: эпоксидная смола, толщина 1 мм.
Потребная площадь окна для размещения стабилизирующей обмотки возбуждения на полюсе
30∙0,0009152∙106/0,84=30 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∙30=36 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∙11978=3,0 А.
Необходимая МДС шунтовой обмотки возбуждения на один полюс
347+66-66,3-15-3,0=328,7 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 А.
Принимаем предварительно ширину катушки параллельной обмотки
0,5∙(0,083-0,036)=0,024 м,
толщину изоляции обмотки возбуждения (изоляция сердечника полюса- эпоксидная смола толщиной 1 мм) 0,001 м. тогда средняя длина витка обмотки по (10.57) [2]
2×(0,044+0,036)+×(0,024+0,001)=
=0,239 м.
Расчетное сечение меди параллельной обмотки при последовательном соединении катушек полюсов по (10.58) [2]
1,1×2×329×0,239/(220×57×106)=
=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 м; сечение провода = 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
329∙0,00000000502/(3500000×0,000000013792)=2481.
Потребная площадь окна для размещения обмотки возбуждения на полюсе
2481∙0,00012∙106/0,84=30 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∙30=36 мм2.
На основании производится размещение обмотки возбуждения и уточнение высоты сердечника полюса.
Определяем номинальный ток возбуждения:
329/2481=0,13 А.
Полная длина обмотки
2×0,239×2481=1186 м.
Сопротивление обмотки возбуждения при °С
=1186/(57×106×0,00000000502)=4145 Ом.
Сопротивление обмотки возбуждения при °С
1,22×4145=5057 Ом.
Масса меди параллельной обмотки
8900×1186×0,00000000502=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]
2,212×16,69=81,5 Вт.
Электрические потери в обмотке возбуждения :
220×0,13= 28,6 Вт.
Электрические потери в переходном контакте щеток на коллекторе
2,5×2,21=5,5 Вт.
Потери на трение щеток о коллектор
0,00004×30000×0,2×6,28=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∙0,0732∙0,044=1,5 кг.
Масса коллектора с валом (стр. 232) [2]
6100∙0,042∙0,009=0,1 кг.
Потери в подшипниках
1,5∙(1,5+1,5)∙ 300010-3=7,2 Вт.
Потери на трение якоря о воздух при скорости вращения до 12000 об/мин
2∙0,0733∙30003∙0,044∙10-6=0,92 Вт.
Масса стали спинки ярма якоря по (10.103) [2]
7800××((0,073-2×0,02)2-0,0152)×0,044 ×0,95/4=0,22 кг
Условная масса стали зубцов якоря по (10.101) [2]
7800×26×0,0031 ∙0,02×0,044×0,95=0,53 кг
Магнитные потери в ярме якоря
a)= =2/2×3000/60=50 Гц;
б) 2,3×1,75×(50/50)1,4×1,272×0,22=1,43 Вт,
где p1,0/50=1,75 Вт/кг, по табл 6-24 [2] для стали 2312.
Магнитные потери в зубцах якоря
2,3×1,75×(50/50)1,4×1,362×0,53=3,95 Вт,
Добавочные потери
220×2,6=5,72 Вт.
Сумма потерь
81,5+28,6+5,5+1,5+7,2+0,92+3,95+1,43+5,72 =136 Вт.
Потребляемая мощность
=400+136=536Вт.
Коэффициент полезного действия по (8-97) [2]
400/(400+136)=0,746.
продолжение
--PAGE_BREAK--
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:
1,5+7,2+0,92+3,95+1,43=15,00 Вт.
МДС поперечной реакции якоря для нескольких значений тока якоря позволяют представим зависимостью от тока I в виде (п.12-14 [3]):
=66×/2,21А.
МДС стабилизирующей обмотки возбуждения для нескольких значений тока якоря представим зависимостью от тока I в виде :
=66,3×/2,21А.
Продольная коммутационная МДС якоря на один полюс представим зависимостью от тока I
0,5∙11978∙(/2,21)3∙0,0117/((6,126+(1,167+1) /2,21))∙(1+0,2∙3,14∙0,115/(0,015∙6,638))=11,20∙/(6,126+0,98) .
Задаваясь током якоря IТ, определяем ЭДС обмотки якоря:
б)220-×16,69-2,5, В.
Вычисляем результирующую МДС возбуждения:
329-66×/2,21+66,3×/2,21+11,20∙/(6,126+0,98 ), 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
=15,00/220=0,07, A.
Вычисляем ток двигателя:
IТ+0,13 A.
Потребляемая мощность двигателя
220×(IТ+0,13) Вт.
Полезная мощность на валу двигателя
(220-×16,69-2,5) -15,00-5,72×(2,6/ /+0,13)2, Вт.
Коэффициент полезного действия
.
Вращающий момент
, Н×м.
Результаты расчетов, по пп.15.1-15.12 для ряда значений тока якоря IТ, сведены в табл. 3.4, рабочие характеристики двигателя приведены на черт РР1.
Таблица 3.4 Рабочие характеристики двигателя
,
n,
h
0,13
0,07
216,3
329
0,0658
3287
0,07
44
0,000
0,000
0,13
0,5
208,9
329
0,066
3165
0,50
139
89
0,640
0,269
0,13
0,7
205,5
329
0,0658
3123
0,70
183
128
0,699
0,392
0,13
0,8
203,8
329
0,0658
3097
0,80
205
147
0,717
0,454
0,13
0,9
202,1
329
0,0658
3071
0,90
227
166
0,731
0,517
0,13
1
200,4
329
0,0658
3046
1,00
249
184
0,739
0,578
0,13
1,1
198,6
329
0,0658
3018
1,10
271
202
0,745
0,641
0,13
1,15
197,8
329
0,0658
3006
1,15
282
211
0,748
0,672
0,13
1,24
196,2
329
0,0658
2982
1,24
301
226
0,751
0,725
В результате расчета и построения рабочих характеристик двигателя установлены номинальные значения:
=400 Вт; =1,24 А; =3000 об/мин; =0,725 Hм;
= 0,13 А; =0,751; = 1,24 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,
h
0,13
0,07
216,3
329
0,0658
1,102
0,06
0,149
0,0
0,0
0,13
0,5
208,9
329
0,066
1,061
0,40
0,458
0,395
0,64
0,371034
0,13
0,7
205,5
329
0,0658
1,047
0,56
0,603
0,568
0,699
0,54069
0,13
0,8
203,8
329
0,0658
1,039
0,65
0,684
0,652
0,717
0,626207
0,13
0,9
202,1
329
0,0658
1,030
0,73
0,757
0,734
0,731
0,713103
0,13
1
200,4
329
0,0658
1,021
0,81
0,829
0,815
0,739
0,797241
0,13
1,1
198,6
329
0,0658
1,012
0,89
0,902
0,894
0,745
0,884138
0,13
1,15
197,8
329
0,0658
1,008
0,93
0,938
0,933
0,748
0,926897
0,13
1,24
196,2
329
0,0658
1,000
1,00
1,001
1,010
0,751
1,00
продолжение
--PAGE_BREAK--