Расчет двигателя постоянного тока

6. Магнитное напряжение воздушного зазора между главным  полюсом и станиной:

 

F_С.П = 1.6·B_r·L_С.П∙10⁶= 1.6·1.26·0.000157·10⁶ = 316.512  А 
 

9.7  Магнитное напряжение станины: 
 

F_С = H_СL_С = 550·0.1247 = 68.585 А 

9.8  Суммарная МДС на пару полюсов: 
 

F_Σ = F_δ + F_Z + F_j + F_r + F_С.П + F_C = 1456.77 + 1877.92 + 45.1+ 15.64 +

+316.512+198.273 = 3780.527 А 

9.9  МДС переходного слоя: 

F_δZj = F_δ + F_Z + F_j = 1456.77+1877.92+45.1 = 3379.79 A 

Аналогично  производится расчёт для потоков  равных 0,5; 0,75; 0,9; 1,1; 1,15 от номинального значения. Результаты расчёта сведены  в таблицу 1. 
 
 
 
 
 
 

 

Таблица 1 –  Расчёт характеристики намагничивания машины. 

 

 

По данным таблицы  строятся характеристика намагничивания

B_δ=f (F_Σ)и переходная характеристика B_δ=f (F_δZi) 

Рисунок 1. Характеристика намагничивания и переходная характеристика 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10 Расчёт параллельной  обмотки возбуждения 

10.1 Размагничивающее действие реакции якоря: 

F_qd = 180 А. 
 

10.2 Необходимая МДС параллельной обмотки: 
 

F_В = F_Σ + F_qd = 3780.527 + 180 = 3960.527 А 
 

10.3 Средняя длина витка катушки параллельной обмотки: 
 

l_ср.в. = 2(l_r + b_r) + π(b_КТ.В + 2Δ_ИЗ), м 
 

        где  b_КТ.В = 0.03 – ширина катушки, м;

        Δ_ИЗ = 0.75·10^-3 – толщина изоляции, м. 

        Тогда:

l_ср.в. = 2(0.285 + 0.0469) + 3.14(0.03 + 2·0.75·10^-3) = 0.67 м 
 

10.4 Сечение меди параллельной обмотки: 
 
 

 

        где  К_З.В = 1.1 – коэффициент запаса;

        m = 1.22 – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления меди при увеличении температуры до 75˚С. 

        Тогда:

 
 

       Окончательно принимаем стандартный круглый медный провод марки ПЭТВ с сечением q_В = 0.283 мм², диаметром без изоляции d = 0.6 мм и диаметром с изоляцией d_ИЗ = 0.655 мм. 
 

10.5 Номинальная плотность тока принимается: 
 
 

J_В = 4.45·10⁶ А/м² 
 

10.6 Число витков на пару полюсов: 
 
 
 

 

 

10.7 Номинальный ток возбуждения:  
 
 

  

10.8 Полная длина обмотки: 
 
 
 

L_B = p·l_СР.В·W_B = 2·0.67·3145 = 4214.3 м 
 

10.9 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре υ=20˚С: 
 
 

 
 

10.10 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре υ=75˚С: 
 
 
 

R_B75 = m·R_B20 = 1.22·261.25 = 318.73 Ом 
 

10.11 Масса меди параллельной обмотки: 
 
 
 

m_м.в. = 8.9·l_в.ср.·W_в·q_в·10³ = 8.9·0.67·3145·0.283·10^-6·10³ = 5.307 кг 
 

 

11 Коллектор и щётки 

11.1 Ширина нейтральной зоны: 

b_Н.З = τ– b_Р = 0.126 – 0.0781 = 0.0479 м 

11.2 Ширина щётки для простой волновой обмотки: 

b_Щ = 3.5t_К = 3.5·0.00327 = 0.0115 м 

       Окончательно принимаем стандартную  ширину щётки: b_Щ = 0.0125 м. Длина щётки l_Щ = 0.025 м.

11.3 Поверхность соприкосновения щётки с коллектором: 

S_Щ = b_Щ·l_Щ = 0.0125·0.025 = 0.0003125 м² 

11.4 При допустимой плотности тока J_Щ = 11·10⁴ ,А/м², число щёток на болт:

 

       Окончательно принимаем N_Щ = 1. 

11.5 Поверхность соприкосновения всех щёток с коллектором: 

ΣS_Щ = 2р·N_Щ·S_Щ = 4·1·0.0003125 = 0.00125 м² 

11.6 Плотность тока под щётками: 

 

11.7 Активная длина коллектора: 

l_К = N_Щ(l_Щ + 8·10^-3) + 10·10^-3 = 1(0.025 + 8·10^-3) + 10^-2 = 0.043 м 
 
 
 
 
 

12 Потери и КПД 

12.1 Электрические потери в обмотке якоря: 
 

Р_mа = I²R_da = 16.727²·1.952 = 546.16 Вт 
 
 

12.2 Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения: 
 
 

Р_М.В = I²_ВН·R_В75 = 1.259²·318.73= 505.21 Вт 
 

12.3 Электрические потери в переходном контакте щёток на коллекторе: 
 
 

Р_Э.Щ = I·2ΔU_Щ, Вт 
 
 

        где 2ΔU_Щ = 2 – потери напряжения в переходных контактах, В. 

        Тогда:

Р_Э.Щ = 16.727·2 = 33.454 Вт 
 
 

12.4 Потери на трение щёток о коллектор: 
 
 

Р_Т.Щ = ΣS_Щ·Р_Щ·f·V_К, Вт 
 
 

        где  Р_Щ = 3·10⁴ Па – давление на щётку;

        f = 0.2 – коэффициент трения щётки. 

         Тогда:

Р_Т.Щ = 0.00125·3·10⁴·0.2·14.392 = 107.94 Вт 
 
 

12.5 Потери в подшипниках и на вентиляцию определим по рис.13.1.: 

Р_Т.П + Р_ВЕНТ. = 105 Вт. 
 
 

12.6 Масса стали ярма якоря: 

 

 
 

12.7 Условная масса стали зубцов якоря с овальными пазами:  

12.8 Магнитные потери в ярме якоря: 
 
 

P_j = m_j·P_j, Вт 
 
 

       где P_j – удельные потери в ярме якоря, Вт/кг: 

 

        где  Р_1.0/50 = 1.75 – удельные потери в стали для В = 1.0 Тл и f=50 Гц, Вт/кг;

        f = – частота перемагничивания, Гц;

        β = 2. 

        Тогда удельные потери: 

 

 

       Общие магнитные потери в ярме  якоря: 
 
 

P_j = 83.553·16.97 = 1417.89 Вт 
 
 

12.9 Магнитные потери в зубцах якоря: 
 
 

P_Z = m_Z·P_Z, Вт 

        где  - удельные потери, Вт/кг. 

        Тогда общие магнитные потери  в зубцах якоря: 
 
 
 

P_Z = 7.14·34.63 = 247.26 Вт 
 

12.10 Добавочные потери:  

12.11 Сумма потерь: 

ΣР = Р_mа + Р_М.В + Р_Э.Щ + Р_Т.Щ + (Р_Т.П + Р_ВЕНТ.) + P_j + P_Z + Р_ДОБ =

= 546.16 + 505.21 + 33.454 + 107.94 + 105 + 1417.89 + 247.26 + 96.37 = 3059.284 Вт 

12.12 КПД двигателя:

Рисунок 2.Электрическая машина постоянного тока.

1 –  пробка винтовая; 2 – крышка; 3 –  лабиринт: 4 – масленка; 5 – подшипник; 6 – лабиринт; 7 – траверса; 8 – щит подшипниковый; 9 – коллектор; 10 – станина; 11 – якорь; 12 – винт грузовой; 13 – вентилятор; 14 – щит подшипниковый; 15 – лабиринт; 16 – подшипник; 17 – лабиринт; 18 – вал; 19 – полюс добавочный; 20 – полюс главный; 21 – конденсатор; 22 – коробка выводов; 23 – болт для заземления.

 

Заключение 

    Проектирование  электрической машины представляет собой сложную задачу. Для её разрешения требуются глубокие теоретические знания, многие опытные данные и достаточно подробные сведения о назначении машины и условия, в которых она будет работать.

    В результате расчёта был спроектирован  двигатель на заданную мощность. Был произведен выбор и расчет размеров статора и ротора, обмоток, изоляции, конструктивных деталей.