Проектування електродвигуна постійного струму

МИНЕСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПЕНЗЕНСЬКИЙ ГОСУДАРСВЕННИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра "АЕЕС і С"

Курсовий проект

З дисципліни "Електромеханіка"

Тема "Проектування електродвигуна постійного струму"

-

Виконав: ст. гр.05ТС-1

Бєлов А.А.

Перевірив: Джазовскій Н.Б.

Пенза 2007

Технічне завдання

Об'єкт проектування - електродвигун постійного струму загального призначення.

Номінальний режим роботи - тривалий (S _1).

Номінальна віддається потужність (P ₂₎ 3 кВт.

Частота мережі 50 Гц.

Номінальна частота обертання 1500 об / хв.

Межа регулювання частоти обертання вгору від номінальної ослабленням поля головних полюсів 3000 об / хв.

Те ж, вниз від номінальної частоти зміною напруги на якорі 500 об / хв.

Номінальна напруга 60 В.

Короткочасна перевантаження по струму (I _max / I _H) 1,5.

Рід збудження - паралельне із стабілізуючою послідовної обмоткою.

Джерело і умови харчування - терісторние перетворювачі з коефіцієнтом пульсації не більше 1,1.

Спосіб охолодження ICO 141: із зовнішнім обдуванням від вентилятора, розташованого на валу двигуна.

Ізоляція класу нагрівостійкості F.

Ступінь захисту від зовнішніх впливів IP 44: закрите виконання.

Виконання за способом монтажу IM 1001: машина з двома підшипниковими щитами на лапах, з одним горизонтально направленим циліндровим кінцем валу.

Кліматичні умови і категорія розміщення У4: помірний клімат, закрите опалювальне приміщення, вентильоване.

Імовірність безвідмовної роботи обмотки за напрацювання 10000 годин P _об = 0,9.

Форма виступаючого кінця вала циліндрична.

Спосіб з'єднання з приводним механізмом - пружна муфта.

Зміст

1. Головні розміри

2. Сердечник якоря

3. Розрахунок сердечника головних полюсів

4. Сердечники додаткових полюсів

5. Станина

6. Обмотка якоря

7. Обмотка якоря з овальними напівзакритими пазами

8. Обмотка додаткових полюсів

9. Стабілізуюча послідовна обмотка головних полюсів

10. Характеристика намагнічування машин

11. Паралельна обмотка головних полюсів

12. Стабілізуюча послідовна обмотка

13. Обмотка додаткових полюсів

14. Щітки і колектор

15. Комутаційні параметри

16. Номінальний режим

17. Регулювання частоти обертання вгору

18. Регулювання частоти обертання вниз

19. Маса і динамічні показники

Список використаної літератури

_{1. Головні розміри}

h = 132 мм

h ₁ = 8 ¸ 5 мм

D _{Н1 max} = 252 мм

D _{H 2 max} = 130 мм

Δшт = 5 мм - припуск на штампування.

Ширина різаною стрічки, з якої штампуються листи сердечника якоря: 135 мм.

Діаметр корпусу:

(Внутрішній діаметр сердечника статора)

Приймаються число пар полюсів рівне 2 p = 4.

Зовнішній діаметр сердечника якоря:

D _{H 2} = 125

Приймаються ставлення ЕДСк напрузі: k _н = 0,899

Приймаються ставлення струму якоря до струму машини: k _т = 0,962

Попереднє ККД: η = 0,82

Розрахункова (внутрішня) потужність:

Приймаються ізоляцію класу нагрівостійкості F.

Попереднє значення електромагнітних навантажень A _{^'2 і} ^B' _δ:

A ^_'2 = 150; ^B' _δ = 0,58;

Коефіцієнт полюсної дуги: α '= 0,606

Розрахункова довжина сердечника якоря:

Відношення довжини сердечника до його діаметру (розрахункове і максимальне):

_{2. Сердечник якоря}

Приймаємо для сердечника якоря: сталь 2013, товщина 0,5 мм, листи сердечника якоря лаковані; форма пазів для двигуна напівзакрита овальна; рід обмотки для двигуна - двошарова всипаючи; скіс пазів для двигуна на ½ рубцевого поділу. Ізолювання листів сталі - лакування (коефіцієнт заповнення стали ).

Припуск на складання сердечника по ширині паза для штампів: b _з = 0,1 мм.

Конструктивна довжина сердечника якоря:

Ефективна довжина сердечника якоря:

Граничне значення внутрішнього діаметра аркушів якоря: D ₂ = 41 мм.

_{3. Розрахунок сердечника головних полюсів}

Приймаємо для сердечників головних полюсів сталь 3411, товщина 1 мм, листи сердечників полюсів неізольовані; компенсаційна обмотка не потрібно; вид повітряного зазору між головними полюсами і якорем ексцентричний.

Рис. Лист головного полюса невідшкодованою машини з ексцентричним зазором.

Коефіцієнт заповнення сердечника сталлю: k _з = 0,98

Кількість головних полюсів: 2 p = 4

Повітряний зазор між якорем і полюсної дугою:

Висота зазору у осі полюси:

Висота зазору у краю полюси:

Довжина сердечника полюси:

Полюсний поділ:

Розрахункова ширина полюсної дуги:

Дійсна ширина полюсної дуги:

Попередня магнітна індукція в сердечнику полюси:

Попереднє значення магнітного потоку в повітряному зазорі:

Ефективна довжина сердечника полюси:

Ширина осердя полюси:

де, ( ) - Коефіцієнт магнітного розсіювання головних полюсів.

Ширина уступу полюса, призначена для упору обмотки збудження при її кріпленні:

Висота в перетині листа головного полюси:

_{4. Сердечники додаткових полюсів}

Приймаємо для сердечників додаткових полюсів сталь марки 3411 товщиною 1 мм, листи сердечників неізольовані.

Рис. Лист додаткового полюса з шихтовці вздовж осі машини.

Коефіцієнт заповнення сердечника сталлю:

Кількість додаткових полюсів:

Довжина наконечника додаткового полюси:

Довжина сердечника додаткового полюси:

Попередній вибір середнього повітряного зазору між якорем і додатковим полюсом:

_{5. Станина}

Приймаються монолітну станину зі сталі марки Ст.3.

Довжина станини:

Попередня магнітна індукція в станині:

Висота станини:

Середні значення висоти станини застосовують на практиці:

Магнітна індукція в місці поширення магнітного потоку в станині при вході його до головного полюс:

Внутрішній діаметр монолітною станини:

Висота головного полюси:

Висота додаткового полюси:

_{6. Обмотка якоря}

Попереднє значення струму якоря:

Приймаються хвильову обмотку з дроту ПТЕ-155.

Кількість пар паралельних гілок обмотки якоря: 2a = 2

Попереднє кількість витків обмотки якоря:

Кількість провідників лежать поруч по ширині в пазу:

Попереднє кількість витків в секції:

Округлюємо попередня кількість витків в секції:

Попереднє кількість пазів якоря:

Округлюємо попередня кількість пазів якоря:

Кількість колекторних пластин:

Зубцеву розподіл по зовнішньому діаметру якоря:

Зовнішній діаметр колектора при напівзакритих пазах якоря і відсутності півників на колекторі:

Колекторне поділ:

Перевірка максимального напруження між сусідніми колекторними пластинами при навантаженні:

де, - Коефіцієнт спотворення поля, рівний відношенню максимальних значень магнітної індукції при навантаженні і при холостому ході.

Уточнення максимальної напруги між сусідніми колекторними пластинами:

Уточнення числа витків обмотки якоря:

Кількість ефективних провідників у пазу:

Струм в пазу:

Уточнюємо лінійні навантаження якоря:

Крок обмотки за реальними пазах:

Елементарні пази , Де - Крок по колектору:

Перший частковий крок за елементарними пазах:

Другий частковий крок за елементарними пазах:

Висота паза в штампі якоря:

Висота спинки якоря:

_{7. Обмотка якоря з овальними напівзакритими пазами}

Рис. Форма і розмір напівзакритого овального паза якоря.

Попередня магнітна індукція в спинці якоря:

Магнітна індукція в спинці якоря: . Магнітна індукція в зубцях ротора: . Ширина зуба:

Радіус паза обмотки:

Радіус паза більший:

Значення ширини зуба, одержуване відповідно до :

Відстань між центрами радіусів:

Площа поперечного перерізу паза в штампі:

Площа поперечного перерізу паза в світлі:

Площа поперечного перерізу корпусної ізоляції:

Площа поперечного перерізу клина і прокладок:

Площа поперечного перерізу паза, займана обкладкою:

Попередній діаметр проводу з ізоляцією:

Відношення номінального діаметра неізольованого проводу до діаметру ізольованого проводу:

Коефіцієнт заповнення паза:

Площа поперечного перерізу неізольованого проводу:

Щільність струму в обмотці:

Питома теплова навантаження якоря від втрат в обмотці:

Допустиме значення питомої теплового навантаження якоря від втрат в обмотці:

Середнє зубцеву поділ якоря:

Середня ширина секції обмотки:

Середня довжина однієї лобовій частині секції:

Середня довжина витка обмотки:

Опір обмотки при температурі 20 ° С:

Опір обмотки при температурі 20 ° С у відносних еденицах:

Рис. Пази овальні напівзакриті.

Обмотка двошарова, всипними.

(1 - Сінтофолій;

2 - Стеклолакоткань)

Опір обмотки при температурі 20 ° С у відносних одиницях:

Довжина вильоту лобової частини обмотки:

Ширина шліца паза:

_{8. Обмотка додаткових полюсів}

Поперечна МДС якоря:

Попереднє кількість витків котушок додаткового полюси:

Уточнене кількість витків:

Уточнена МДС котушки:

Уточнене ставлення МДС:

Середнє значення щільності струму в обмотці додаткових полюсів:

Попередня площа поперечного перерізу провідника:

Приймаються провід ПЕТП - 155.

Приймаються стандартні розміри провідника (прямокутного) без ізоляції: . Площа поперечного перерізу прийнятого дроти: . Розмір дроти з ізоляцією: . Уточнена щільність струму в обмотці:

Попередня ширина котушки:

Середня довжина витка багатошарової котушки з ізольованих проводів:

Опір обмотки при температурі 20 ° С:

Наближена оцінка правильності обчислення опору обмотки при температурі 20 ° С:

_{9. Стабілізуюча послідовна обмотка головних полюсів}

МДС стабілізуючою обмотки на полюс:

Попереднє кількість витків у котушці:

Уточнене кількість витків у котушці:

Уточнене значення МДС обмотки:

Попередня ширина котушки:

Середня ширина витка багатошарової котушки з ізольованих проводів:

Опір обмотки при температурі 20 ° С:

Наближена оцінка правильності обчисленого опору обмотки при температурі 20 ° С:

_{10. Характеристика намагнічування машин}

Опір обмоток якірного ланцюга двигуна, приведене до стандартної робочої температурі:

Уточнення ЕРС при номінальному режимі роботи двигуна:

Уточнений магнітний потік:

Площа поперечного перерізу в повітряному зазорі:

Уточнена магнітна індукція в повітряному зазорі:

Коефіцієнт, що уточнює збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастого будови якоря:

Загальний коефіцієнт повітряного зазору:

МДС для повітряного зазору:

Площа рівноважного поперечного перерізу зубців:

Уточнена магнітна індукція в зубцях:

Напруженість магнітного поля в зубцях ротора і якоря:

Середня довжина шляху магнітного потоку:

МДС для зубців:

Площа поперечного перерізу спинки якоря без аксіальних каналів:

Уточнена магнітна індукція в спинці якоря:

Сточеним напруженість магнітного поля в зубцях ротора і якоря: . Середня довжина шляху магнітного потоку:

МДС для стінки якоря:

Площа поперечного перерізу осердя полюси:

Уточнена магнітна індукція в сердечнику полюси:

Уточнена напруженість магнітного поля в сердечнику полюси:

Середня довжина шляху магнітного потоку:

МДС для сердечника полюси:

Еквівалентний зазор у стику між головним полюсом і станиною:

МДС для зазору:

Площа поперечного перерізу станини:

Уточнена магнітна індукція в станині:

Уточнена напруженість магнітного поля в станині:

Середня довжина шляху магнітного потоку:

МДС для станини:

Сумарна магнітна сила магнітного ланцюга:

Коефіцієнт насичення магнітного кола:

_{11. Паралельна обмотка головних полюсів}

Розмагнічує дію поперечної МДС якоря:

Розмагнічує дію поперечної МДС якоря:

Розмагнічує дію:

МДС обмотки паралельного збудження головних полюсів:

Визначення середньої довжини витка обмотки:

Середня довжина витка обмотки:

Попереднє переріз дроту:

Приймаються круглий дріт марки ПЕТ - 155.

Площа поперечного перерізу проводу марки ПЕТ - 155:

Уточнений коефіцієнт запасу:

Діаметр ізольованого проводу:

Уточнений діаметр ізольованого проводу:

Середнє значення щільності струму в обмотці головного полюси:

Попереднє кількість витків однієї котушки:

Уточнене кількість витків:

Уточнена щільність струму в обмотці:

Опір обмотки при t = 20 ° С:

Максимальний струм обмотки:

Максимальна МДС:

Приймаються трапецевидні форму поперечного перерізу котушки з розкладкою витків по середній ширині N _Ш = 34, по висоті N _В = 42.

Ширина котушки на відповідній ділянці:

Висота котушки на даній ділянці:

_{12. Стабілізуюча послідовна обмотка}

Ширина котушки на відповідній ділянці:

Рис. Ескіз розташування котушок у межполюсного вікні двигуна.

Висота котушки на відповідній ділянці:

_{13. Обмотка додаткових полюсів}

Приймаються форму паралелепіпеда.

Відповідна ширина котушки:

Висота котушки на відповідній ділянці:

_{14. Щітки і колектор}

Стандартна ширина щітки:

Стандартна довжина щітки:

Число перекритих щіткою колекторних поділок:

де, t _k - колекторне поділ.

Діелектрична проникність колектора:

Ширина зони комутації:

Відношення ширини зони комутації до нейтральній зоні (між сусідніми наконечниками головних полюсів):

Контактна площа однієї щітки:

Необхідна контактна площа всіх щіток:

Кількість щіток на одному бракет:

Кількість щіток на одному бракет (округлене):

Уточнена контактна площа всіх щіток:

Уточнена щільність струму під щітками:

Активна довжина колектора:

Окружна швидкість колектора при номінальній частоті обертання:

_{15. Комутаційні параметри}

Провідність розсіювання:

Максимально можлива окружна швидкість якоря:

Реактивна ЕРС комутуючих секцій:

Середнє значення магнітної індукції в зазорі під додатковим полюсом:

Коефіцієнт, який враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастого будови якоря:

Загальний коефіцієнт повітряного зазору:

Необхідний зазор в додатковому полюсі:

Уточнений коефіцієнт показує вплив магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастого будови якоря:

Уточнений необхідний зазор в додатковому полюсі:

Магнітний потік в зазорі під додатковим полюсом при нормальному навантаженні:

Магнітний потік в зазорі під додатковим полюсом при навантаженні:

Магнітний потік у сердечнику додаткового полюса при нормальному навантаженні:

Магнітний потік у сердечнику додаткового полюса при навантаженні:

Площа поперечного перерізу осердя додаткового полюси:

Магнітна індукція в сердечнику додаткового полюса при навантаженні:

Розрахункова магнітна індукція на ділянках станини, в яких підсумовуються магнітні потоки головних і додаткових полюсів:

Гранично допустима максимальне значення магнітної індукції на ділянках станини, в яких підсумовуються магнітні потоки головних і додаткових полюсів:

Розрахункова магнітна індукція на ділянках спинки якоря, в яких підсумовуються магнітні потоки головних і додаткових полюсів:

Гранично допустима максимальне значення магнітної індукції на ділянках спинки якоря:

_{16. Номінальний режим}

Маса стали зубців якоря з овальними напівзакритими пазами:

Магнітні втрати в зубцях:

Маса стали спинки якоря:

Магнітні втрати в спинці якоря:

Сумарні магнітні втрати в сталі:

Втрати тертя щіток об колектор:

Втрати на тертя підшипників, тертя об повітря і на вентиляцію машини:

Сумарні механічні втрати:

Додаткові втрати у некомпенсованого двигуна:

Електромагнітна потужність двигуна:

ЕРС якоря двигуна:

Струм якоря двигуна:

Уточнений струм двигуна:

Подводимая потужність двигуна:

Сумарні втрати в двигуні:

ККД машини:

Уточнений магнітний потік:

МДС магнітного ланцюга двигуна:

Розмагнічує дію:

Уточнене значення МДС оболонки:

Необхідна МДС паралельного або незалежної обмотки головних полюсів двигуна:

Момент обертання на валу двигуна:

_{17. Регулювання частоти обертання вгору}

Магнітний потік при найбільшій частоті обертання:

МДС при мінімальному магнітному потоці:

Мінімальний струм збудження:

Мінімальна величина регулюючого опору:

Частота обертання при холостому ході:

_{18. Регулювання частоти обертання вниз}

Допустимий момент обертання на валу при найменшій частоті обертання двигуна:

Магнітний потік при найменшій частоті обертання:

Струм якоря при n _min:

ЕРС при n _min:

Напруга в якорі при n _min:

Результуюча МДС при n _min:

Розмагнічує МДС реакції якоря:

МДС стабілізуючою обмотки:

МДС обмотки збудження головних полюсів:

Струм обмотки збудження:

Максимальна величина регульованого опору:

_{19. Маса і динамічні показники}

Маса проводів обмотки якоря:

Маса обмотки додаткових полюсів:

Маса стабілізуючою послідовної обмотки:

Маса паралельного або незалежної обмотки головних полюсів:

Маса міді колектора:

Сумарна маса проводів обмотки і міді колектора:

Маса стали зубців якоря з овальними напівзакритими пазами:

Маса стали спинки якоря:

Маса сердечників головних полюсів:

Маса сердечників додаткових полюсів:

Маса масивної станини:

Сумарна маса активної стали:

Маса ізоляції машини:

Маса конструкційних матеріалів:

Маса машини:

Динамічний момент інерції якоря:

Електромеханічна постійна часу якоря:

_{Список використаної літератури}

1. "Проектування електричних машин", О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурін, І.С. Свириденко, Москва, "Вища школа", 2001 р.

2. "Електричні машини", І.П. Копилов, Москва, "Вища школа", 2002 р.