Сечение сердечника добавочного полюса

117. сечение сердечника добавочного полюса

118. расчётная индукция в сердечнике добавочного полюса

Таблица 2.3 – Исходные данные для расчёта МДС обмотки добавочного полюса

1	П. 109	Eр	В	0,4
2	П. 19	wс		4
3	П. 21	Lб	м	0,123
4	П. 24	Va	м/с	9,42
5	П. 111	Lбд	мм	3,33
6	П. 79	kz		2,54
7	П. 67	Lz	мм	11,8
8	П. 37	Фбн	Вб	0,0047
9	П. 115	Фбд	Вб	0,038
10	П. 61	Sj	м2	0,00345
11	П. 68	Lj	м	0,00392
12	П. 117	Sд	м2	0,00256
13	П. 114	hд	м	0,02
14	П. 63	Sc	м2	0,00225
15	П. 71	Lс	м	0,1
16	П. 21	Ауточ	А/м	1
17	П. 11		м	0,1

Таблица 2.4 – расчёт МДС обмотки добавочных полюсов

№ п/п	Расчётная величина					Расчетная формула	Ед. из.	Численное значение
1	Реактивная ЭДС					Ер	В	0,4
2	Магнитная индукция в воздушном зазоре						Тл	0,04747
3	Магнитное напряжение воздушного зазора						А	126,456
4	Магнитная индукция в зубцах якоря						Тл	0,12057
5	Напряженность магнитного поля в зубцах якоря						А/м	4,2
6	Магнитное напряжение зубцов якоря						А	49,56
7	Магнитная индукция в ярме		На участке направления главного потока и потока добавочного полюса		согласно		Тл Тл	1,02 0,83
					встречно
8	Напряженность магнитного поля		На участке направления главного потока и потока добавочного полюса		согласно	Hj1 Hj2	А/м А/м	165,5 65
					встречно
средняя							А/м	50,25
9	Магнитное напряжение ярма якоря						А	0,19698
10	Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса						Вб	0,095
11	Магнитная индукция в сердечник добавочного полюса						Тл	3,71
12	Напряженность магнитного поля в сердечнике добавочного полюса (сталь 3411)					Hc	А/м	226
13	Магнитное напряжение сердечника добавочно полюса						А	4,52
14	Магнитное напряжение воздушного зазора между станиной и добавочным полюсом						А	59
15	Магнитная индукция в станине	На участке направления главного потока и потока добавочного полюса		согласно			Тл Тл	1,47 0,86
				встречно
16	Напряженность магнитного поля (Ст3)	На участке направления главного потока и потока добавочного полюса		согласно		Hc1   Hc2	А/м А/м	2835 775
				встречно
17	средняя						А/м	1030
18	Магнитное напряжение участка станины						А	200,85
19	Сумма магнитных напряжений всех участков						А	942,71
20	МДС обмотки добавочного полюса						А	4703,88
	Контрольная точка							1,25

2.13 Расчёт обмоток добавочных полюсов

119 МДС обмотки добавочного полюса (табл.8.23)

F_д = 4703,88 А

120 число витков обмотки добавочного полюса на один полюс

Принимаем w_д = 17

121 предварительное сечение проводника

122 Принимаем проводник обмотки добавочного полюса из голой шиной меди шириной 30 мм, высотой 1,95 мм, сечение провода 57,7 мм² .

123 принимаем сердечник добавочного полюса короче якоря на 1*10^-3м с каждой стороны для создания опоры для катушки.

Длина сердечника

Ширина катушки b_кт.д = 30 мм

124 средняя длина витка обмотки добавочного полюса

125 полная длина проводника обмотки

126 сопротивление обмотки добавочного полюса при температуре 20 С

127 сопротивление обмотки добавочного полюса при температуре 75 С

128 масса меди обмотки добавочного полюса

Исходные данные для построения междуполюсного окна машины h = 0,132 м

Расчётный коэффициент полюсной дуги

Длина дуги полюсного наконечника в радиусах

Размеры главного полюса

Размеры добавочного полюса

2.14 Потери и КПД.

129 Электрические потери в обмотке якоря

130 электрические потери в обмотки добавочного полюса

131 электрические потери в переходном контакте щёток на коллектор

132 электрические потери на трение щёток по коллектору

где р_щ – давление на щётку; для щётки марки ЭГ – 14 р_щ = 3*10⁴ Па

f = 0,2 – коэффициент трения щётки.

134 потери в подшипниках и на вентиляцию

135 масса стали ярма якоря

136 Условная масса стали зубцов якоря

137 магнитные потери в ярме якоря

где

138 магнитные потери в зубцах якоря

где

139 добавочные потери

где I_н = I + I_в = 30,8 + 2,99= 33,79 А

140 сумма потерь

141 потребляемая мощность

Ток

142 коэффициент полезного действия

2.15 Рабочие характеристики.

Для построения рабочих характеристик двигателя n, M, I, = f(P₂) при U = 160В и токе возбуждения I_в = I_в.н принимаем, что потери холостого хода с нагрузкой практически не меняются и составляют:

143 МДС реакции якоря

144 при номинальном токе якоря I_aн = 28,51 А ЭДС обмотки якоря

145 номинальный магнитный поток в воздушном зазоре

146 по характеристике холостого хода [c.13, рис.1]

;

147 МДС обмотки возбуждения

148 номинальный ток возбуждения

149 номинальный ток двигателя

150 потребляемая мощность двигателя

151 полезная мощность на валу двигателя

152 коэффициент полезного действия

153 вращающий момент

В результате расчёта и построения рабочих характеристик двигателя установлены номинальные значения:

Р_н = 3600 Вт;

I_н = 28,51А;

I_1н = 29,91 А;

Р₁ = 4786 Вт;

= 75 %;

М_н = 17,3 Н*м;

n_н = 2000 об/мин;

I_в.н = 1,4 А.

Таблица 2.5 – Рабочие характеристики двигателя без стабилизирующей обмотки

Iв А	Iа,	Еа,			n,	Р2,	I,	Р1,		М,
	А	В	А	Вб	об/мин	Вт	А	Вт	КПД	Н*м
1,4	2,851	154,743	944	0,823	1992	430	4,251	680,16	63,2	2,1
1,4	5,702	154,486	932	0,823	1993	728	7,102	1136,32	64,1	3,5
1,4	8,553	154,229	912	0,814	1992	1108	9,953	1592,48	69,6	5,3
1,4	11,404	153,972	893	0,805	1993	1436	12,804	2048,64	70,1	6,9
1,4	14,255	153,716	889	0,796	1995	1766	15,655	2504,8	70,5	8,5
1,4	17,106	153,459	863	0,787	1996	2111	18,506	2960,96	71,3	10,1
1,4	19,957	153,202	854	0,778	1999	2474	21,357	3417,12	72,4	11,8
1,4	22,808	152,945	833	0,769	1999	2843	24,208	3873,28	73,4	13,6
1,4	25,659	152,688	817	0,76	2000	3212	27,059	4329,44	74,2	15,4
1,4	28,51	152,9	800	0,751	2000	3602	29,91	4786	75,1	17,2
1,4	31,361	152,174	791	0,745	2005	3931	32,761	5241,76	75	18,8
1,4	34,212	151,917	782	0,74	2009	4251	35,612	5697,92	74,6	20,2

 

Рисунок 4 – Характеристика КПД без стабилизирующей обмотки

Рисунок 5 – Характеристика тока без стабилизирующей обмотки

Рисунок 6 – Характеристика скорости без стабилизирующей обмотки

Рисунок 7 Характеристика момента без стабилизирующей обмотки

2.16 Расчёт характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой

154 МДС стабилизирующей обмотки

155 МДС обмотки возбуждения

156 принимаем сечение провода обмотки параллельного возбуждения как и без стабилизирующей обмотки

плотность тока 4,5 * 10⁶ А/м число витков на полюс w_в = 630

157 сопротивление обмотки возбуждения

158 длина витка стабилизирующей обмотки

159 полная длина стабилизирующей обмотки

160 диаметр и сечение стабилизирующей обмотки принимаем, как и для обмотки добавочного полюса из голой шиной меди шириной 30 мм, высотой 1,95 мм, сечение провода 57,7 мм² .

161 сопротивление стабилизирующей обмотки при температуре 20 С

162 сопротивление стабилизирующей обмотки при температуре 75 С

163 ЭДС якоря при номинальной нагрузке

164 магнитный поток в воздушном зазоре при номинальной нагрузке

165 результирующий МДС обмотки возбуждения на полюс [1, рис. 8-35]

166 МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке

167 номинальный ток возбуждения

Таблица 2.6 – Данные расчёта рабочих характеристик со стабилизирующей обмоткой

Iв, А	Ia, А	Еа, В	, А	Фб, Вб	n, об/мин	Р2, Вт	I, А	Р1, Вт	КПД	М, Н*м
1,87	2,9	154,791	822	0,823	2038	479	4,77	763,2	62,8	2,3
1,87	5,8	154,582	820	0,823	2035	779	7,67	1227,2	63,5	3,7
1,87	8,7	154,374	817	0,814	2032	1150	10,57	1691,2	68	5,4
1,87	11,6	154,165	815	0,805	2029	1509	13,47	2155,2	70	7,1
1,87	14,5	153,956	810	0,796	2027	1833	16,37	2619,2	70	8,7
1,87	17,4	153,747	812	0,787	2024	2174	19,27	3083,2	70,5	10,3
1,87	20,3	153,538	811	0,778	2021	2522	22,17	3547,2	71,1	11,9
1,87	23,2	153,33	807	0,769	2018	2924	25,07	4011,2	72,9	13,9
1,87	26,1	153,121	805	0,76	2016	3289	27,97	4475,2	73,5	15,6
1,87	29	152,9	800	0,751	2000	3602	29,91	4786	75	17,2
1,87	31,9	152,703	799	0,745	2010	4052	33,77	5403,2	75	19,3
1,87	34,8	152,494	793	0,74	2007	4342	36,67	5867,2	74	20,7

169 номинальные параметры двигателя со стабилизирующей обмоткой:

Р_н = 3600Вт;

I_1н = 30,37 А;

n = 2000 об/мин;

М_н = 17,3 Н*м;

I_в.н = 1,87 А;

= 75 %.

Рисунок 8 – характеристика КПД со стабилизирующей обмоткой

Рисунок 9 – характеристика скорости со стабилизирующей

2.16 Тепловой расчёт

Тепловой расчёт выполняется для оценки тепловой напряженности машины и приближенного определения превышения температуры отдельных частей машины.

Для приближенной оценки тепловой напряженности машины необходимо сопротивление обмоток привести к температуре к температуре, соответствующей заданному классу изоляции; при классе нагревостойкости В сопротивление умножается k_т = 1,15.

170 рассчитываем сопротивление обмоток

171 потери в обмотках

172 коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности якоря [1, рис.8-31]

173 превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря

где

174 перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря

где

175 превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря

где = 75 Вт/(м²*С) – коэффициент теплоотдачи с лобовых поверхностей обмотки якоря

l_в = 0,4 *  = 0,4 * 0,1 = 0,04 м – вылет лобовой частей обмотки якоря.

176 перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря

где

177 среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха

178 сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объём двигателя воздухом

179 условная поверхность охлаждения двигателя

180 среднее превышение температуры воздуха в нутрии двигателя

где = 1050 – [1, рис.8-32]

181 среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды

182 превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой внутри машины

183 перепад температуры в изоляции катушки

184 среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой окружающей среды

185 превышение температуры наружной поверхности добавочного полюса над температурой воздуха внутри машины

186 перепад температуры в изоляции в катушке добавочного полюса

187 среднее повышение температуры обмотки добавочного полюса над температурой окружающей среды

188 повышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя

Таким образом, превышение температуры обмотки якоря, обмотки возбуждения, коллектора и обмотки добавочных полюсов ниже предельно допустимых значений для класса изоляции F.

2.17 Вентиляционный расчёт

Разрабатываемый двигатель имеет аксиальную систему вентиляции с самовентиляцией, обеспечиваемой, встроенным вентилятором центробежного типа.

189 необходимое количество охлаждающего воздуха

где - сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объём машины воздухом.

190 принимаем наружный диаметр центробежного вентилятора равным приблизительно 0,9*d_c

191 окружная скорость вентилятора (по наружному диаметру)

192 внутренний диаметр колеса вентилятора

193 окружная скорость вентилятора (по внутреннему диаметру)

194 ширина лапотка вентилятора

195 число лопаток принимаем N_л = 29

,

196 давление вентилятора при холостом ходе

где - аэродинамический КПД вентилятора в режиме холостого хода: =0,6.

,

,

197 максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания

где S₂ – входное сечение вентилятора

198 аэродинамическое сопротивление Z вентиляционной системы машины

199 действительный расход воздуха

200 действительное давление вентиляторов

201 мощность, потребляемая вентилятором

где - КПД вентилятора.

202 потери мощности на вентиляцию и в подшипниках (уточнение)