Введение
Несмотря на преимущественное распространение электроэнергии переменного тока в ряде отраслей промышленности широко используется и постоянный ток. В связи с этим и электрические машины постоянного тока широко применяются как генераторы, так и двигатели.
Двигатели постоянного тока обладают важным преимуществом перед другими электродвигателями: они позволяют плавно и в широких пределах регулировать скорость вращения и обладают большим моментом при пуске. Поэтому весь электротранспорт использует эти двигатели (трамвай, троллейбусы, электровозы и тепловозы). Все стартерные двигатели подвижных объектов являются двигателями постоянного тока. Широко применяются двигатели постоянного тока и в других отраслях, но данном этапе нас интересует именно процесс проектирования машины. При проектировании электрической машины приходится учитывать большое количество факторов, от которых зависят её эксплуатационные свойства, надёжность работы, себестоимость и т.д.
При проектировании выбор материалов, размеров активных и конструктивных частей машины должен быть технически и экономически обоснован. При этом следует использовать предшествующий опыт проектирования и ориентироваться на данные новых машин. Однако, в процессе проектирования необходимо выявлять недостатки серийных образцов и искать способы их устранения.
Целью данной работы была разработка конструкции двигателя постоянного тока. Проектирование двигателя включает в себя комплексный расчёт машины , начиная с геометрии, и заканчивая вентиляцией .
Современная техника позволяет очень точно спроектировать машину, но для учебного расчёта воспользуемся классической методикой.
1 Выбор главных размеров и расчет параметров якоря
1.1 Определение главных размеров
1.1.1 Диаметр якоря
(1.1)
м.
1.1.2 Линейная нагрузка А, индукция в воздушном зазоре Bδ, коэффициент полюсного перекрытия αδ
Таблица 1– Электромагнитная нагрузка
|
Ср. значение |
А, А/м |
23000 |
Вδ, Тл |
0.7 |
αδ |
0.64 |
1.1.3 Расчетная электромагнитная мощность
, (1.2)
где η – предварительное значение коэффициента полезного действия, η = 0.86
Вт.
1.1.4 Длина воздушного зазора
, (1.3)
.
1.1.5 Отношение главных размеров
, (1.4)
1.2 Выбор типа обмотки якоря
1.2.1 Ток якоря
, (1.5)
где кв – коэффициент токовозбуждения, кв = 0.035
А.
1.2.2 Ток параллельной ветви
, (1.6)
где 2∙a – число параллельных ветвей, 2∙a= 2.
А.
По типу исполнения обмотку выберем простую волновую.
1.3 Определение обмоточных данных
1.3.1 Число зубцов
, (1.7)
, (1.8)
где t1max, t1min – максимальное и минимальное значение коллекторного деления,
,
.
Принимаем .
1.3.2 Зубцовое деление
(1.9)
м.
1.3.3 Предварительное число эффективных проводников
, (1.10)
1.3.4 Число эффективных проводников в пазу
, (1.11)
.
Принимаем .
Уточняем N
, (1.12)
.
1.3.5 Диаметр коллектора
, (1.13)
.
Принимаем .
1.3.6 Число коллекторных пластин
, (1.14)
где uп – число элементарных пазов в реальных пазах, uп=1,3,5.
Выбираем uп=3,
.
1.3.7 Число витков в секции
, (1.15)
1.3.8 Напряжение между коллекторными пластинами
, (1.16)
где 2·p – число пар полюсов, 2·p=4
В
1.3.9 Коллекторное деление
. (1.17)
1.3.10 Уточненное число проводников
, (1.18)
.
1.3.11 Число витков в обмотке якоря
, (1.19)
.
1.3.12 Первый частичный шаг
, (1.20)
, (1.21)
где ε – коэффициент удлинения шага обмотки, y1П – первый частичный шаг по реальным пазам,
,
.
1.3.13 Шаг по коллектору и второй частичный шаг
, (1.22)
, (1.23)
, (1.24)
где p – число полюсов, y2П – второй частичный шаг по реальным пазам,
,
,
.
Покажем схему обмотки якоря на рисунке 1.
1.3.14 Уточненная линейная нагрузка
, (1.25)
А/м.
Расхождение полученного значения со значением, принятым в пункте 1.1.6, составляет ≈2.6 %, что в пределах нормы.
1.3.15 Уточняем длину воздушного зазора
, (1.26)
м.
1.3.16 Плотность тока в обмотке якоря
, (1.27)
где - предварительно заданное по справочнику значение для класса нагревостойкостиF.
Принимаем ,
А/м2.
1.3.17 Поперечное сечение эффективного проводника
, (1.28)
м2.
Полученное сечение проводника нормируется. Имеем по ГОСТ для марки проводов ПЭТВ:
nЭЛ=2, м2, м, м.
Принимаем qa=5.08 мм2 .
1.3.18 Сопротивление обмотки якоря
, (1.29)
где mt =1.38 – температурный коэффициент, учитывающий повышение удельного сопротивления при рабочей температуре ,
ρ, Ом·м – удельное сопротивление меди,
lacp , м– средняя длина полувитка обмотки якоря,
lacp=lп+ lл, (1.30)
lacp=lδ+ lл, (1.31)
где lп , м – длина пазовой части, принимается равной lδ,
lл , м – длина лобовой части обмотки якоря, для четырехполюсной машины принимается равной ,
м,
lacp=0.147+0.179=0.326 м.
Получим:
Ом.
1.3.19 Масса проводников обмотки меди
, (1.32)
где mM3 – удельная масса меди, mM=8900 кг/м3
кг.
1.4 Расчет геометрии зубцовой зоны
1.4.1 Ширина зубца при овальной форме паза
, (1.33)
где кС – коэффициент заполнения пакета якоря сталью при оксидировании, кС=0,97.
ВZД, Тл – допустимое значение индукции в зубце, принимаемое в зависимости от частоты перемагничивания, степени защиты и способа охлаждения.
Частоту перемагничивания определим по формуле
, (1.34)
Гц.
Принимаем значение допустимой индукции Тл.
м.
1.4.2 Высота паза м.
1.4.3 Внутренний диаметр якоря
DO ≈ 0,3·D, (1.35)
DO ≈ 0,3·0,156 = 0,047.
Принимаем DO = 0,05 м.
1.4.4 Большой радиус паза
, (1.36)
где – высота шлица паза,м
м.
1.4.5 Малый радиус паза
, (1.37)
м.
1.4.6 Расстояние между центрами радиусов
, (1.38)
м.
1.4.7 Площадь паза в штампе
, (1.39)
м2.
1.4.8 Площадь пазовой изоляции
, (1.40)
где – толщина пазовой изоляции, м.
м2.
1.4.9 Площадь пазового клина
, (1.41)
м2.
1.4.10 Площадь паза под обмотку
, (1.42)
м2.
1.4.11 Площадь обмотки
, (1.43)
м2.
1.4.12 Коэффициент заполнения паза
, (1.44)
.
Чтобы наглядно показать коэффициент заполнения, изобразим паз заполненный проводниками на рисунке 2.