0. Расчет и конструирование машин постоянного тока

Параметры	Последняя цифра шифра
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номинальная мощность, кВт	4,5	8	11	14	19	25	42	75	125	200
Возбуждение	Параллельное со стабилизирующей последовательной обмоткой
Источник и условия питания	Тиристорные преобразователи с коэффициентом пульсации не более 1,1
Степень защиты	IP44					IP22
Способ охлаждения	IC0141					IC01
Исполнение по монтажу	IM1001
Климатические условия	У4
Форма выступающего конца вала	Цилиндрическая
Способ соединения	Упругая муфта
	Предпоследняя цифра шифра
	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Номинальная скорость вращения, об/мин	3000	2200	1500	1000	750	3000	2200	1500	1000	750
Напряжение, В	220	440	220	440	220	440	220	220	220	440

Примечание: если сочетание предпоследней и последней цифр шифра дают варианты, по которым двигатели мощностью 75, 125 и 200 кВт следует выполнять на скорость вращения 2200 и 3000 об/мин, то надо считать, что задана скорость вращения 1500 об/мин.

Пояснительная записка проекта должна содержать следующие разделы:

1. Выбор главных размеров машины с расчетом вариантов.

2. Электромагнитный расчет.

3. Расчет потерь и КПД.

4. Тепловой расчет.

5. Механический расчет вала и выбор подшипников.

6. Определение удельных весов, сравнение полученных показателей с показателями серийных машин.

Расчет начинается с выбора главных размеров (диаметра D и длины l). Между объемом активной части электрической машины, ее мощностью и скоростью вращения существует определенная зависимость. Коэффициент пропорциональности между этими важнейшими параметрами электрической машины называется «машинной постоянной», а коэффициент, обратный «машинной постоянной», называется коэффициентом использования. Величина «машинной постоянной» определяется выбором основных электромагнитных нагрузок: магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки якоря А. Рекомендации по выбору величин электромагнитных нагрузок приведены в указанной литературе.

Выбор диаметра якоря производится по заданной мощности и скорости вращения. При этом надо учесть, что диаметры листов сердечника якоря стандартизированы, чтобы иметь минимальные отходы при штамповке из стандартных листов электротехнической стали. Для выбранного диаметра якоря рассчитывается длина его активной части.

Электрическая машина заданной мощности и скорости вращения может быть выполнена на разных диаметрах якоря и соответственно с разной длиной сердечника якоря. Однако существует оптимальное отношение длины сердечника к его диаметру или полюсному делению, рекомендуемое в учебной литературе. Поэтому расчет и выбор главных размеров электрической машины следует производить в двух – трех вариантах.

Для двух – трех значений диаметров якоря найти соответствующие длины сердечника. Выбор оптимального варианта должен быть произведен по наилучшему отношению λ=L/D.

Далее следует выбрать обмотку якоря и способ укладки проводников в пазу, наметить размеры паза. При этом исходя из связи магнитного потока с электродвижущей силой и скоростью вращения выявить число эффективных проводников обмотки якоря. Так как все современные машины постоянного тока, как правило, выполняют с двухслойной обмоткой якоря, число эффективных проводов обязательно должно быть числом четным. Выбрав число полюсов 2р и число параллельных ветвей обмотки якоря 2а и задавшись числом пазов якоря, можно найти приходящееся на один паз число эффективных проводников. Число витков катушки должно состоять из двух сомножителей. Один сомножитель должен быть равным числу элементарных пазов (другими словами, числу сторон элементарных секций), приходящихся на один реальный паз, а другой – числу витков якорной секции.

Чтобы избежать в четырехполюсной машине (2р=4) при простой волновой обмотке «мертвых» проводников, необходимо выбрать нечетное число реальных пазов и элементарных пазов в одном реальном.

Во всех случаях (при петлевой, волновой и других обмотках) следует применять равносекционные шаблонные обмотки. Иначе говоря, шаг по реальным пазам должен быть целым числом.

Число элементарных пазов в якоре, равное числу коллекторных пластин, не должно быть слишком малым, так как иначе среднее напряжение между смежными коллекторными пластинами может превзойти допускаемый предел (около 18 В). С другой стороны, не следует выбирать и слишком большое число коллекторных пластин, так как это может привести к недопустимо малой ширине коллекторной пластины, в которую невозможно будет впаять концы якорных проводников.

В машинах с добавочными полюсами необходимо произвести расчет обмотки добавочных полюсов. Для этого определить МДС поперечной реакции якоря на полюс и, задавшись отношением МДС обмотки добавочного полюса к МДС поперечной реакции якоря, найти число витков на один добавочный полюс.

Одним из важнейших разделов является расчет магнитной цепи, который производится в следующем порядке: определяются размеры и сечения магнитной цепи, средние длины магнитных силовых линий, индукции в расчетных сечениях на каждом участке, намагничивающие силы на отдельных участках и суммарная МДС. По результатам расчета строится характеристика намагничивания и переходная характеристика. В результате расчета магнитной цепи определяются необходимые данные для расчета обмоток возбуждения.

Далее следует произвести расчет коммутационных параметров, выбрать щетки. Для расчета КПД машины надо определить все составляющие суммарных потерь.

Тепловой расчет должен дать представление о превышении температуры обмоток машины и коллектора. Можно пользоваться упрощенным методом теплового расчета. Полученные значения превышений температуры отдельных частей машины должны быть сравнены с допустимыми превышениями температуры для примененного класса изоляции (ГОСТ).

Конструкция машин постоянного тока должна соответствовать конструкциям машин серии 2П, 4П.

Литература

1. Тихомиров В.Н. Расчет трансформаторов. Учебное пособие для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1986.

2. Гольдберг О.Д. , Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин.

3. Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов.- 2-е изд., перераб. – М.: Высш.шк., Логос; 2000.

4. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат,1989.

6. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебное пособие для вузов.- 2-е изд.,доп. – М.: Высш. шк., 2000.

7. Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для студентов сред. проф. учебных заведений. – 3-е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия»; 2001.

8. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. – М.: Высшая школа, 1994.

9. Проектирование электрических машин. В 2-х кн./ И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. М.: Энергоатомиздат, 1993.

10. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства./ Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. И.Н. Орлов). – М.: Издательство МЭИ,1998.

11. Антонов М.В. Технология производства электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1993.