База рефератов

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: «ЭтЭЭм»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Двигатель постоянного тока»

КП 14020365 637

Выполнил: Кузнецов К. И.

Проверил: Пашнин В.М.

Хабаровск

2007

Введение

Почти вся электрическая энергия вырабатывается электрическими машинами. Но электрические машины могут работать не только в генераторном режиме, но и в двигательном, преобразуя электрическую энергию в механическую. Обладая высокими энергетическими показателями и меньшими, по сравнению с другими преобразователями энергии, расходами материалов на единицу мощности, экологически чистые электромеханические преобразователи имеют в жизни человеческого общества огромное значение.

При проектировании электрической машины приходится учитывать большое количество факторов, от которых зависят её эксплуатационные свойства, заводская себестоимость и надёжность в работе.

При проектировании выбор материалов, размеров активных и конструктивных частей машины должен быть технически и экономически обоснован. При этом следует использовать предшествующий опыт и ориентироваться на данные современных машин. Однако необходимо критически относиться к этим данным, выявить недостатки машин и найти способы их устранения.

Целью данной работы была разработка конструкции двигателя постоянного тока. За основу конструкции была принята машина постоянного тока серии 2П. Проектирование двигателя включает в себя выбор и расчёт размеров статора и ротора, обмоток, изоляции, конструктивных деталей, объединение их в конструктивные узлы и общую компоновку всех его частей.

Материалы, размеры и формы конструктивных деталей должны быть так выбраны и отдельные детали так объединены, чтобы двигатель по возможности наилучшим образом соответствовал своему назначению и был наиболее экономичным в работе и изготовлении.

1 Выбор и расчёт главных размеров двигателя

1.1  – предварительное значение КПД двигателя назначаем в зависимости от его мощности по [рис1.1]. Принимаем среднее значение η_н = 0,8.

1.2 Определяем предварительное значение номинального тока:

 А

1.3 Ток якоря:

где значение коэффициента  выбираем из табл.1.1., =0,08

$IMAGE7$ А

1.4 Определяем электромагнитную мощность двигателя:

$IMAGE8$,

$IMAGE9$кВт

1.5 Диаметр якоря D можно принять равным высоте оси вращения:

$IMAGE10$

Определяем наружный диаметр якоря D_Н, м:

$IMAGE11$,

$IMAGE12$.

1.6 $IMAGE13$ – линейная нагрузка якоря по [рис1.3].

1.7 $IMAGE14$ – магнитная индукция в воздушном зазоре по [рис1.4].

$IMAGE15$ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия по [рис1.5].

1.8 Определяем расчётную длину якоря:

$IMAGE16$,

$IMAGE17$ м

1.9 Определяем отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру:

$IMAGE18$,

$IMAGE19$.

полученное λ удовлетворяет условию $IMAGE20$

1.10 Принимаем число полюсов двигателя 2р = 4.

1.11 Находим полюсное деление:

$IMAGE21$

$IMAGE22$.

1.12 Определяем расчётную ширину полюсного наконечника:

$IMAGE23$,

$IMAGE24$.

1.13 Действительная ширина полюсного наконечника при эксцентричном зазоре под главными полюсами

$IMAGE25$.

2 Выбор обмотки якоря

2.1 Т.к. ток якоря меньше 600 А, выбираем простую волновую обмотку

(2а = 2). Ток параллельной ветви равен:

$IMAGE26$,

$IMAGE27$.

2.2 Определяем предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря:

$IMAGE28$,

$IMAGE29$.

2.3 Крайние пределы чисел пазов якоря:

$IMAGE30$,

где t₁ – зубцовый шаг, граничные значения которого зависят от высоты оси вращения.

Принимаем t_1max = 0.02 м; t_1min = 0.01 м. Тогда:

$IMAGE31$.

Ориентировочное число пазов якоря:

$IMAGE32$

$IMAGE33$

где отношение $IMAGE34$ определяется по табл.2.1

$IMAGE35$=10

Зубцовый шаг:

$IMAGE36$

$IMAGE37$

2.4 Число эффективных проводников в пазу:

$IMAGE38$

$IMAGE39$

В симметричной двухслойной обмотке это число должно быть четным. Принимаем N_п=24, тогда число проводников в обмотке якоря определяется как $IMAGE40$.

2.5 Т.к. диаметр якоря меньше 200 мм, пазы якоря выполняем полузакрытыми овальной формы, зубцы с параллельными стенками. Выбор такой конструкции обусловлен тем, что обмотка якоря таких машин выполняется всыпной из эмалированных медных проводников круглого сечения, образующих мягкие секции, которые легко можно уложить в пазы через сравнительно узкие шлицы.

2.6 Выбор числа коллекторных пластин. Минимальное число коллекторных пластин К ограничивается допустимым значением напряжения между соседними коллекторными пластинами. Для серийных машин без компенсационной обмотки $IMAGE41$.

Минимальное значение К:

$IMAGE42$,

$IMAGE43$

Принимаем коллекторное деление:

$IMAGE44$

Максимальное значение К:

$IMAGE45$

где $IMAGE46$ – наружный диаметр коллектора

Число коллекторных пластин:

$IMAGE47$,

где $IMAGE48$- число элементарных пазов в одном реальном ( $IMAGE48$ =3).

Данные полученные ранее записываем в таблицу:

un	К = un·Z	$IMAGE50$	$IMAGE51$	$IMAGE52$
3	120	4	18	3.27

Уточнённое значение линейной нагрузки, А/м

$IMAGE53$,

$IMAGE54$,

где $IMAGE55$

2.7 Скорректированная длина якоря:

$IMAGE56$

$IMAGE57$

2.8 Наружный диаметр коллектора $IMAGE58$

2.9 Окружная скорость коллектора:

$IMAGE59$,

$IMAGE60$

2.10 Коллекторное деление t_k = 3.27 мм

2.11 Полный ток паза:

$IMAGE61$

$IMAGE62$.

2.12 Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря:

$IMAGE63$,

где $IMAGE64$ - принимаем в зависимости от диаметра якоря по [рис 1.3].

$IMAGE65$.

2.13 Предварительное сечение эффективного провода:

$IMAGE66$,

$IMAGE67$

Для обмоток якоря с полузакрытыми пазами из [табл.2.4] выбираем круглый провод марки ПЭТВ с сечением 0.883 мм² , диаметром неизолированного провода 1.06 мм и диаметром изолированного провода 1.14 мм.

Число элементарных проводников $IMAGE68$.

3 Расчёт геометрии зубцовой зоны

3.1 Площадь поперечного сечения обмотки, уложенной в один полузакрытый паз:

$IMAGE69$

где d_ИЗ = 1.14 мм – диаметр одного изолированного провода;

n_ЭЛ = 1 – число элементарных проводников в одном эффективном;

W_С = 4 – число витков в секции;

u_n = 3 – число элементарных пазов в одном реальном;

К_З = 0.7 – коэффициент заполнения паза изолированными проводниками.

Тогда:

$IMAGE70$

3.2 Высоту паза предварительно выбираем по рис 3.1 в зависимости от диаметра якоря:

h_П = 25 мм

Ширина шлица b_Ш должна быть больше суммы максимального диаметра изолированного проводника и двухсторонней толщины пазовой изоляции. Принимаем b_Ш = 2 мм.

Высоту шлица принимаем h_Ш = 0.6 мм.

3.3 Ширина зубца:

$IMAGE71$

где B_Z = 2 Тл– допустимое значение магнитной индукции в зубцах для частоты перемагничивания 50Гц и двигателя со степенью защиты IP22 и способом охлаждения ICO1;

К_С = 0,95 – коэффициент заполнения пакета якоря сталью.

Тогда:

$IMAGE72$м

3.4 Большой радиус паза:

$IMAGE73$,

$IMAGE74$ м

3.5 Меньший радиус паза:

$IMAGE75$,

$IMAGE76$ м

3.6 Расстояние между центрами радиусов:

$IMAGE77$

$IMAGE78$

3.7 Минимальное сечение зубцов якоря:

$IMAGE79$

$IMAGE80$

3.8 Предварительное значение ЭДС:

Е_Н = К_Д∙U_Н

где К_Д = 0.9 – выбирается в зависимости от мощности двигателя по табл.1.1. Тогда:

Е_Н = 0.9∙440 = 396 В

3.9 Предварительное значение магнитного потока на полюс:

$IMAGE81$

3.10 Индукция в сечении зубцов (сталь марки 2312):

$IMAGE82$

B_z не удовлетворяет условию B_z ≤2. В таком случае пересчитываем $IMAGE83$ так, что бы выполнялось условие B_z ≤2:

$IMAGE84$

$IMAGE85$

4 Расчёт обмотки якоря

4.1 Длина лобовой части витка при 2р = 4:

$IMAGE86$

4.2 Средняя длина полувитка обмотки якоря:

l_{а ср} = (l_п + l_л), м

где l_п ≈ l_δ = 0.16 – длина якоря приближённая для машин без радиальной вентиляции, м

Тогда:

l_{а ср} = 0.16+ 0.158= 0.318 м

4.3 Полная длина проводников обмотки якоря:

L_ма = N·l_{а ср} = 960·0.318= 305.28 м

4.4 Сопротивление обмотки якоря при температуре t = 20 ˚С:

$IMAGE87$

$IMAGE88$

4.5 Сопротивление обмотки якоря при температуре t = 75 ˚С:

R_da = 1.22R_а = 1.22·1.6 = 1.952 Ом

4.6 Масса меди обмотки якоря:

М_ма = 8900·l_{а ср}·N·q₀ = 8900·0.318·960·0.83635·10^-6 = 2.272 кг

4.7 Расчёт шагов обмотки. Шаг по коллектору для простой волновой обмотки:

$IMAGE89$

Результирующий шаг Y = Y_К = 59

Первый частичный шаг:

$IMAGE90$

где Σ – дробное число, с помощью которого Y₁ округляется до целого числа.

Тогда:

$IMAGE91$

Второй частичный шаг:

Y₂ = Y – Y₁ = 59 – 30 = 29

5 Определение размеров магнитной цепи

5.1 Предварительное значение внутреннего диаметра якоря и диаметра вала:

$IMAGE92$

5.2 Высота спинки якоря:

$IMAGE93$

Магнитная индукция в спинке якоря:

$IMAGE94$

где $IMAGE95$– площадь поперечного сечения спинки якоря;

K_c = 0,95; $IMAGE96$

Тогда $IMAGE97$

B_j не удовлетворяет условию $IMAGE98$. В таком случае делаем перерасчет внутреннего диаметра якоря D_o:

$IMAGE99$ $IMAGE100$

5.3 Принимаем сталь марки 3411 толщиной 0.5 мм, у которой известно

К_с = 0.95; σ_г = 1.2; b_p = 0.07812 м

Ширина выступа полюсного наконечника равна

$IMAGE101$

5.4 Ширина сердечника главного полюса:

$IMAGE102$

$IMAGE103$

5.5 Индукция в сердечнике:

$IMAGE104$

5.6 Сечение станины:

$IMAGE105$

где В_С = 1,3 – индукция в станине, Тл.

$IMAGE106$

5.7 Длина станины:

l_C = l_г + 0.4D = 0.285 + 0.4·0,16 = 0.221 м

5.8 Высота станины:

$IMAGE107$

5.9 Наружный диаметр станины:

$IMAGE108$

5.10 Внутренний диаметр станины:

d_C = D_H – 2h_C = 0.31 – 2·0.0278= 0.254 м

5.11 Высота главного полюса:

$IMAGE109$

где δ = 0.015м – предварительное значение воздушного зазора по [рис 5.2.]

$IMAGE110$

6 Расчётные сечения магнитной цепи

6.1 Сечение воздушного зазора:

S_δ = b_ρ·l_δ = 0.0781·0.285 = 0.0222 м²

6.2 Длина стали якоря:

$IMAGE111$

6.3 Минимальное сечение зубцов якоря из п.3.7:

S $IMAGE112$=0.00665 м $IMAGE113$

6.4 Сечение спинки якоря:

S_j = l_с