Учебное пособие 780
.pdf
Продолжение табл. 7
4.2.2 Ширина зоны коммутации |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
b |
щ |
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
D |
; |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
uп |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
bзк |
|
|
|
tк |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
tк |
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
Dк |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
К |
y1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
2р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4.2.3 Коэффициент зоны коммутации |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
kзк |
|
bзк |
; |
|
|
kзк = (0,55…0,75). |
|
|
||||||||||||||||
bp |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
4.2.4 Контактная площадь щеток на один |
|
|
||||||||||||||||||||||
щеточный болт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Sщ |
|
I |
; |
|
Jщ = |
|
|
|
|
|
|
|
/1, П4.2/. |
|
|
|||||||||
p Jщ |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
4.2.5 Длина щетки |
lщ |
|
Sщ |
|
|
|
; |
|
Nщ 2. |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nщ bщ |
|
|
|
|
Длина щетки lщ = |
. |
|||||||
|
lщ нормируется /1, П4.1/. |
|
||||||||||||||||||||||
4.2.6 Уточняется плотность тока под щеткой |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
Jщ |
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
p Nщ bщ lщ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
4.2.7 Активная длина коллектора |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Lк = Nщ (lщ + 0,008) + (0,01 0,025) . |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
4.3 |
Расчет магнитной цепи добавочных полюсов |
|
|||||||||||||||||||||
4.3.1 Воздушный зазор под добавочным |
|
|
||||||||||||||||||||||
полюсом |
д = |
(1,5…2,0) . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
4.3.2 ЭДС коммутации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Ек = (1,05…1,1) Ер . |
|
|
|
|||||||||||||||||||
4.3.3 Индукция под добавочным полюсом |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
В д |
|
|
|
|
Ек |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
2 w |
c |
V l |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4.3.4 Магнитный поток в воздушном зазоре |
|
|
||||||||||||||||||||||
под добавочным полюсом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Ф д В д (bдн 2 д ) lдн , |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
bдн = kзк bзк ; lдн = l . |
|
|
|
||||||||||||||||||||
4.3.5 Магнитный поток в сердечнике |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
добавочного полюса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Фд = д |
Ф д , |
|
д = |
|
|
|
/1, стр. 638/. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21
Окончание табл. 7
4.3.6 Индукция в сердечнике добавочного полюса
Вд Фд ,
Sд
Sд = bд lд kс; |
bд 0,05 D; |
lд l . |
4.4Расчет обмотки добавочного полюса
4.4.1Приближенное значение МДС обмотки
добавочных полюсов
|
|
|
|
F (1,2...1,4) А |
|
. |
|
|
|||
|
|
|
|
Принимаем Fд = |
. |
||||||
|
|
|
|
д |
|
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||
4.4.2 Число витков в обмотке добавочных |
|
|
|||||||||
|
полюсов |
wд |
Fд ад |
|
, ад = 1. |
Число витков округляется wд = |
|||||
|
I |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
4.4.3 Поперечное сечение проводников |
|
|
|||||||||
qд |
|
|
I |
; |
Jд = |
/1, стр. 641/. |
|
|
|||
aд |
|
|
|
||||||||
|
|
Jд |
|
|
|
|
|
Принимаем qд = |
. |
||
|
qд нормируется /1, П3.1, П3.2/. |
||||||||||
4.4.4 Средняя длина витка катушки добавочного полюса
lдср = 2 (bд + lд) + (bкд + 2 bиз) , bкд = bкв .
4.4.5 Сопротивление обмотки добавочного полюса
Rд |
mt |
|
2pд lдср wд |
; 2рд = 2р. |
|
||||
|
|
|
(ад )2 qд |
|
4.4.6 Масса обмотки добавочного полюса
Мд = mм lдср wд 2рд qд .
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 6. ПОТЕРИ МОЩНОСТИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель практической работы 6. Получение практических навыков использования методики расчета потерь в электрических машинах постоянного тока.
Для удобства выполнения расчетов целесообразно использовать табл. 8, где приводится методика выполнения расчетов.
22
Таблица 8
|
|
|
5.1 |
Расчет потерь мощности |
|||||||||
5.1.1 Механические потери мощности на |
|
|
|||||||||||
трение щеток о коллектор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ртщ = kтр рщ Sщ 2р Vк , |
|
|
|
|
|||||||||
kтр = 0,25; |
рщ = |
|
|
|
|
/1, П4.2/. |
|
|
|||||
5.1.2 Механические потери мощности на |
|
||||||||||||
трение в подшипниках и механические потери |
|
||||||||||||
мощности на вентиляцию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ртп Рвент , /1, рис. 11-28/. |
|
|
|
|
|||||||||
5.1.3 Механические потери мощности |
|
|
|
|
|||||||||
Рмех = Ртщ + Ртп + Рвент . |
|
|
|
|
|||||||||
5.1.4 Электрические потери в обмотке якоря |
|
||||||||||||
|
Рэа |
= I2 Rа . |
|
|
|
|
|
|
|||||
5.1.5 Электрические потери в обмотке |
|
|
|
|
|||||||||
добавочных полюсов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Рэд |
= I2 Rд . |
|
|
|
|
|
|
|||||
5.1.6 Электрические потери в последователь- |
|
||||||||||||
ной стабилизирующей обмотке |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Рэс |
= I2 Rс . |
|
|
|
|
|
|
|||||
5.1.7 Электрические потери мощности в |
|
|
|||||||||||
параллельной обмотке возбуждения |
|
|
|
|
|||||||||
|
Рэв = Uн Iв . |
|
|
|
|
|
|
||||||
5.1.8 Электрические потери мощности в |
|
|
|||||||||||
щеточно-коллекторном контакте |
|
|
|
|
|||||||||
Рэщ = 2 Uщ I . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 Uщ = |
|
|
/1, П4.2/. |
|
|
|
|
||||||
5.1.9 Основные электрические потери |
|
|
|
|
|||||||||
Рэ = Рэа + Рэд + Рэс + Рэв + Рэщ . |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5.1.10 Масса зубцов сердечника якоря |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
r |
r |
|
, |
|
|
|
|
Mz mc Z bz hп |
|
1 |
2 |
l kc |
|
|
|
||||||
|
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
удельная масса стали mс = 7800 кг/м3. |
|
||||||||||||
5.1.11 Масса ярма сердечника якоря |
|
|
|
|
|||||||||
Mj mc |
D 2 hп 2 Do2 l kc . |
|
|
||||||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.1.12 Магнитные потери в зубцах якоря |
|
|
|||||||||||
|
f |
|
2 |
Mz ; |
|
p n |
н |
, |
|
||||
Pz kтех Руд |
|
Bz |
|
f |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
50 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|||
kтех = 2,3; Руд = |
; = |
|
/2, табл. 16/. |
|
|||||||||
23
Продолжение табл. 8
5.1.13 Магнитные потери в ярме якоря |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
f |
2 |
Mj . |
|
|
||||
|
Pj kтех Р |
уд |
|
|
Bj |
|
|
||||||||
|
50 |
|
|
||||||||||||
5.1.14 Основные магнитные потери |
|
|
|||||||||||||
|
|
Pм Pz Pj . |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5.1.15 Добавочные потери мощности |
|
|
|||||||||||||
|
Рдоб = 0,01 Uн Iн . |
|
|
||||||||||||
5.1.16 Суммарные потери мощности |
|
|
|||||||||||||
|
Р Рмех |
Рэ Рм |
Рдоб . |
|
|
||||||||||
|
5.2 |
Определение номинальных параметров |
|||||||||||||
5.2.1 Предварительное значение потребляемой |
|
||||||||||||||
мощности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р1н Рн Р . |
|
|
|
|||||||||||
5.2.2 Предварительное значение тока двигателя |
|
||||||||||||||
|
|
I |
|
P1н |
. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
1н |
|
|
|
Uн |
|
|
|
|
|
|||
5.2.3 |
Номинальный ток якоря |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Iн |
I1н Iв . |
|
|
|
|||||||||
5.2.4 |
ЭДС обмотки якоря |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Ен Uн Iн R 2 Uщ , |
|
R = |
. |
|
||||||||||
R - суммарное сопротивление якорной цепи. |
|
||||||||||||||
5.2.5 |
Основной магнитный поток в воздушном |
|
|||||||||||||
зазоре |
|
|
60 а Ен |
|
|
|
|
||||||||
|
Ф |
н |
|
. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
N p nн |
|
|
|
|
|
||||||
5.2.6 |
По основной характеристике намагни- |
|
|
||||||||||||
чивания Ф = f (F ) определяется |
значение F н, |
|
|||||||||||||
соответствующее Ф н . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5.2.7 |
МДС системы возбуждения |
|
|
||||||||||||
при параллельном возбуждении |
|
|
|
||||||||||||
|
Fв |
F н Fqdн |
|
|
|
||||||||||
при смешанном возбуждении |
|
|
, |
|
|
||||||||||
|
Fв F н Fqdн Fпсн |
|
|
||||||||||||
|
Fqdн = |
|
|
; Fпсн = |
|
|
. |
|
|
||||||
5.2.8 |
Уточненный номинальный ток |
|
|
||||||||||||
возбуждения |
|
|
|
Fв ав |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Iв |
|
. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
wв |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
Окончание табл. 8
5.2.8 Уточненный номинальный ток двигателя
I1н Iн Iв .
5.2.9 Уточненное значение потребляемой мощности двигателя
Р1н Uн I1н .
5.2.11Полезная мощность на валу двигателя
Р2н Ен Iн Ро Рдоб ,
Ро Рмех Рм .
5.2.12Коэффициент полезного действия
н Р2н .
Р1н
5.2.13 Вращающий момент на валу двигателя
Мн |
9,57 |
Р2н |
. |
|
|||
|
|
nн |
|
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 7. РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Рабочие характеристики двигателя постоянного тока представляют собой зависимости скорости вращения n, потребляемого тока I и мощности P1, момента на валу двигателя M, коэффициента полезного действия η от полезной мощности P2 при неизменном значении напряжения питания Uн = const, тока обмотки возбуждения Iвн=const и отсутствии добавочного сопротивления в якорной цепи Rд я = 0. Они дают возможность судить об эксплуатационных свойствах двигателей и определять наиболее экономичные их режимы работы в условиях производства.
Для удобства результаты расчета целесообразно представить в виде табл. 9.
|
Расчет рабочих характеристик |
Таблица 9 |
|||||
|
|
||||||
Коэффициент нагрузки kн |
|
I |
. |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
0,75 1,25 1,5 |
|
|||||||
|
|
Iн |
|
|
|
|
|
Ток якоря для данных |
|
|
|
|
|
|
|
коэффициентов нагрузки |
|
|
|
|
|
|
|
I kн Iн . |
|
|
|
|
|
|
|
Значение ЭДС |
|
|
|
|
|
|
|
Е Uн I R 2 Uщ .
25
Окончание табл. 9
Размагничивающее действие реакции якоря Fqd kн Fqdн .
Суммарное магнитное напряжение всех участков магнитной цепи при параллельном возбуждении
F Fв Fqd ;
при смешанном возбуждении
Fпс kн Fпсн ;
F Fв Fqd Fпс .
Магнитный поток, соответствующий F , определяется по характеристике намагничивания Ф = f (F ).
Частота вращения якоря
n |
60 a E |
. |
|
||
|
N p Ф |
|
Ток двигателя
I1 I Iв .
Потребляемая мощность
Р1 I1 Uн .
Полезная мощность на валу двигателя
|
|
Р2 |
E I |
Po Рдоб |
; |
||||
|
' |
|
|
|
I |
|
2 |
|
|
Р |
kдоб Р |
доб |
|
|
; kдоб = |
/2,табл. |
|||
доб |
|
||||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Iн |
|
|
||
17/.
Коэффициент полезного действия
Р2 .
Р1
Вращающий момент на валу двигателя
M 9,57 P2 . n
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
Цель практической работы 8. Получение практических навыков расчета теплого состояния машины постоянного тока
26
Таблица 10
Расчетное сопротивление обмотки якоря
Ra,т Ra kт
Расчетное сопротивление обмотки добавочных полюсов
Rд,т Rд kт
Расчетное сопротивление обмотки смешанного возбуждения (в случае наличия)
Rс,т Rс kт
Расчетное сопротивление обмотки возбуждения
Rв,т Rв kт
Потери в обмотке якоря
Pa,т Iн2 Ra,т
Потери в обмотке добавочных полюсов
Pд,т Iн2 Rд
Потери в обмотке смешанного возбуждения
Pс,т Iн2 Rс,т
Потери в обмотке возбуждения
Pв,т Iв2,н Rв,т
Превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря над температурой воздуха внутри машины
|
|
|
|
2 l |
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
P |
||
|
|
|
||||||
|
|
a,т |
|
la,cp |
|
c,т |
||
а |
|
|
|
|
|
|||
D la |
a |
|||||||
|
|
|||||||
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря
|
|
|
|
|
2 l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
la,cp |
r r |
|
b |
|
||||||||
|
|
a,т |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
из |
|
|
Z П |
|
|
|
8 ' |
|
|
|||||||
из,п |
|
п |
l k |
c |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
экв |
|
|
экв |
|||
где Пп , м - периметр поперечного сечения паза
Пп r1 r2 2 h1
Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря
|
|
l |
|
|
P |
1 |
|
||
|
||||
а,т |
|
|
|
|
|
|
lа,ср |
||
пов,л D 2 lвыл л lвыл 0,4
27
Продолжение табл. 10
Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря
|
|
|
|
|
|
2 l |
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 |
lа,ср |
|
|
h |
|||
|
|
а,т |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|||
из,л |
|
2 Z |
Пл lл |
|
|
8 экв |
|||
|
|
|
|
||||||
Где Пл , м - периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части
Пл 1 r1 r2 h1
2
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха
|
|
|
|
2 l |
|
|
|
|
2 l |
|
|
|
|
|
|
пов,л |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
а,ср |
a |
из,п |
|
lа,ср |
|
из,л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lа,ср |
||
Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя
воз
P'
Sохл н
где Sохл - условная поверхность охлаждения двигателя:
Sохл Dн l 2 lвыл ,
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды
а',ср а,ср воз
Превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины
п,в |
0,9 Pв |
|
|
|
|
2p l |
П |
в |
|
в |
|
|
в,ср |
|
|
||
Перепад температуры в изоляции катушки обмотки возбуждения
|
|
0,9 P |
|
bк,в,ср |
|
b |
|
|||
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
из |
|
2p l |
П |
|
8 ' |
|
|
|||||
из,в |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
в,ср |
|
в |
экв |
|
экв |
|||
Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды
ср,в п,в из,в воз
Превышение температуры наружной поверхности катушки обмотки добавочных полюсов над температурой воздуха внутри машины
п,д |
0,9 Pд |
|
|
|
||
2p l |
д,ср |
П |
д |
|
д |
|
|
д |
|
|
|||
28
Окончание табл. 10
Перепад температуры в изоляции катушки обмотки добавочных полюсов
|
|
0.9 Pд |
|
|
bк,д |
|
|
|
8 ' |
||||
из,д |
|
2p l |
П |
д |
|
|
|
|
д д,ср |
|
|
экв |
|
Среднее превышение температуры катушки обмотки добавочных полюсов над температурой охлаждающей среды
ср,д п,д из,д воз
Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя
к Pэ,щ Pтр
Sк к
Поверхность охлаждения коллектора Sк Dк lк
Среднее превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей среды при входе охлаждающего воздуха со стороны коллектора
к,ср к воз
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 9. ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ
Цель практической работы 9 – получение практических навыков расчета объема воздуха, необходимого для охлаждения машины постоянного тока
Расчет выполняется в соответствии с алгоритмом /1, стр. 653-654/. Таблица 11
Среднее превышение температуры воздуха внутри машины
воз' 2 воз
Необходимое количество охлаждающего воздуха
Q' |
|
|
P' |
|
|
|
|
||
воз |
1100 воз' |
|||
Наружный диаметр центробежного вентилятора |
||||
D2,в |
0,9 dc |
|||
где dc |
- внутренний диаметр станины: dc Dн 2 hс |
|||
Окружная скорость вентилятора по внешнему диаметру
2
D2,в n
60
Внутренний диаметр колеса вентилятора
D1,в 1,25 D
29
Окончание табл. 11
Окружная скорость вентилятора по внутреннему диаметру
1
D1,в n
60
Ширина лопаток вентилятора bл,в 0,13 D2,в
Число лопаток вентилятора
Nл |
6 10 |
D2,в |
|
D2,в D1,в |
|||
|
|
Давление вентилятора при холостом ходе составляет
H0 а,0 22 12
Входное сечение вентилятора
S2 0,92 D2,в bл,в
Максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания
Qв,max 0,42 2 S2
Действительный расход воздуха
Qвоз Qв,max |
|
|
H0 |
H |
0 |
Z Q2 |
|
|
|
в,max |
Действительное давление вентилятора
|
H |
0 |
Z Q2 |
H |
|
в,max |
|
|
|
|
H0 Z Qв2,max
Мощность, потребляемая вентилятором
Pвент H Qвоз
э
Уточняем потери на трение в подшипниках
Pтр,п 0,25 Pвент
Уточняем сумму потерь на трение в подшипниках и вентиляцию
Pтр,п Pвент
Уточненное значение суммы механических потерь
Pмех Pтр.щ Pтр.п Pвент
Пересчитаем полезную мощность на валу двигателя
P2Н EН IН Pмех Pм PдобН
Уточняем КПД машины в номинальном режиме
н P2
P1
30