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 B_δ, коэффициент полюсного перекрытия α_δ

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 к_в – коэффициент токовозбуждения, к_в = 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 t_1max, t_1min – 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 u_п – число элементарных пазов в реальных пазах, u_п=1,3,5.

Выбираем u_п=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, y_1П – 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, y_2П – 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:

n_ЭЛ=2, м², м, м.

Принимаем q_a=5.08 мм² .

1.3.18 Сопротивление обмотки якоря

, (1.29)

где m_t =1.38 – температурный коэффициент, учитывающий повышение удельного сопротивления при рабочей температуре ,

ρ, Ом·м – удельное сопротивление меди,

l_acp , м– средняя длина полувитка обмотки якоря,

l_acp=l_п+ l_л, (1.30)

l_acp=l_δ+ l_л, (1.31)

где l_п , м – длина пазовой части, принимается равной l_δ,

l_л , м – длина лобовой части обмотки якоря, для четырехполюсной машины принимается равной ,

м,

l_acp=0.147+0.179=0.326 м.

Получим:

Ом.

1.3.19 Масса проводников обмотки меди

, (1.32)

где m_M³ – удельная масса меди, m_M=8900 кг/м³

кг.

1.4 Расчет геометрии зубцовой зоны

1.4.1 Ширина зубца при овальной форме паза

, (1.33)

где к_С – коэффициент заполнения пакета якоря сталью при оксидировании, к_С=0,97.

В_ZД, 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

D_O ≈ 0,3·D, (1.35)

D_O ≈ 0,3·0,156 = 0,047.

Принимаем D_O = 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.