методичка по стартеру
.pdf
|
|
L |
|
wC ASl0bщ |
|
|
|
|||||||
|
|
S |
|
|
|
iан |
|
|
(2.6.39) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Uщ — |
|
переходное |
падение |
|
напряжения |
в контактах двух |
||||||||
разноименных щеток, В; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ток одной щетки |
|
|
|
Ia |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
I |
щ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
p |
|
|
(2.6.41) |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ток одной параллельной ветви |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
iан |
|
Ia |
. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2a |
|
|
(2.6.42) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Переходное падение напряжения в контакте щеток и их составляющие |
||||||||||||||
при номинальных плотностях тока в них в среднем можно принять: |
||||||||||||||
для щеток М-1, М-6: Uщ 1,5В; |
a' 0,8В; |
b' |
0,7В; |
|||||||||||
» |
» |
МГ-4: Uщ 1,0В; |
a' 0,6В; |
b' 0,4В; |
||||||||||
» |
» |
ЭГ-2, ЭГ-8: Uщ 2,5В; |
a' 2,1В; |
b' 0,4В; |
||||||||||
Полная м.д.с. возбуждения машины при нагрузке на пару полюсов:
AWB' AWВ AWR , А
(2.6.43)
2.7 Расчет обмотки возбуждения Расчет обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока
заключается в определении числа витков, приходящихся на один полюс, сечения провода, а также в соответствующем размещении обмотки на сердечниках полюсов.
а) Электродвигатель последовательного возбуждения.
Число витков обмотки возбуждения, приходящихся на один полюс,
WB A2WIaВ ,
(2.7.1)
Сечение и диаметр провода обмотки возбуждения. Предварительно
|
Ia |
2 |
|
qВ |
|
м |
, |
jВ' |
(2.7.2)
где jB' — предварительное значение плотности тока в обмотке
возбуждения, выбираемое, например, по кривым рис.2.4.2 в зависимости от режима работы, типа исполнения и вращающего момента электродвигателя или по формулам (2.4.3) и (2.4.4).
Из приложения 1 окончательно выбираются ближайшие большие сечение и диаметр провода:
qB ...; |
dB /dВИ ... |
|
|
|||
Окончательная плотность тока в проводнике обмотки возбуждения |
||||||
jB |
Ia |
|
|
А/м |
2 |
, |
qB |
|
|
|
|||
(2.7.3) |
|
|
|
|
|
|
Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при |
||||||
расчетной температуре 75 С |
|
2pWBlсрв |
|
|
||
rB 20 Ck |
|
|
Ом, |
|||
|
|
|
||||
|
qB |
|
|
|||
(2.7.4.) |
|
|
|
|
|
|
где 20 С 1,8 10 8 Ом м — удельное электрическое сопротивление
меди при 20 С;
lсрв , м — средняя длина витка обмотки возбуждения, определяемая по эскизу расположения обмотки на полюсе (рис.2.7.1).
Рис.2.7.1 Размеры катушки возбуждения
Число проводников по высоте катушки
Nв hK ИК |
м, |
dвИ |
|
(2.7.5)
высота катушки
hK hПЛ hПЛН |
м, |
(2.7.6) |
|
высота полюсного наконечника |
|
|
|
hПЛН |
В b0 |
bПЛ |
м, |
|
(2.7.7) |
|
2К2ВПЛН |
|
|||
|
м — толщина изоляции катушки возбуждения на |
|||||
где ИК |
(1 1,5) 10 3 |
|||||
две стороны; |
|
Тл — магнитная |
индукция в |
полюсном |
||
ВПЛН (1,6 1,8) |
||||||
наконечнике. |
Число проводников по ширине катушки |
|
||||
|
|
|||||
NШ WВ Nв
(2.7.8)
Ширина катушки
bК NШdви ИК |
м. |
(2.7.9)
Для двигателей малой мощности, выполняемых без дополнительных полюсов должно выполняться условие
bПЛ 2bК (0,7 0,8) |
м, |
(2.7.10) |
|
если это условие не выполняется надо корректировать hПЛ . |
|
Средняя длина витка катушки возбуждения |
м. |
lсрв 2lПЛ 2bПЛ bК |
(2.7.11)
В случае отъемных полюсов (рис.2.6.1) внутренний периметр катушки возбуждения определяется размерами поперечного сечения полюса bПЛ и lПЛ ;
в случае же шихтованной станины (рис.2.6.2) следует размер bПЛ в формуле
(2.7.11) увеличить на величину |
b0 bПЛ |
|
2 |
для того, чтобы было возможно
надевать катушку на сердечник полюса со стороны полюсного наконечника. Падение напряжения в обмотке возбуждения
UB Iarв |
В, |
(2.7.12) |
|
Проверка величины э.д.с. якоря при нагрузке |
В, |
E U Ua Uщ UB |
(2.7.13)
Полученная здесь величина э.д.с. Е не должна отличаться от предварительного значения её в начале расчета более чем на ±5%. При большем отклонения её от предварительного значения и для получения заданной частоты вращения необходимо внести поправку в величину
требуемой м.д.с. возбуждения электродвигателя. Для этого по полученному значению э.д.с. определяется величина потока:
Е 60а
РNn
(2.7.14)
По кривой намагничивания находится результирующая м.д.с. AWp' и
полная м.д.с. возбуждения:
AWВ AWp' AWR
(2.7.15)
После этого производится окончательный перерасчет обмотки возбуждения.
б) Электродвигатель параллельного возбуждения.
Сечение провода обмотки возбуждения в этом случае определяется по формуле
qв 200 С |
|
pAWвlcpв |
м², |
|
||
|
|
|
||||
(2.7.16) |
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из приложения 1 выбираются ближайшие сечение и диаметр провода: |
||||||
qв ...; dв /dви … |
|
|||||
Плотность тока в проводнике обмотки возбуждения |
|
|||||
jв |
|
Iв |
|
А/м². |
||
|
qв |
|||||
|
|
|
||||
(2.7.17)
Величина плотности тока в обмотке возбуждения должна соответствовать данным кривых рис. 2.4.2 если полученная в этой позиции плотность тока не вполне согласуется с данными указанных кривых, то следует соответственно несколько изменить величину тока возбуждения Iв ,
предварительно принятого в начале расчета.
Число витков обмотки возбуждения, приходящихся на один полюс
WВ A2WIвв ,
(2.7.18)
Необходимая площадь окна для размещения обмотки возбуждения определяется, как указано выше.
Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при750С определяется по формуле (2.7.4) для уточненного значения Wв .
Полученное здесь сопротивление обмотки возбуждения должно при заданном напряжении машины практически определять значение тока возбуждения:
Iв U |
. |
r |
|
в |
|
(2.7.19) |
|
Проверка величины ЭДС якоря при нагрузке |
|
Е U Ua Uщ U U
(2.7.20)
Полученная здесь величина ЭС Е не должна отличаться от предварительного значения ее в начале расчета более чем на 5%. При большем отклонении ее от предварительного значения необходимо внести поправку в величину требуемой МДС возбуждения, как указано выше и произвести перерасчет обмотки возбуждения.
2.8 Мощности потерь и коэффициент полезного действия Мощности потерь в электродвигателях постоянного тока малой
мощности слагаются из следующих видов:
1)потерь в меди обмоток якоря и возбуждения машины,
2)переходных потерь на контактах щеток и коллектора,
3)магнитных потерь на гистерезис и вихревые токи в стали
якоря,
4)механических потерь (трение в подшипниках, якоря о воздух, щеток о коллектор)
5)добавочных потерь.
Потери в меди обмотки якоря
Pм.а Ia2ra |
|
Вт |
|
(2.8.1) |
|
|
|
Потери в меди последовательной обмотки возбуждения |
Вт |
||
Pм.в Ia2rв |
|
||
(2.8.2) |
|
|
|
Потери в меди параллельной обмотки возбуждения |
|
||
P |
I2r UI |
в |
Вт |
м.в |
в в |
|
|
(2.8.3) |
|
|
|
Переходные потери в контактах щеток и коллектора
Pщ.к Uщ Ia
(2.8.4)
Масса стали сердечника якоря
Gc.a 5,5(Da 2hП )2l0 103кг
(2.8.5)
Масса стали зубцов якоря
Gc.з 7,8zzcphПl0 103кг
(2.8.6)
Потери на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника якоря
Pc.a pa Ba2Gc.a
(2.8.7)
Потери на гистерезис и вихревые токи в стали зубцов якоря
Pc.з pз.Bз2.cp.Gc.з.
Вт
Вт
Вт
(2.8.8)
Полные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали
якоря
(2.8.9) |
|
Pc Pc.a Pc.з |
|
|
|
|
|
|
Вт |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Удельные потери в стали, Вт/кг |
|
f |
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
||||
|
|
pa 2 ( |
|
) 2,5 ( |
|
)2 |
, |
|
|||||||
(2.8.10) |
100 |
100 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
||
|
|
pз 1,5 ( |
|
|
) 3 ( |
|
)2 , |
|
|||||||
|
100 |
|
|
||||||||||||
(2.8.11) |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
и - из табл. 2.8.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Значения |
и в зависимости от |
|
марки |
и |
толщины пластины стали |
||||||||||
Таблица 2.8.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Марка стали |
|
Толщина листа, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Э11 |
|
0,50 |
|
|
|
|
|
4,1 |
|
|
|
5,1 |
|||
Э12 |
|
0,50 |
|
|
|
|
|
3,5 |
|
|
|
4,4 |
|||
Э31 |
|
0,35 |
|
|
|
|
|
1,8 |
|
|
|
2,1 |
|||
Э44 |
|
0,35 |
|
|
|
|
|
1.1 |
|
|
|
1,4 |
|||
Э44 |
|
0,20 |
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
1,3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Потери на трение щеток о коллектор |
|
|
|
|
|
|
Вт. |
||||||||
|
|
Pтр.щ 9,81 pщSщ к 104 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
(2.8.12) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sщ -общая площадь прилегания к коллектору всех щеток.
Потери на трение в подшипниках можно приближенно определить по формуле
Pтр.п mGan 10 3 |
Вт. |
(2.8.13)
Коэффициент m для малых машин с шарикоподшипниками, по
опытным данным, колеблется в пределах от 1 до 3, при этом большее его значение относится к нижнему пределу рассматриваемого здесь диапазона мощностей.
Масса якоря Ga
Ga |
|
(Da2l0 a Dк2lк к ) |
кг. |
|
4 |
|
|
(2.8.14)
Средняя объемная масса якоря и коллектора
a к 8,5 103 кг/м³.
Потери на трение якоря о воздух вообще не поддаются точному учету; для машин малой мощности при скоростях вращения якоря примерно до 12000 об/мин их можно приближенно определить по следующей формуле:
Pтр.в 2Da3n3l0 10 6 |
Вт. |
(2.8.15) |
|
Полные механические потери в машине |
Вт. |
Pм.х Pтр.щ Pтр.п Pтр.в |
|
(2.8.16) |
|
Общие потери в машине при полной нагрузке |
Вт, |
P 0 (Pм.а Pм.в Pщ.к Pм.х ) |
(2.8.17)
где коэффициент
0 1,08 1,12 учитывает добавочные потери в
машине.
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке машины
UI P ,
UI
(2.8.18)
Найденная здесь величина не должна отличаться более чем на 5%
от предварительно выбранной. Если отличие большее, то необходимо корректировать расчет.
2.9 Рабочие характеристики электродвигателя Под рабочим характеристиками электродвигателей постоянного тока
малой мощности понимаются зависимости тока якоря, потребляемой мощности, частоты вращения, к.п.д, вращающего момента на валу при постоянном напряжении на зажимах от мощности на валу P2
I f P2 ; |
P1 f (P2 ); |
n f P2 ; |
f P2 M2= f (P2). |
По данным расчета строятся рабочие характеристики двигателя. Расчет рабочих характеристик электродвигателей для удобства можно свести в табл. 2.9.1.
|
|
|
Расчет рабочих характеристик электродвигателя |
|
Таблица 2.9.1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Величины |
Потребляемый двигателем ток из сети, А |
||||||
|
|
|
|
|
|
0,5I |
|
0,8I |
|
I |
|
1,2I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
IB=…………………….…………..…….А1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ia=I-Iв………………………………..….А2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ua=Iara……………………………..….В |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Uв=Iаrв…………………………..……В3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Uщ=……………………………..…….В |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
U= Ua+ Uщ+ Uв……………..……В4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Е=U- U……………………………..…В |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
AWB …………………………………..…А5 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
AWR ………………………………..……А |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
AWp ………………………………..……А |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ф……………………………………..…Вб |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
n |
|
60aE |
…………………………...об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
pNФ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Pмa=Ia2ra………………………………...Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Pмв=Iа2rв………………………………...Вт6 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Pщк= UщIa…………………………...…Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Pмx………………………………………Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Pc…………………………………….….Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
P= 0(Pмa+Pмв+Pщк)……………….…Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
P1=UI…………………………………...Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
P2=P1- P……………………………..Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
P2 |
………………………………….. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
P2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
М2=9,55 |
…………………………..…Нм |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 для двигателя параллельного возбуждения Iв const;
2 для двигателя параллельного возбуждения; при последовательном
возбуждении Ia Iв ;
3 для двигателя последовательного возбуждения;
4 для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном
возбуждении UВ 0;
5 для двигателя последовательного возбуждения AWВ Ia 2Wв ; для параллельного возбуждения AWВ Iв 2Wв const;
6 для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном возбуждении PМВ=UIВ=const
В столбец таблицы 2.9.1 , соответствующий номинальному потребляемому двигателем току из сети, выписываются рассчитанные значения отдельных величин. При этом суммарная м.д.с. реакции якоря AWR
для других столбцов принимается пропорциональной току якоря, а величина полезного потока полюса для каждого не номинального значения потребляемого тока определяется по кривой намагничивания (рис. 2.6.3) с помощью результирующей м.д.с.
AWр AWВ AWR.
Поскольку все рабочие характеристики зависят от Р2 , то удобно их
построить в одной плоскости прямоугольной системы координат с горизонтальной осью Р2 и пятью вертикальными осями с общим нулевым значением.
2.10Упрощенный тепловой расчет
Вцелях сокращения объема вычислительной работы при тепловом расчете машин постоянного тока можно в приближенных расчетах ограничиться упрощенным методом теплового расчета [4]. В этом случае средние превышения температур якоря, коллектора и обмотки возбуждения машины над температурой окружающей среды определяются по приведенным ниже формулам.
Превышение температуры якоря. Полные потери в активном слое
якоря
Pм.а Pм.а |
l0 |
Pc |
Вт. |
|
la |
||||
|
|
|
(2.10.1)
Поверхность охлаждения активного слоя якоря
Sa Dal0 |
м². |
(2.10.2)
Среднее превышение температуры якоря над окружающей средой при установившемся режиме
a |
Pм |
.а |
ºС, |
|
(10,1 a)Sa |
||||
|
|
|||
(2.10.3)
где при закрытом исполнении машин коэффициент теплоотдачи поверхности якоря
|
14 18 |
Вт/м²∙град, |
|
|
||||
окружная частота вращения якоря |
|
|
||||||
|
a |
Dan |
|
|
|
м/с. |
||
(2.10.4) |
|
|
||||||
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Превышение температуры коллектора. Полные потери на коллекторе |
||||||||
|
|
Pк Pщ.к Pтр.щ |
|
Вт. |
||||
(2.10.5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Поверхность охлаждения коллектора |
|
м². |
||||||
(2.10.6) |
|
Sк Dкlк |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее превышение температуры коллектора над окружающей |
||||||||
средой при установившемся режиме |
|
|
||||||
|
к |
|
Pк |
ºС |
, |
|||
(2.10.7) |
к (1 0,1 к )Sк |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где коэффициент теплоотдачи поверхности коллектора |
|
|
||||||
к 40 70 |
Вт/м²∙град. |
|
|
|
|
|
||
Превышение |
температуры |
обмотки возбуждения. Потери |
в одной |
|||||
катушке обмотки возбуждения
м.в |
Рм.в |
Вт, |
|
2р |
|||
|
|
(2.10.8)
где Рм.в -потери в меди обмотки возбуждения, Вт.
Поверхность охлаждения одной катушки обмотки возбуждения при станине с отъемными полюсами
S |
0 |
2(b |
l |
пл |
4в |
к |
)h 2(b |
2в |
к |
)в |
к |
м2, |
|
|
пл |
|
|
к |
пл |
|
|
|
|||||
(2.10.9)
при шихтованной станине
S0 (b0 bпл 2lпл 8вк )hк (b0 bпл 4вк )вк |
м². |
(2.10.10)
где hк – ширина и высота катушки.
Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над окружающей средой при установившемся режиме
в |
м.в |
ºС, |
|
0S0 |
|||
|
|
(2.10.11)
где при закрытом исполнении машин коэффициент теплоотдачи поверхности обмотки возбуждения
0 26 30 Вт/м²∙град.