Двигатель постоянного тока

1. Описание конструкции

В настоящее время промышленность изготавливает электрические машины постоянного тока, предназначенные для работы в различных условиях. Поэтому отдельные узлы машины могут иметь разную конструкцию, но общая конструктивная схема этих машин одинакова.

Машина постоянного тока состоит из неподвижной части — статора, вращающейся части — ротора, разделенная воздушным зазором.

Статор состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина машины постоянного тока служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Поэтому станину изготавливают из стали — материала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. Машина крепится к фундаменту при помощи отлитых или приваренных лап с отверстиями для болтов. По окружности станины расположены отверстиями для крепления главных и добавочных полюсов. В верхней части станина имеет подъемное кольцо (рым-болт), служащее для подъема машины при ее сборке и монтаже. В машинах больших габаритов, рым-болтов может быть два или четыре.

В машинах малой или средней мощности станину изготавливают либо цельной, в виде стальной отливки, либо сварной из листовой стали. В крупных машинах станину делают разъемной, что облегчает ее монтаж и транспортировку.

Конструкция двигателя постоянного тока.

Главные полюса. Магнитное поле в машине создается намагничивающей силой обмотки возбуждения, выполняемой в виде полюсных катушек, надетых на сердечники главных полюсов. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса заканчивается полюсным наконечником, при помощи которого обеспечивается требуемое распределение магнитной индукции в зазоре.

Сердечники главных полюсов изготавливают в виде пакетов стальных листов толщиной 0,5−2 мм, которые прессуют и стягивают шпильками. Такой конструкцией достигается уменьшение вихревых токов в сердечнике полюса, возникновение которых объясняется изменением (пульсацией) магнитной индукции в полюсных наконечниках при вращении якоря, имеющего зубчатую поверхность, а также упрощается изготовление сердечника.

Полюса крепятся к станине болтами или шпильками. Полюсные катушки обычно выполняются из медного провода, намотанного на каркас из изолирующего материала. Иногда катушки делят по высоте на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Такая конструкция улучшает охлаждение катушки.

Добавочные полюса. Обычно их применяют в машинах, мощностью свыше 1,0 кВт с целью уменьшения искрения на щетках. Добавочный полюс состоит из сердечника и катушки, выполненной медным проводом, сечение которого рассчитано на рабочий ток машины, так как катушки добавочных полюсов включаются последовательно с обмоткой якоря. Добавочные полюса устанавливаются между главными полюсами и крепятся к станине болтами.

Якорь машины постоянного тока состоит из вала сердечника, обмотки и коллектора.

Сердечник якоря представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Обычно листы покрывают с двух сторон лаком и собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря. Пакет удерживается в сжатом состоянии нажимными шайбами. Такая конструкция позволяет уменьшить потери энергии в нем, от действия вихревых токов, возникающих в результате перемагничивания сердечника при вращении якоря в магнитном поле. Для лучшего охлаждения машины обычно в сердечниках якоря устраивают вентиляционные каналы для охлаждающего воздуха. На поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря.

Обмотку якоря выполняют из медного провода круглого или прямоугольного сечения и располагают в пазах якоря. Это позволяет лучше механически укрепить обмотку, защитить ее от возможных механических повреждений, более надежно изолировать и уменьшить воздушный зазор между полюсными наконечниками полюсов и поверхностью сердечника якоря.

Обмотка якоря состоит из секций, концы которых припаивают к пластинам коллектора. Для прочного закрепления проводов обмотки якоря, в пазах применяют деревянные, гетилаксовые или текстолитовые клинья. В некоторых конструкциях машин пазы не заклинивают, и прикрывают сверху бандажом. Для того чтобы бандаж не выступал за пределы якоря, место на сердечнике под бандаж делают несколько меньшего диаметра.

Бандаж выполняют из стальной или бронзовой проволоки, намотанной с предварительным натяжением. Лобовые части обмотки крепят к обмоткодержателю так же при помощи проволочного бандажа.

Коллектор машины состоит из пластин холоднокатаной меди (коллекторная медь) изолированных друг от друга прокладками коллекторного миканита. Выступающая часть коллекторной пластины называют «петушком», к ней припаивают провода обмотки якоря. Нижние края пластины имеют форму «ласточкиного хвоста», после сборки коллектора они оказываются зажатыми конусными шайбами.

Для исключения замыкания медных пластин применяют миканитовый цилиндр и миканитовые манжеты, прикрывающие втулку и конусные шайбы. Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании медных пластин коллектора не выступали под этими пластинами, что вызвало бы искрение, вибрацию щеток и их разрушение, между коллекторными пластинами фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм.

Для получения электрического контакта с поверхностью коллектора, в машине постоянного тока имеются щетки, которые устанавливают в щеточное устройство, состоящее из щеточной траверсы, пальцев и щеткодержателей.

Щеточную траверсу обычно крепят к подшипниковому щиту (в машинах большой мощности — к станине). Между щеткой, траверсой и пальцами — изоляция. На каждый палец, число которых обычно равно числу главных полюсов в машине, устанавливают комплект щеткодержателей. Щеткодержатель состоит из обоймы, в которую помещают щетку, курка, представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины на щетку. Щеткодержатель крепят на пальце зажимом. Щетка снабжается гибким тросиком для присоединения к ней элементов электрической цепи машины. Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой шинами, подключенными к выводам машины. Одно из условий бесперебойной работы электрической машины — плотный и надежный контакт между щеткой и коллектором.

Применяют два типа щеткодержателей: радиальный, у которого ось щетки совпадает с продолжением радиуса коллектора и реактивный, у которого ось щетки расположена под углом к продолжению радиуса коллектора, в сторону вращения последнего.

Помимо указанных частей, машина постоянного тока имеет два подшипниковых щита: передний (со стороны коллектора) и задний. В центральной части щита имеется расточка под подшипник. Обычно применяются подшипники качения. Лишь в некоторых машинах, с целью обеспечения безопасности в процессе работы или же при очень больших габаритах машины, применяют подшипники скольжения. На переднем подшипниковом щите находится смотровое отверстие (люк) с крышкой, через которое можно осмотреть коллектор и щетки, не разбирая машину.

Для присоединения обмоток машины к электрической сети, машина снабжена коробкой выводов, где на изоляционную панель выведены концы обмоток.

Для лучшего охлаждения большинство машин снабжено вентиляторами, которые насаживаются на вал машины. В процессе работы машины вентилятор вращается и создает в машине аэродинамический напор, в результате с одной стороны (со стороны коллектора) поступает охлажденный воздух, соприкасается с нагретыми частями (обмотки и сердечники) и выбрасывается с другой стороны машины через вентиляционную решетку.

2. Электромагнитный расчет

2.1 Главные размеры

Максимально допустимый наружный диаметр корпуса Где минимально допустимое расстояние от нижней части корпуса машины до опорной плоскости лап (рис.1−2 [1]).

Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора Наружный диаметр сердечника якоря

(рис.10−1 [1])

Коэффициент равный

(по рис.10−2 [1])

Коэффициент равный

(по рис.10−3 [1])

Предварительное значение КПД Расчетная мощность

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости

Предварительные значения электромагнитных нагрузок (по рис.10−5,а [1])

(по рис.10−5,б [1])

Расчетный коэффициент полюсной дуги

(по рис.10−6 [1])

Расчетная длина сердечника якоря машины Коэффициент теплопроводности изоляции Коэффициент теплопроводности изоляции

2.2 Сердечник якоря

Принимаем для сердечника якоря: сталь 2013, толщина 0,5 мм, листы сердечника якоря лакированные, форма пазов полузакрытая овальная, обмотка двухслойная высыпная скос пазов на? зубцового деления.

Коэффициент заполнения сердечника якоря сталью

(§ 10−3, [1])

Припуск на сборку сердечника по ширине паза

(табл.10−6 [1])

Конструктивная длина сердечника якоря

(§ 10−3, [1])

Эффективная длина сердечника якоря Предварительное значение внутреннего диаметра листов якоря

(рис.10−10 [1])

2.3 Сердечник главных плюсов

Принимаем для сердечников главных полюсов сталь 3411, толщина 1 мм, листы сердечников полюсов неизолированные; компенсационная обмотка не требуется; вид воздушного зазора между главными полюсами и якорем эксцентричный.

Коэффициент заполнения сердечника сталью

(§ 10−3, [1])

Количество главных полюсов (§ 10−3, [1])

Воздушный зазор

(рис.10−13 [1])

Высота воздушного зазора у оси Высота воздушного зазора у края Длина сердечника полюса

(§ 10−3, [1])

Полюсное деление Расчетная ширина полюсной дуги Действительная ширина полюсной дуги Предварительная магнитная индукция в сердечнике полюса (§ 10−3, [1])

Принимаем для сердечников добавочных полюсов сталь марки 3411 толщиной 1 мм, листы сердечников полюсов неизолированные.

Коэффициент заполнения сердечника сталью

(§ 10−3, [1])

Количество добавочных полюсов

(§ 10−3, [1])

Длина наконечника добавочного полюса

(§ 10−3, [1])

Длина сердечника добавочного полюса Ширина сердечника добавочного полюса (рис.10−15 [1])

Воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом (рис.10−16 [1])

Станина Принимаем монолитную станину из стали марки СТ3.

Длина станины

(§ 10−3, [1])

Предварительная магнитная индукция в станине

(§ 10−3, [1])

Высота станины Магнитная индукция в месте распространения магнитного потока в станине при входе его в главный полюс Внутренний диаметр монолитной станины

Высота главного полюса Высота добавочного полюса

2.4 Тип и шаг обмотки якоря. Количество витков обмотки, коллекторных пластин, пазов

Предварительное значение тока якоря Принимаем петлевую обмотку из провода ПЭТ-155

Количество пар параллельных ветвей обмотки якоря (табл.10−8 [1])

Предварительное количество витков обмотки якоря Количество уравнительных соединений обмотки якоря

(табл.10−8 [1])

Предварительное количество витков в секции Предварительное количество пазов якоря Количество коллекторных пластин Зубцовое деление по наружному диаметру якоря Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах якоря Коллекторное деление

Максимальное напряжение между соседними коллекторными пластинами при нагрузке

где — коэффициент искажения (рис.10−19 [1])

Уточненное число витков обмотки якоря Количество эффективных проводников Ток в пазу Шаг обмотки по реальным пазам

мм (табл.10−8 [1])

Результирующий шаг обмотки якоря по элементарным пазам

(табл.10−8 [1])

где — шаг по коллектору (табл.10−8 [1])

Первый частичный шаг обмотки якоря по элементарным пазам Второй частичный шаг обмотки якоря по элементарным пазам Высота паза в штампе ротора и якоря (рис.10−21 [1])

Обмотка якоря с овальными полузакрытыми пазами Предварительная магнитная индукция в спинке якоря Предварительная магнитная индукция в зубцах (табл.10−10 [1])

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

=

где — односторонняя толщина корпусной изоляции (§ 10−3, [1])

Площадь поперечного сечения клина и прокладок

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой Предварительный диаметр провода с изоляцией где — количество элементарных проводов (§ 10−3, [1])

Ближайший меньший стандартный диаметр провода с изоляцией и без изоляции

(приложение 1 [1])

Уточненный коэффициент заполнения паза Площадь поперечного сечения провода без изоляции при принятом диаметре

(приложение 1 [1])

Плотность тока в обмотке Удельная тепловая нагрузка якоря от потерь в обмотке Допустимое значение удельной тепловой нагрузки якоря от потерь в обмотке Сопротивление обмотки при температуре 20 °C Сопротивление обмотки при температуре 20 °C в относительных единицах Сопротивление обмотки при температуре 20 °C контрольное значение Длина вылета лобовой части обмотки Ширина шлица паза Обмотка добавочных полюсов Поперечная МДС якоря Предварительное количество витков катушки добавочного полюса где = 1,25 (§ 10−6, [1])

Уточненное количество витков катушки добавочного полюса Уточненная МДС катушки где — количество параллельных ветвей обмотки добавочных полюсов (§ 10−6, [1])

Уточненное отношение МДС некомпенсированной машины Предварительная плотность тока в обмотке (рис.10−26 [1])

Предварительная площадь поперечного сечения в проводнике (приложение 1 [1]).

Предварительный диаметр проводника без изоляции

(приложение 1 [1])

Принимаемый ближайший стандартный диаметр проводника

(приложение 1 [1])

Диаметр проводника с изоляцией

(приложение 1 [1])

Площадь поперечного сечения принятого проводника

(приложение 1 [1])

Уточненная плотность тока в обмотке Предварительная ширина многослойной катушки из изолированных проводников Средняя длина витка многослойной катушки из изолированных проводников где — двусторонний зазор между изолированным сердечником полюса и катушки (§ 10−6, [1])

— двусторонняя толщина изоляции сердечника и катушки и крепления катушки (§ 10−6, [1])

Сопротивление обмотки при температуре 20 °C Стабилизирующая последовательная обмотка главных полюсов МДС стабилизирующей обмотки на полюс

Предварительное число витков в катушке где — количество параллельных ветвей последовательной обмотки главных полюсов.

Средняя длина витка катушки из неизолированных проводников, гнутых на ребро.

где — двусторонний зазор между изолированным сердечником полюса и катушки (§ 10−6, [1])

— двусторонняя толщина изоляции сердечника и катушки и крепления катушки (§ 10−6, [1])

Сопротивление обмотки при температуре 20 °C Характеристика намагничивания машин Сопротивление обмоток якорной цепи двигателя, приведенное к стандартной рабочей температуре Уточненная ЭДС при номинальном режиме работы двигателя где — падение напряжения в контакте щеток Уточненный магнитный поток МДС для воздушного зазора между якорем и главным полюсом Площадь поперечного сечения в воздушном зазоре Уточненная магнитная индукция в воздушном зазоре Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря Общий коэффициент воздушного зазора МДС для воздушного зазора МДС для зубцов при овальных полузакрытых пазах якоря Площадь равновеликого поперечного сечения зубцов Уточненная магнитная индукция в зубцах

Напряженность магнитного поля в зубцах (приложение 5 [1])

Средняя длинна пути магнитного потока

2.10.13 МДС для зубцов МДС для спинки якоря Площадь поперечного сечения спинки якоря без аксиальных каналов Уточненная магнитная индукция в спинке якоря

Напряженность магнитного поля в спинке якоря (приложение 5 [1])

Средняя длина пути магнитного потока МДС для спинки якоря МДС для сердечника главного полюса Площадь поперечного сечения сердечника полюса Уточненная магнитная индукция в сердечнике полюса Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (приложение 20 [1])

Средняя длина пути магнитного потока МДС для сердечника полюса МДС для зазора в стыке между главным полюсом и станиной Эквивалентный зазор в стыке между главным полюсом и станиной МДС для зазора МДС для станины Площадь поперечного сечения станины из монолитного материала Уточненная магнитная индукция в станине Напряженность магнитного поля в станине (приложение 21 [1])

Средняя длина пути магнитного потока МДС для станины Суммарная магнитодвижущая сила магнитной цепи Коэффициент насыщения магнитной цепи Параллельная обмотка главных полюсов Отношение МДС обмотки ротора и якоря к суммарной МДС

1,665

Коэффициент

0,17

Размагничивающее действие МДС обмотки параллельного возбуждения двигателя

Предварительная ширина катушки

Средняя длина витка обмотки Предварительное поперечное сечение провода

Рисунок 1 — Характеристика намагничивания двигателя Принятое ближайшее стандартное поперечное сечение провода

(приложение 1 [1])

Уточненный коэффициент запаса Диаметр принятого провода без изоляции

(приложение 1 [1])

Диаметр принятого провода с изоляцией

(приложение 1 [1])

Плотность тока в обмотке (рис. 10−30 [1])

Предварительное количество витков одной катушки Уточненное количество витков Уточненная плотность тока в обмотке Сопротивление обмотки при температуре 20 °C Максимальный ток обмотки Максимальная МДС Размещение обмоток главных и добавочных полюсов А

А3

Щетки и коллектор Ширина щетки

(§ 10−11 [1])

Стандартная длина щетки

(§ 10−11 [1])

Число перекрытых щеткой коллекторных делений Укорочение Ширина зоны коммутации Отношение ширины зоны коммутации к расстоянию между соседними наконечниками главных полюсов Контактная площадь одной щетки Необходимая контактная площадь всех щеток

— предварительная плотность тока (§ 10−11 [1])

Количество щеток на одном бракете Уточненное количество щеток на одном бракете (§ 10−11 [1])

Уточненная контактная площадь всех щеток Уточненная плотность тока под щетками Активная длина коллектора Окружная скорость коллектора при номинальной частоте вращения Коммутационные параметры Проводимость рассеяния овального полузакрытого паза

= 0,6 + + +

Окружная скорость якоря

= р == 4,915м/с Реактивная ЭДС коммутирующих секций

=

Среднее значение магнитной индукции в зазоре под добавочным полюсом

=

Коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря

= 1 + =1+= 1,033

Общий коэффициент воздушного зазора

= 1,033

Необходимый зазор под добавочным полюсом

= == 4,3 мм Магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при номинальной нагрузке =

Магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при перегрузке Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса при номинальной нагрузке

= = 3,25*=

Здесь коэффициент магнитного рассеяния добавочных полюсов Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса при перегрузке

= Вб Площадь поперечного сечения сердечника добавочного полюса

=

Магнитная индукция в сердечнике добавочного полюса при перегрузке Расчетная магнитная индукция на участках спинки якоря, в которых суммируется магнитный поток главных и добавочных полюсов Номинальный режим Масса стали зубцов якоря с овальными полузакрытыми пазами

=7,8•()• =7,8*26*3,47*(13+)*80,75=0,89 кг Магнитные потери в зубцах

=2,3••(f/50•• =2,3*2,5*=13,227 Вт Где значение удельных магнитных потерь регламентировано ГОСТом, в состоянии поставки и показателя степени (f/50 для стали маркой 2013 равны:

Масса стали спинок якоря

= 7,8(- 0,785••)• = 7,8*()•

=1,333 кг

Магнитные потери в станине якоря

=2,3••(f/50•• =2,3*2,5**=23,91 Вт Суммарные потери в станине

= += 13,227+23,91=37,14 Вт Потери на трение щеток о коллектор

= 5 •=5*160*5*=4 Вт Суммарные механические потери

= + + = 4+4,6=8,6 Вт Добавочные потери у некомпенсированного двигателя

= 0,01• / з== 11 Вт Электромагнитная мощность двигателя

= ++ = 750+8,6+37,14=795,74 Вт ЭДС якоря двигателя

= + =

Ток якоря двигателя

= = 5,956 А Уточненный ток двигателя

= + 5,956+0,31=6,266 А Подводимая мощность двигателя

= U• =220*6,266= 1378 Вт Суммарные потери в двигателе

= =1378−750= 628,55 Вт КПД (о. е.)

= =628,55/750= 00,838

Уточненный магнитный поток Ф = ==3,351* Вб

МДС магнитной цепи двигателя

= 620 А Размагничивающее действие

= • =0,17*233,8=233,8 А Уточненное значение МДС обмотки

= =207 А Необходимая МДС параллельной или независимой обмотки главных полюсов двигателя

= =620+233,8−207= 646,8 А Момент вращения на валу двигателя

= 9,55• =9,55*750/1000= 7,16 Н•м Рабочие характеристики

Регулирование частоты вращения Регулирование частоты вращения вверх Магнитный поток при наибольшей частоте вращения

= • =3,8*103/1010= 3,76* Вб МДС при минимальном магнитном потоке

= 790 А Минимальный ток возбуждения

= / = 790/3175=0,25 А Максимальная величина регулировочного сопротивления

= 1,3 (-) = 473,2 Ом Частота вращения при холостом ходе

= == об/мин Регулирование частоты вращения вниз Допустимый момент вращения на валу при наименьшей частоте вращения двигателя с самовентиляцией

= 7,16 • 0,95 = 6,8 Н•м Магнитный поток при у двигателя с самовентиляцией

Ф = =3,6* Вб Ток якоря при у двигателя с самовентиляцией

= • = = А ЭДС при

= == В Напряжения на якоре при

= + •+ = 142+4,495*14,17+2=185,2 В Результирующая МДС при

= 720 А Размагничивающая МДС реакции якоря

=)* =)*233,8=228,46 А МДС стабилизирующей обмотки

=)• =)*=202,275 А МДС обмотки возбуждения главных полюсов

= = 816,2 А Ток обмотки возбуждения

= / =816,2/3175= 0,257 А Максимальная величина регулировочного сопротивления

= 1,3 (-) =1,3(220/0,257−473,2)= 442 Ом

3. Тепловой расчет

Потери в обмотках и контактах щеток Потери в обмотке якоря

= • =*10,4= 220 Вт Потери в обмотке добавочных полюсов

= • = 66 Вт Потери в стабилизационной последовательной обмотке

= • = Вт Электрические потери в обмотке возбуждения генератора

= • = 68,2 Вт Электрические потери в контактах щеток генератора

= • = 9,2 Вт О

Условная поверхность охлаждения активной части якоря

= (р•)•=3,14*93*85=24 821,7

Условный периметр поперечного сечения овального полузакрытого паза

= р () + 2 = 3,14(3,37+2)+2*11,4=40 мм Условная поверхность охлаждения пазов

= =176 800

Условная поверхность лобовых частей при отсутствии аксиальных вентиляционных каналов в якоре

= 2р••=2*3,14*93*36=21 025,4

Условная поверхность машины

= р•(=93 666,2

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности активной части якоря

= ()/ = ()/ =0,438 Вт/

Удельный тепловой поток в активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов

= ()/= 0,48

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки

= ()/= 0,004

Окружная скорость якоря при номинальной частоте вращения

= р••n/60 000 =3,14*93*1000/60 000= 5 м/с Превышение температуры поверхности активной части якоря над температурой воздуха внутри машины

= = С Здесь — коэффициент теплоотдачи поверхности якоря Перепад температуры в изоляции пазов

= () = () =1,37 С Здесь — эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу (включающий воздушные прослойки), равный Вт/(мм•град);

— эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушек, зависящий от отношения ;

— односторонняя толщина изоляции в пазу якоря.

Превышение температуры поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины

= ==57 С Перепад температуры в изоляции катушек и проводов лобовых частей обмотки

= () =0,004()=18,75 С Здесь — односторонняя толщина изоляции катушке в лобовых частях Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины

=(() + ()) =(() + ()) =61,64

Сумма потерь в машине

=512 Вт Здесь kкоэффициент, указывающий долю потерь обмоток, которые нагревают воздух внутри машины Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой наружного охлаждающего воздуха

= / () = 18,2

Здесь — коэффициент подогрева воздуха Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой наружного охлаждающего воздуха

= =61,64+18,2=80

Обмотка добавочных полюсов Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов

= • = 16 100

Здесь — периметр многослойной катушки

= 38 + 0,2• = 56,6 мм Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки

= k• = 0,0028

Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки

= / = 40

Здесь — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности охлаждения обмотки возбуждения Перепад температуры в наружной и внутренней изоляции многослойных катушек обмотки из изолированных проводов

= () = 3,5 С Здесь — односторонняя толщина наружной изоляции катушки, в среднем равная 0,2 мм;

— предварительная ширина катушки Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха

= = 61,7

Параллельная обмотка главных полюсов Условная поверхность охлаждения всех катушек

= 2p• = 20 048

Здесь — периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения катушки

= 28 мм Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки

= k• =0,316

Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки над температурой воздуха внутри машины

= / = 35,7

Перепад температуры в наружной и внутренней изоляции обмотки

= () = 16,8С Здесь — односторонняя толщина наружной изоляции катушки, в среднем равная 0,2 мм;

— предварительная ширина катушки Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха

= = 70,7

Коллектор Условная поверхность охлаждения коллектора

= р = 6295

Удельный поток от потерь на коллекторе, отнесенных к поверхности охлаждения коллектора

= =0,209

Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки

/ = 16

Здесь — коэффициент теплоотдачи поверхности коллектора Превышение температуры коллектора над температурой наружного охлаждающего воздуха

= = 61,7

4. Вентиляционный расчет

Необходимый расход воздуха у машин

= = =0,1 278 /с Здесь — потери, отводимые воздухом, проходящем через машину;

— теплоемкость воздуха;

превышение температуры выходящего из машины воздуха над входящим ();

Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой наружного охлаждающего воздуха Эквивалентное аэродинамическое сопротивление воздухопровода машины

Z = 82 Па•/

Наружный диаметр вентилятора

Внутренний диаметр колеса вентилятора Длина лопатки вентилятора Количество лопаток вентилятора Линейная скорость вентилятора по наружному диаметру

=рn/6•1 =3,141 421 000/60000= 7,4 м/с Линейная скорость вентилятора по внутреннему диаметру

=рn/6•1=3,14*107,84*1000/60 000 = 5,64 м/с Напор вентилятора

=

Здесь = 0,6 — аэродинамический КПД вентилятора при х.х.;

= 1,23 — плотность воздуха Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора

0,92•р•••=0,923,1 414 221,73 = 0,858

Максимальный расход воздуха Действительный расход воздуха

= == 0,01

5. Масса и динамические показатели

двигатель якорь обмотка провод Масса проводов обмотки якоря

= 8,9

Масса обмотки добавочных полюсов

= 8,9

Масса стабилизирующей последовательной обмотки

= 8,90,366

Масса параллельной или независимой обмотки главных полюсов

= 8,9

Масса меди коллектора

= 5,25

Суммарная масса проводов обмоток и меди коллектора

= + =

= 5,2 кг Масса сердечников главных полюсов

8,5

Масса сердечников добавочных полюсов

7,8

Масса массивной станины

= 6,05••()•=6,05158(1902;167,22)=7,78 кг Суммарная масса активной стали

= +++ =1,33+0,89+1,6+0,83+7,78= 12,43 кг Масса изоляции машины

(3,8) (3,8)кг Масса конструкционных материалов

(A) г Здесь A, B — коэффициенты Масса машины

=

Динамический момент инерции якоря

(

Электромеханическая постоянная времени якоря

=

Выводы

Подводя итог, отметим основные этапы проделанной работы. В ходе электромагнитного расчета были определены основные параметры магнитопровода: длина якоря мм, длина сердечника главного полюса мм, длина сердечника добавочного полюса85 мм, внутренний мм и наружный мм диаметр листов якоря, внутренний мм и наружный мм диаметр станины, высота сердечника главного полюса мм, обмотки якоря: тип обмотки — простая петлевая, форма пазов якоря — полузакрытые овальные, число витков в секции обмотки, число секций по ширине паза, число пазов якоря, число коллекторных пластин, наружный диаметр коллектора мм, число витков обмотки, марка провода — ПЭТ, плотность тока в обмотке А/, сопротивление обмотки Ом, обмотки добавочных полюсов: число витков катушки, плотность тока в обмотке А/мм², сопротивление обмотки Ом.

В ходе расчета магнитной цепи были получены значения магнитного потока Вб. При расчете номинального режима: значение э.д.с. 152,8 В, ток якоря А, подводимая мощность двигателя Вт, вращающий момент на валу двигателя Н*м.

При проведении теплового расчета мы убедились, что основные детали двигателя работают в тепловом режиме, не являющимся опасным для изоляции проводов обмотки. При расчете динамических параметров и массы двигателя мы получили массы машины кг.