Расчет двигателя постоянного тока

Требуемая длина щетки

/63,1/10=6,3 мм, принимаем длину щетки 12,5 мм.

Требуемое количество щеток на один бракет

0,5,

принимаем 1.

Плотность тока под щеткой

2*13,88/(1*12,5*10*4)=0,06 А/,

что не превышает рекомендуемого значения 0,11 А/.

Активная длина коллектора

1*(12,5+8)+10=30,5 мм.

Ширина коллекторной пластины

4,8−0,8=4 мм, где — толщина изоляционных прокладок между коллекторными пластинами, 0,8 мм (с. 292, [1]).

Уточненная контактная площадь всех щеток

4*12,5*10=500 .

11. Расчёт коммутации

Окружная скорость якоря

6,28 м/с.

Приведенный коэффициент проводимости пазового рассеяния якоря при овальных полузакрытых пазах

3,963.

Реактивная ЭДС

2*3,963*8*117*179**6,28*

=0,83 В.

При максимальной частоте вращения реактивная МДС 0,83*(16,4/6,28)=2,17 В, что не превышает допускаемого предельного значения (5В).

12. Потери и КПД

Масса зубцового слоя якоря

*27*6,2*26*117*0,95=3,01 кг.

Масса стали спинки якоря

=*(3,14/4)*[(160−2*26)-50]*117*0,95=6,24 кг.

Магнитные потери в сердечнике якоря

=2,5*(2,05*3,01+0,92*6,24)=29,8 Вт, где 2,5 Вт/кг (рис.

10.32, [1]).

Электрические потери в обмотке возбуждения

220/297,1=162,9 Вт.

Электродвижущая сила якоря при номинальной нагрузке двигателя

191,2 В.

Уточненное значение тока якоря при номинальной нагрузке

(220−191,2−2,5)/1,98=13,3 А, где 1,155+0,171+0,654=1,98 Ом;

2,5 В — переходное падение напряжения в щетках (табл.

2.2, [1], щетки ЭГ14).

Электрические потери в обмотке якоря

13,3*1,155=204,3 Вт.

Электрические потери в обмотках статора, включенных последовательно с обмоткой якоря

13,3*(0,654+0,171)=145,9 Вт.

Электрические потери в переходном контакте щеток

2,5*13,3=66,5 Вт.

Электрические потери в добавочном полюсе

13,3*0,654/1=115,7 Вт.

Потери на трение щеток о коллектор

0,2*500*204,91=9,8 Вт, где окружная скорость на коллекторе 4,91 м/с;

— коэффициент трения щетки о коллектор;

— давление щетки на коллектор, 20 Па (табл.

2.2, [1]).

Потери в подшипниках и на вентиляцию определяем по рис. 10.33, [1] 20 Вт.

Суммарные механические потери

9,8+20=29,8 Вт.

Добавочные потери

2,5/0,74 533,6 Вт.

Суммарные потери в двигателе

=(29,8+204,3+162,9+145,9+115,7+66,5+29,8+33,6)

=0,789 кВт.

Потребляемая двигателем мощность

220*(13,3+0,74)3,089 кВт.

Коэффициент полезного действия двигателя при номинальной нагрузке Коэффициент полезного действия

1−0,789/3,089=0,745.

13. Рабочие характеристики двигателя

Для расчёта рабочих характеристик задаемся рядом значений коэффициента нагрузки β: 0,2; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25.

Результаты расчёта характеристик сносим в таблицу 2 и по результатам расчётов строим рабочие характеристики, которые представлены на рисунке 4.

Таблица 2 — Расчёт рабочих характеристик

14. Тепловой расчет

Превышение температуры поверхности сердечника якоря над температурой воздуха внутри машины

31,4 °С, где 6 Вт/(мм*°С) — коэффициент теплоотдачи с поверхности сердечника якоря (рис.

10.34, [1]).

Периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения паза якоря

0,5*3,14*(7,2+10,9)+2*16,2=60,8 мм.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря Рисунок 4 — Рабочие характеристики

3 °C, где 140 Вт/(мм2*оС) — эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции обмотки из круглого провода (рис.

6.7, [1], 1,5/1,585=0,95);

16 Вт/(мм2*оС) — эквивалентный коэффициент теплопроводности пазовой изоляции и изоляции лобовых частей с учётом воздушных промежутков (с. 299, [1]);

1 мм — односторонняя толщина изоляции по ширине паза якоря (табл.

10.9, [1]).

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины

40 °C.

Периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки якоря

=0,5*(1+3,14/2)*(7,2+10,9)+16,2=39,5 мм.

Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки

0,8 °С, где 0,25 мм — односторонняя толщина изоляции лобовой части обмотки якоря (табл.

10.9, [1]).

Среднее превышение обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины

38,3 °С.

Сумма потерь

0,789*-0,1*(162,9+145,9)=758,1 Вт.

Условная поверхность охлаждения машины

3,14*312*(117+2*51,2)=214 941,8 .

Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды

758,1/(214 941,8*487,3 °С,

48 Вт/(мм*°С) — коэффициент, учитывающий подогрев воздуха (рис.

10.35, [1]).

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды

38,3+7,3=45,6 °С.

Условная поверхность охлаждения полюсной катушки возбуждения

389,2*60=21 846 ,

где 60 мм — периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения катушки (рис.

10.37, [1]).

Превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины

47,9 °С, где 3,5 Вт/(мм*°С) — коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности охлаждения катушки возбуждения (рис.

10.38б, [1]).

Перепад температуры в изоляции катушки главного полюса

=7,9 °С, где 100 Вт/(мм2*оС) — эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции обмотки из круглого провода (рис.

6.7, [1], 0,56/0,615=0,91).

Среднее превышение температуры главного полюса над температурой внутри машины

47,9+7,9=55,8 °С.

Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой окружающей среды

55,8+7,3=63,1 °С.

Условная поверхность охлаждения катушки добавочного полюса

334,7*70=23 429 ,

где 70 мм — периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения полюсной катушки (рис.

10.39, [1]).

Превышение температуры наружной поверхности добавочного полюса над температурой воздуха внутри машины

13,9 °С, где 8 Вт/(мм*°С) — коэффициент теплоотдачи (рис.

10.40, [1]).

Перепад температур в изоляции многослойной катушки добавочного полюса

=8,7 °С, где 140 Вт/(мм2*оС) — эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции обмотки из круглого провода (рис.

6.7, [1], 2,36/2,46=0,96).

Среднее превышение температуры обмотки добавочного полюса над температурой воздуха внутри двигателя

13,9+8,7=22,6 °С.

Среднее превышение температуры добавочного полюса над температурой охлаждающей среды

22,6+7,3=29,9 °С.

Условная поверхность охлаждения коллектора

3,14*125*30,5=11 971,3

Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя

42,5 °С, где 15 Вт/(мм*°С) — коэффициент теплоотдачи поверхности коллектора (рис.

10.41, [1]).

Превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей среды при входе воздуха со стороны коллектора

42,5 °С.

Таким образом, тепловой расчёт показал, что превышение температуры различных частей не превышает допустимых значений для изоляции класса нагревостойкости В (табл.

3.1).

По техническим данным спроектированный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ и техническому заданию.

1. Кацман М. М. Расчет и конструирование электрических машин: Учебное пособие для техникумов [Текст] / М. М. Кацман. — М.: Энергоатомиздат, 1984. -360 с.

2. Копылов, И. П. Проектирование электрических машин [Текст] / И. П. Копылов [и др.]. В 2 кн. Под ред.

И. П. Копылова. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1993.

— 384 с.

3. Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов [Текст] / О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И.

С. Свириденко. Под ред. О. Д. Гольдберга. -

М.: Высшая школа, 1984. -430 с.

4. Копылов, И. П. Справочник по электрическим машинам [Текст] / И. П.

Копылов, Б. К. Клоков. В 2 т. Т.

1. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б.

К. Клокова. — М.: Энергоатомиздат, 1988. -456 с.