3. Контрольные задания

Настоящие контрольные задания ставят своей целью помочь студенту, изучающему курс «Монтаж, испытания и ремонт электрических машин», овладеть основами этой дисциплины, приобрести навыки пересчета электрических машин с другими данными: напряжением, частотой

6

вращения. Кроме этого заданием предусмотрено замена электромагнитного возбуждения на возбуждение от постоянных магнитов.

Вариант задания определяется порядковым номером студента в экзаменационной ведомости или журнале группы, имеющемся в деканате. Вариант студентов, по каким-либо причинам не состоящих в списках группы, выбирается по согласованию с преподавателем.

Контрольное задание должно быть выполнено на листах формата А4 согласно требованиям стандарта предприятия /Л. 12/, который имеется в библиотеке университета. Все исправления после проверки контрольного задания преподавателем необходимо выполнять на листах того же формата в продолжение пояснительной записки с приведением на полях напротив сделанного замечания записи «См. исправление на странице…». Исправлять, подчищать написанное или зачеркивать что-либо в работе после ее проверки нельзя. Переписать контрольное задание в новую пояснительную записку после рецензии и сдавать ее на повторную рецензию разрешается с сохранением предшествующей пояснительной записки.

ЗАДАНИЕ 1

По геометрическим размерам электрической машины определить ее мощность, обмоточные данные якоря и возбуждения в режиме двигателя.

Данные для расчета приведены в табл.1. В задании приняты следующие условные обозначения:

D – диаметр якоря, м;

l_δ – длина якоря, м;

7

№ вар	D	D0	lδ	bР	hг hr	lг	bг	lc	Dн	dc	δ
	см	мм	см	мм	мм	см	мм	см	мм	мм	мм
1	8	20	9	81	30	9	31	11	169	141	0,5
2	10	24	12	50	40	12	20	14	201	181	0,7
3	12	28	14	126	50	14	55	17	272	222	1,0
4	14	32	16	73	60	16	34	19	298	262	1,0
5	16	37	20	170	70	20	85	23	383	303	1,4
6	20	42	18	106	80	18	56	21	416	364	2,0
7	22	46	21	238	90	21	130	24	528	404	2,0
8	24	50	25	130	100	25	74	28	516	444	2,0
9	26	54	23	143	110	23	88	26	568	484	2,4
10	28	59	26	102	110	26	60	29	574	516	3,0
11	30	64	28	165	120	28	100	32	640	546	3,0
12	32	68	34	117	120	34	73	37	628	566	3,0
13	34	70	36	128	120	36	57	39	678	596	3,0
14	36	74	40	136	130	40	88	45	710	626	3,0
15	38	76	42	143	130	42	92	47	744	656	3,0
16	35	72	30	132	130	30	84	35	694	616	3,0
17	33	71	31	187	120	31	116	36	694	588	3,0
18	31	66	34	117	120	34	71	37	625	555	2,5
19	29	62	27	164	120	27	96	31	625	535	2,5
20	27	58	32	148	110	32	85	35	589	505	2,5
21	25	53	27	137	110	27	79	31	549	475	2,5
22	23	49	25	249	100	25	142	29	597	465	2,5
23	21	45	24	114	90	24	62	28	452	394	2,0
24	19	41	23	203	80	23	105	27	452	354	2,0
25	17	36	19	91	70	19	45	23	353	313	1,5
26	15	31	13	155	60	13	72	18	328	272	1,0

Данные для задания в табл. 1,2 Таблица 1

Таблица 2

№ Вар	2р	z	bz	hj	hп	hш	bш	bп	к	U	n
			мм	мм	мм	мм	мм	мм		В	Об/ми
1	2	13	3,3	15	15	2	3	8,7	26	40	4700
2	2	17	3,5	13	25	2	3	5,7	34	60	4200
3	2	21	3,6	23	24	2,5	3	7,4	21	110	3900
4	4	23	4,0	21	33	2,5	3	6,0	46	220	3700
5	2	27	4,3	35	26	2,5	3	8,2	54	200	3200
6	4	31	5,0	34	45	3,0	3	6,0	93	250	2600
7	2	33	5,5	54	33	3,0	4	9,0	99	300	2200
8	4	35	5,8	46	49	3,0	4	6,9	105	400	2000
9	4	37	6,5	54	49	3,0	4	7,2	111	440	1500
10	6	39	6,3	46	64	3,0	4	5,7	117	600	700
11	4	41	6,8	62	56	3,0	4	7,6	164	440	1500
12	6	43	7,0	57	69	3,0	4	6,3	172	440	500
13	6	45	7,6	64	71	3,0	4	6,2	90	250	600
14	6	47	7,8	68	75	3,0	4	6,2	188	660	800
15	6	49	7,2	71	81	3,0	4	6,8	98	220	1000
16	6	45	7,6	65	74	3,0	4	6,4	180	440	1200
17	4	43	7,5	72	57	3,0	4	8,2	43	110	2000
18	6	41	7,2	55	67	3,0	4	6,2	41	150	1500
19	4	39	6,8	59	55	3,0	4	7,7	39	100	2500
20	4	37	6,4	53	53	3,0	4	7,5	74	220	3000
21	4	35	6,3	49	49	2,5	4	7,2	35	110	3500
22	2	33	6,0	58	32	2,5	4	9,7	132	440	4000
23	4	31	5,5	38	44	2,5	4	6,7	62	220	4500
24	2	27	5,4	43	31	2,5	4	9,7	27	110	5000
25	4	23	5,3	28	39	2,5	3	7,3	23	110	5500
26	2	21	4,7	30	29	2,5	3	8,9	42	220	6000
27	4	19	4,3	18	33	2,0	3	6,1	38	110	6500
28	2	17	4,0	20	22	2,0	3	8,0	17	80	7000
29	4	15	3,4	12	22	2,0	3	6,2	15	48	7500
30	2	13	3,0	11	15	2,0	3	6,7	13	24	8000

9

b_г – ширина сердечника главного полюса, м;

b_Р – ширина наконечника главного полюса, м;

h_г – h_r – высота главного полюса, м;

δ – величина воздушного зазора, м;

d_c – внутренний диаметр станины, м;

D_н – наружный диаметр станины, м;

l_c – длина станины, м;

Z – число зубцов якоря;

D₀ – диаметр вала под сердечником якоря, м;

h_j – высота спинки якоря, м;

b_z - ширина зубцов якоря, м;

h_п – высота паза, м;

h_{ш –} высота ширины паза, м;

n_н – частота вращения, об/мин;

U_н – напряжение питания, В;

2р – число пар полюсов;

b_ш – ширина шлица;

r₂ – малый радиус овального паза (по эскизу), м;

r₁ – большой радиус овального паза (по эскизу), м;

b_п – ширина прямоугольного паза, м;

l_r – аксиальная длина главного полюса, м;

к – число коллекторных пластин.

Методические указания по выполнению задания 1.

1. Расчет мощности электрической машины, Вт

,

где - расчетный коэффициент полюсного деления,

,

10

где τ – полюсное деление

А – линейная нагрузка (принимаем в зависимости от диаметра якоря по рис. 8-8 /9/ для соответствующего класса изоляции;

В_δ – индукция в воздушном зазоре (принимаем в зависимости от диаметра якоря по рис. 8-9 /9/).

2. Номинальная мощность двигателя

,

- коэффициент полезного действия (предварительно задаемся по рис. 8-6 /9/).

3. Потребляемый ток двигателя

.

4. Ток якоря двигателя (применяем ток в шунтовой обмотке согласно табл. 8-10 /9/).

.

5. Ток параллельной ветви

,

где 2а – число параллельных ветвей обмотки якоря:

при волновой обмотке 2а=2;

при петлевой обмотке 2а=2р

11

6. Число проводников обмотки якоря

.

7. Число витков в секции якоря

.

Принимаем целым числом.

8. Уточняем число витков обмотки якоря

N=2k∙ω.

9. Число проводников в пазу

.

10. Задаемся плотностью тока в обмотке якоря, А/м²

.

11. Сечение эффективного провода

^.

12. По ГОСТ 262-78 выбираем провод нужного сечения (табл. П. – 28, п.-29 /9/).

13. Сечение всех проводников в пазу

,

где q'_a – сечение изолированного провода.

14. Площадь паза реальной машины определяем непосредственно по его эскизу (S_паза).

12

15. Коэффициент заполнения паза

.

Коэффициент заполнения паза изолированными проводниками не должен превышать 0,68-0,72. Если коэффициент заполнения паза отличается от указанных величин, тогда необходимо изменить сечение проводника. При этом плотность тока не должна превышать допустимых значений, указанных в п. 1.10. При недопустимых значениях плотности тока необходимо изменить мощность машины и расчет повторить.

Расчет обмотки возбуждения.

16. МДС воздушного зазора

,

где - величина воздушного зазора с учетом коэффициента зубчатости,

,

где - коэффициент зубчатости

,

где t₁ – зубцовый шаг; b_ш – ширина шлица для овального паза.

17. Коэффициент вытеснения потока для овального паза

.

В электрических машинах без радиальных каналов l_δ = l.

13

18. Магнитный поток в воздушном зазоре

,

где к_с – коэффициент заполнения пакета якоря сталью по табл. 6-11 /9/.

19. Индукция в сечении зубцов якоря с овальными пазами

.

20. Индукция в сечении зубцов якоря с овальными пазами при известном к_z.

.

21. Индукция в сечении зубцов якоря с пазами прямоугольной формы

где , , - индукция в минимальном, среднем, максимальном сечении зубцов,

- коэффициент вытеснения потока соответственно для минимального, среднего и максимального сечения.

14

22. Напряженность магнитного поля в зубце определяется по табл. Приложения 11 /9/ (H_z или H_z1, H_z2, H_z3).

23 Расчетное значение напряженности в зубцах переменного сечения определяется по формуле

.

24. МДС зубца для овального и прямоугольного паза соответственно

,

где - для овального паза.

25. Индукция в спинке якоря, Тл

.

26 напряженность магнитного поля в спинке якоря по приложению 11 /9/ (H_j).

27. МДС спинки якоря

28. Индукция в главном полюсе

15

,

где σ_г – коэффициент рассеяния: при 2р=2 σ_г=1.15; при 2р=4 σ_г=1.2; при 2р=6 σ_г=1.25.

29. Напряженность магнитного поля главного полюса по приложению 11 /9/ (t₁), МДС главного полюса .

30 Индукция в станине

,

где - высота станины

.

31. Напряженность магнитного поля в станине (H_c) по приложению 11 /9/.

32. МДС станины

.

33. МДС стыка главного полюса со станиной

,

где - величина зазора между главным полюсом и станиной

.

34. Суммарная МДС машины

.

16

35. Ток возбуждения

.

36. МДС, которую должна создавать обмотка возбуждения с учетом размагничивающего действия реакции якоря. (F_qd=15% от суммарной МДС):

.

37. Число витков на полюс

.

38. Плотность тока в обмотки возбуждения j_в (задаемся j_в=4,5∙10⁶ А/м²).

39. Сечение проводника обмотки возбуждения

.

15

По приложению 2 /9/ выбираем нужный проводник круглого или прямоугольного сечения.

40. Частота вращения якоря двигателя

,

где Е=U_н-I_aR_a-ΔU_щ;

ΔU_щ – падение напряжения на пару щеток (принимаем ΔU_щ=2 В). R_a – сопротивление обмотки якоря

,

где - длина всех проводников обмотки якоря,

,

где - длина лобовой части обмотки, м.

17

40.1. Длина лобовой части обмотки с полузакрытыми пазами при 2р=2 ,

при 2р=4 .

40.2. Длина лобовой части с открытым пазом

Сопротивление обмотки в нагретом состоянии (при 75⁰С).

.

При отклонении расчетного значения частоты вращения от заданного более 10% корректируются данные, в частности, число проводников в обмотке якоря или индукция в воздушном зазоре, и расчет повторяется.

ЗАДАНИЕ 2

В двигателе по заданию №1 заменить электромагнитное возбуждение на возбуждение от постоянных магнитов. При этом высоту полюса и его аксиальную длину оставить прежней. Ширину магнита принять равной ширине главного полюса. Марку магнита выбрать из табл. 2 согласно своему варианту.

1. Определить значение магнитного потока в воздушном зазоре после намагничивания машины в собранном состоянии.

2. Определить значение магнитного потока в воздушном зазоре после стабилизации магнита в свободном состоянии (без якоря).

3. Определить значение магнитного потока в воздуш- ном зазоре после стабилизации магнитным полем якоря (реакцией якоря).

4. Сделать выводы по приведенным пунктам. Выбрать режим стабилизации магнита.

18

5. Определить требуемую длину магнита, если полученное значение потока отличается от заданного в задании 1. Марка магнита приведена в табл.3

№ вар	Марка магнита	№ вар	Марка магнита	№ вар	Марка магнита
1	ЮНД-4	11	ЮН13ДК25А	21	ЮНДК35АА
2	ЮНД8	12	ЮН14ДК25А	22	ЮНДК38Т7
3	ЮНДК15	13	ЮН13ДК25А	23	ЮНДК40Т8
4	ЮНДК18	14	ЮН14ДК25БА	24	ЮНДК40Т8АА
5	ЮНДК18С	15	ЮН15ДК25БА	25	6БИ240
6	ЮН13ДК24С	16	ЮНДК31Т3БА	26	7БИ215
7	ЮН13ДК24	17	ЮНДК34Т5	27	7БИ300
8	ЮН14ДК24	18	ЮНДК35Т5Б	28	14БА255
9	ЮН15ДК24	19	ЮНДК35Т5	29	24БА210
10	ЮН14ДК24Т2	20	ЮНДК35Т5БА	30	28БА190

Марка магнита Таблица 3

Методические указания к выполнению задания 2.

Пояснения к п. 1.

1.1. Построить диаграмму состояния магнита в координатах индукции (В) и напряженности (Н) /11/, рис. 1.

1.2. Построенную диаграмму перевести в координаты магнитного потока (Ф) и МДС (F). При этом необходимо учесть, что ,

где В, Н - текущие значения индукции и напряженности;

S_м – сечение магнита, м²;

Sм= b_p∙l_ом;

b_p – ширина наконечника главного полюса, м;

19

l_{ом -} - аксиальная длина магнита, по условию l_ом=l_δ, м;

l_м – радиальная длина магнита l_м=2h_г, м.

Рис.1. Диаграмма магнита до стабилизации

1.3. Магнитная проводимость магнитного зазора на пару полюсов, Гн

,

где μ₀ – магнитная постоянная μ₀=4π∙10^-7, Гн\м.

1.4. Угол наклона луча магнитной проводимости воздушного зазора, град.

,

где - масштабный коэффициент ,

m_F – масштаб по оси F;

m_Ф – масштаб по оси Ф.

20

1.5. Приведенная проводимость потока рассеяния с торцевой частью магнита на пару полюсов Гн (рис. 2).

.

1.6. Приведенная проводимость потокам рассеяния с боковой части на пару полюсов, Гн

.

1.7. Приведенная магнитная проводимость потокам рассеяния всей системы, Гн

.

1.8. Угол наклона луча магнитной проводимости потокам рассеяния всей системы, град.

.

1.9. Суммарная проводимость потокам всей системы, Гн., .

1.10. Угол наклона луча суммарной проводимости всей системы, град., .

1.11. Произвести необходимые построения согласно рис. 1 и определить поток в воздушном зазоре магнитной системы после намагничивания в собранном состоянии без последующей стабилизации (Ф_δ).

Пояснения к п. 2.