05 элмаш буштрук
.pdfМИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Естественные науки»
Контрольная работа
по дисциплине: «Электрические машины» на тему: «Расчет машины постоянного тока»
Вариант 05
Выполнил: ст. гр. ПС-64 Батаев В.С.
Проверил: к.т.н., доцент Т. Н. Буштрук
Самара 2018 г.
АННОТАЦИЯ
В данной контрольной работе предстоит рассчитать магнитную цепь машины постоянного тока, построить эскиз магнитной цепи машины постоянного тока, рассчитать и построить кривую намагничивания Ф (Ff)и вычислить коэффициент насыщения магнитной цепи.
Контрольная работа состоит из 18 страниц, 4 рисунка,1 таблицу, 1 приложение.
Библиографический список содержит 7 наименований.
2
РЕФЕРАТ
Электрическими машинами, называются устройства для преобразования механической энергии в электрическую или электрической в механическую. В первом случае они называются генераторами, а во втором электродвигателями.
Электрические генераторы постоянного тока применяются для питания электродвигателей, установок для электролиза, для зарядки аккумуляторов и т. д. Электродвигатели постоянного тока приводят во вращение механизмы, требующие больших пусковых вращающих моментов и широкого регулирования частоты вращения, например: электрический транспорт, шахтные подъемники, прокатные станы. В автоматических устройствах машины постоянного тока служат исполнительными двигателями, измерителями частоты вращения, преобразователями сигналов и др. В специальных устройствах металлообрабатывающих станков машины постоянного тока позволяют значительно упрощать механические схемы регулирования скорости. В основе работы машины постоянного тока лежит принцип электромагнитной индукции.
Рисунок 1. Общий вид МПТ
В состав машины постоянного тока входят неподвижная часть, которая служит для возбуждения главного магнитного поля, и вращающаяся часть, которая индуктирует э. д. с. и токи, создает тормозящий момент в генераторе и вращающий момент в двигателе.
3
Содержание |
|
|
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................... |
4 |
|
Исходные данные...................................................................................................................... |
6 |
|
1. |
Расчет размеров зубцовой зоны якоря................................................................................ |
7 |
2. |
Расчет размеров воздушного зазора под главным полюсом............................................ |
9 |
3. |
Расчет размеров сердечника главного полюса................................................................. |
10 |
4. |
Расчет размеров спинки якоря........................................................................................... |
10 |
5. |
Расчет размеров ярмо......................................................................................................... |
11 |
6. |
Расчет магнитных характеристик...................................................................................... |
12 |
7. |
Магнитная характеристика машины постоянного тока в программном обеспечении |
|
«Ротор»......................................................................................................................................... |
15 |
|
Заключение.............................................................................................................................. |
16 |
|
Библиографический список................................................................................................... |
17 |
|
Приложение............................................................................................................................. |
18 |
|
4
ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины постоянного тока (генераторы и двигатели) широко применяют в производстве, городском и железнодорожном транспорте, электроприводах. Основное достоинство двигателей постоянного тока в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов. Электрические двигатели постоянного тока применяют в качестве тяговых двигателей на электрическом транспорте и для привода различных производственных установок.
Цель контрольной работы – закрепить знания и навыки, полученные на практических, лабораторных и лекционных занятиях по дисциплине «Электрические машины». Задание на контрольную работу содержит расчет магнитной цепи , эскиз (МЦ) машины постоянного тока (МПТ), а так же кривую намагничивания Ф (Ff)и коэффициент насыщения магнитной цепи.
5
Исходные данные
Диаметр якоря ......................................................................... |
Da 0,330м |
|
Активная длина якоря............................................................. |
la 0,330м |
|
Число пар полюсов.................................................................. |
p 3 |
|
Расчетный коэффициент полюсной дуги............................. |
a 0,69 |
|
Отношениеt1 /bz3 ......................................................................t1 /bz3 2.7 |
|
|
Воздушный зазор .................................................................... |
0,0033м |
|
Высота паза.............................................................................. |
hz 0,041м |
|
Высота главного полюса........................................................ |
hm 0,082м |
|
Коэффициент магнитного рассеяния.................................... |
1,22 |
|
Тип обмотки............................................................................. |
петлевая |
|
Число пазов якоря................................................................... |
z 44 |
|
Напряжение питания............................................................... |
U 220B |
|
Угловая скорость..................................................................... |
n 1200об |
мин |
|
|
|
6
1. Расчет размеров зубцовой зоны якоря
Длину зубцовой зоны определяют по формуле: lz la Kct 0,330 0,98 0,323м
Зубцовый шаг в верхнем сечении зуба:
t1 Da 3,14 0,330 0,0235м Z 44
Зубцовый шаг в нижнем сечении зуба:
t3 |
(Da 2 hz ) |
|
3,14*(0,330 2 0,041) |
0,0177м |
|||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
Z |
|
44 |
|
||
Ширина зуба в нижнем сечении: |
|
||||||||
bz3 |
|
t1 |
|
|
0,0235 0,00870м |
|
|||
(t |
/b |
|
) |
|
|||||
|
|
z3 |
2.7 |
|
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Определяем ширину паза:
bП t3 bz3 0,0177 0,00870 0,009м
Ширина зуба в верхнем сечении: bz1 t1 bП 0,0235 0,009 0,0145м
Ширина зуба в среднем сечении:
bz2 0,5 (bz1 bz3) 0,5 (0,0145 0,00870) 0,0116м
Зубцовый шаг в среднем сечении зуба:
t2 0,5 (t1 t3) 0,5 (0,0235 0,0177) 0,0206м
Находим площади зуба в различных сечениях:
–в верхнем сечении Sz1 bz1 lz 0,0145 0,323 0,004м2 ;
–в среднем сечении Sz2 bz2 lz 0,0116 0,323 0,003м2 ;
–в нижнем сечении Sz3 bz3 lz 0,0087 0,323 0,002м2 .
Определяем длину воздушного зазора:
l |
la lm |
|
0,330 0,325 |
0,327м |
|
|
|||
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|||
Где: lm la 0,005 0,330 0,005 0,325м - осевая длина полюсного наконечника.
Длину магнитной линии в зубцовой зоне принимаем равной высоте зуба:
Lz hz 0,041м
Вычисляем значения зубцовых коэффициентов в различных сечениях зуба:
7
– в верхнем сечении |
Kz1 |
|
t1 |
l |
|
|
|
|
0.00768 |
1,921; |
|||
b |
|
l |
z |
0,004 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
z1 |
|
|
|
|
|||||
– в среднем сечении |
Kz2 |
|
|
t2 |
|
l |
|
0,00673 2,24; |
|||||
|
bz2 lz |
||||||||||||
|
|
|
|
|
0,003 |
|
|||||||
– в верхнем сечении |
Kz3 |
|
|
t3 |
|
l |
|
|
0,00578 |
2,89;. |
|||
bz3 lz |
0,002 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
По значению Dа 0,330м находим значение индукции |
|||||||||||||
B 1ном B 1 0,71 Tл, затем вычисляем магнитный поток (номинальный), приходящийся на один зуб и один паз, Вб:
Фt1 B 1 t1 l 0,71 0,0235 0,327 0,00545 Вб
Фиктивные индукции, Тл, в трех сечениях зуба находят по формулам:
– в верхнем сечении |
B/ z1 |
|
Ф t1 |
|
|
0,00545 |
1,364Тл; |
|
|
Sz1 |
0,004 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
– в среднем сечении |
B/ z2 |
|
|
Ф t1 |
|
0,00545 |
1,818Тл; |
|
|
Sz2 |
0,003 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
– в нижнем сечении |
B/ z3 |
|
Ф t1 |
|
|
0,00545 |
2,728Тл. |
|
|
Sz3 |
0,002 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
По значениям B/ z1, B/ z2, B/z3, определяем напряженность магнитного поля в зубцовом слое по кривым намагничивания стали марок 1211, 1212, приведенным в Приложении, и по формуле Симпсона:
H |
z1 |
13,8 102 A/м; |
H |
z2 |
1,6 104 A/м; H |
z3 |
13 104 |
A/ м; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Hzсс |
H |
z1 |
4 H |
z2 |
H |
z3 |
|
13,8 102 4 1.6 10 |
4 13 10 |
4 |
32563 А/ м |
|||||
|
|
6 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Находим магнитное напряжение зубцовой зоны якоря:
Umz hz Hzсс 0,041 32563 1335 B
Расчет магнитных характеристик зубцовой зоны (магнитного потока, магнитной индукции, напряженности магнитного поля, магнитного напряжения) сначала проводим для значения основного магнитного потока
* |
|
Ф |
|
|
1,0 Вб , затем пересчитывается последовательно для ряда зна- |
||
Ф |
|
|
|
||||
|
|
|
Ф ном |
|
|
||
|
|
|
* |
|
Ф |
0,5; |
0,75; 0,9; 1,2 Вб. |
чений Ф |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Ф ном |
|
8
2. Расчет размеров воздушного зазора под главным полюсом
Полюсное деление машины определяют по формуле:
|
Da |
|
3,14 0,330 |
0,172м |
|
2 p |
2 3 |
||||
|
|
|
Ширина воздушного зазора (расчетная полюсная дуга): b a 0,69 0,172 0,118м
Находим площадь воздушного зазора:
S l b 0,327 0,118 0,0385м2
Номинальный магнитный поток находим по формуле:
Фном В 1ном S 0,71 0,0385 0,0273 Вб
Определяем коэффициент воздушного зазора:
K |
|
|
t1 |
|
|
|
0,0235 |
|
1,14 |
|
t |
1 |
|
0,0235 0,96 0,0033 |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||
где γ – расчетный коэффициент, который находится по формуле:
|
|
|
(b |
П |
/ )2 |
|
(0,009/0,0033) |
2 |
|
0,96 |
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
5 bП / |
5 0,009/0,0033 |
||||||||||
|
|
|
|
||||||||
Расчетная длина магнитной линии воздушного зазора L или эквивалентный воздушный зазор δ′:
L / K 0,0033 1,14 0,0037м
Находим магнитное напряжение воздушного зазора:
|
|
/ B |
|
0,0037 0,71 |
2091.56 A |
||
Um |
1 |
|
|
||||
0 |
1,256 10 6 |
||||||
|
|
|
|
||||
Расчет выполняем для 5 значений основного потока, соответствующих
Ф* Ф Ф ном 0,5; 0,75; 0,9; 1,2 Вб. Полученные результаты запишем в таблицу 1.
9
3. Расчет размеров сердечника главного полюса
Определяем расчетную длину сердечника главного полюса: lmp lm Kст 0,325 0,98 0,318м
Номинальный магнитный поток:
Фм Фном 0,0273 1,22 0,0333 Вб
Ширина сердечника полюса:
b |
|
|
Фm |
|
|
0,0333 |
0,069м |
||
|
B |
l |
|
|
|||||
m |
|
mp |
|
1,5 0,318 |
|||||
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
где |
Bm 1,4 1,6 1,5 Тл - магнитная индукция главного полюса. |
||||||||
Площадь сердечника главного полюса: |
|||||||||
S |
m |
b |
l |
mp |
0,069 0,318 0,0219м2 |
||||
|
|
m |
|
|
|
|
|||
Для ряда значений магнитного потока, приведенных в таблице 1, рассчитаем индукции в сердечнике Bm, Тл:
Пользуясь кривой намагничивания стали 3411 в Приложении, определим по полученным выше значениям магнитной индукции значения напряженности
исведём их в таблицу 1.
4.Расчет размеров спинки якоря
Определяем расчетную длину спинки якоря: lap lz 0,323м
Номинальный магнитный поток:
Фа Ф ном 0,0273 0,0136 Вб 2 2
Ширина спинки якоря:
h |
|
|
|
Фа |
|
|
0,0136 |
0,0294м |
|
|
l |
|
B |
|
|
||||
а |
|
a |
|
|
0,330 1,4 |
||||
|
|
|
|
a |
|
|
|
||
где |
|
|
Bа |
1,3 1,5 1,4 Тл – магнитная индукция якоря. |
|||||
Площадь спинки якоря: |
|||||||||
S |
a |
l |
z |
h |
|
0,323 0,0294 0,00949м2 |
|||
|
|
|
a |
|
|
|
|||
Для ряда значений магнитного потока, приведенных в таблице 1, рассчитаем индукции в спинке якоря Ba, Тл.
10