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
2,5/0,74533,6 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°С,
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 °С.
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)=214941,8 .
Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды
758,1/(214941,8*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=21846 ,
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=23429 ,
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=11971,3
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.



Литература

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.














1








26