Перевищення температури обмотки збудження
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ
З дисципліни «Електричні машини»
Тема «Розрахунок двигуна постійного струму»
Виконав: студент гр., ЕСА-06-1
Золотухін Є. Г.
Перевірив: доцент, к. т. н.
Клімченкова Н. В.
Краматорськ 2009
Реферат
Пояснювальна записка виконана на аркушах, містить малюнків, таблиць. Об’єктом курсової роботи є двигун постійного струму, призначений для загальнопромислового застосування. Предметом курсової роботи є розрахунок параметрів ДПС, його геометричних розмірів, електричних, магнітних та механічних параметрів, які допоможуть виготовити надійну та працездатну машину.
Метою курсової роботи є розробка конструкції, яка відповідає вихідним даним. Також розроблена графічна частина, зображення прокольного і поперечного перерізу електричного двигуна постійного струму.
Електричний двигун, постійний струм, конструкція, обмотка, колектор, обмотка збудження, додатковий полюс.
ЗМІСТ
Вступ
1. Вибір основних розмірів і електромагнітних навантажень;
1.1 вибір довжини і діаметра ротора, електромагнітних навантажень……….
1.2 вибір обмотки якоря………………………………………………………….
1.3 розрахунок геометрії зубців зони…………………………………………...
1.4 розрахунок обмотки якоря…………………………………………………..
2. Розрахунок магнітного кола;
2.1 визначення розрімірів магнітного кола…………………………………….
2.2 розрахунок перетину магнітного кола……………………………………...
2.3 середні довжини магнітних ліній…………………………………………...
2.4 індукція у розрахункових перетинах магнітного кола…………………….
2.5 магнітні напруги окремих ділянок, і розрахунок перехідної характеристики і характеристики намагнічування…………………………
2.6 розрахунок обмотки збудження……………………………………………..
2.7 розрахунок колектора і щіток……………………………………………….
2.8 комутаційні втрати…………………………………………………………...
2.9 розрахунок обмотки додаткових полюсів…………………………………..
3. Розрахунок втрат потужності і ККД………………………………………………
4. Розрахунок робочих характеристик двигуна……………………………………..
5. Тепловий розрахунок;
5.1 припустиме перевищення температури деталей конструкції електричної машини………………………………………………………………………..
5.2 перепад температури за товщиною паза в ізоляції обмотки ротора……...
5.3 перевищення температури осердя і обмотки якоря………………………..
5.4 перевищення температури обмотки збудження…………………………....
5.5 перевищення температури обмотки додаткового полюса………………...
5.6 перевищення температури колектора………………………………………
6. Вентиляційний розрахунок;
6.1 вибір системи вентиляції…………………………………………………….
6.2 визначення основних параметрів вентилятора……………………………..
7. Механічний розрахунок деталей конструкції;
7.1 розрахунок вала на жорсткість і міцність…………………………………..
7.2 Розрахунок і вибір підшипників…………………………………………….
Список використаної літератури………………………………………………………….
Додатки……………………………………………………………………………………..
Вступ
Електротехнічна промисловість є однією з ведучих галузей. Продукція цієї галузі використовується в усіх інших галузях промисловості, сільського господарства, військових і побутових установках. Тому якість електротехнічних виробів багато у чому визначає технічний рівень продукції інших галузей.
Електричні машини у загальному об’ємі виробництва електротехнічної промисловості займають лікуюче місце, тому їх технічно – економічні показники і експлуатаційні властивості мають велике значення.
При створенні електричних машин розраховуються розміри статора і ротора, вибираються типи обмоток, обмотувальні провода, ізоляція, матеріали активних та конструктивних частин. Окремі частини машини повинні бути спроектовані таким чином, щоб при її виготовлені трудомісткість і витрати матеріалів були мінімальними, а при експлуатації машина мала високу надійність і найкращі енергетичні показники.
1. Вибір основних розмірів і електромагнітних навантажень.
1.1 Вибір довжини і діаметра ротора, електромагнітних навантажень.
Визначимо основні розміри проектуємої машини.
Розрахункова електромагнітна потужність машини:
де η-розрахунковий ККД, за мал.1 η=72%.
Визначимо величину К=Р2ном/ ηном:
Діаметр ротора визначимо з графіка за мал.2:
Da=150мм.
Уточнюємо його за стандартним рядом діаметрів якорів серійним машин, тоді D=Da=160мм.
Висота осі обертання за табл. 2:
h=150мм.
Вибираємо електромагнітне навантаження за мал.3:
А=13*103 А/м.
Індукція в зазорі за мал.4:
Вδ=0,51 Тл.
Розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги лежить у межах аδ=0,55…0,85.
Приймаємо аδ=0,7.
Розрахункова довжина якоря:
Відношення довжини якоря до його діаметру:
що задовольняє умові 0,5≤λ≤1,5
Так як D>0,1 м, то кільість полюсів приймаємо (за мал. 115):
2р=4
Полюсне ділення:
Розрахункова ширина полюсного башмака:
де 
розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги (див. п. 2.1).
Дійсна ширина полюсного накінечника при ексцентричному зазорі дорівнює:
1.2 Вибір обмотки
Номінальний струм якоря:
Приймаємо звичайну хвильову обмотку з кількісттю N ефективних
провідників:
Попереднє загальне значення ефективних провідників:
Кількість пазів якоря:
приймаємо Z=39, тоді t1=πD/Z=0,0128 м.
Приймаємо напівзакритий паз за рекомендаціями [2], стор. 240, табл. 10-8.
Тоді кількість колекторних пластин складатиме:
де 
- ширина паза, приймаємо у залежності від 2р і типу обмотки за [2], стор. 240, табл. 10-8. ( =3).
Кількість витків у секції:
Кількість секцій у обмотці якоря:
Зубцеве ділення:
t2=πD/Z2=3,1415*160/39=12,88(мм);
Зовнішній діаметр колектора, якщо пази напівзакриті Dк=(0,65÷0,7)D:
Dк=0,8·0,16=0,128(м);
приймаємо Dк=0,125 м з стандартного ряду за ДОСТ 19780 [2], стор. 242.
Колекторне ділення:
Задовольняє умові при Dк=0,125 м; tk=3·10-3 м, що не менше мінімально допустимого.
Кількість ефективних провідників в пазу:
приймаємо 
=25.
Перевіримо максимальну напругу між двома сусідніми колекторними пластинами при навантаженні:
що у межах норми 50В при 2р=4 і h=160мм.
Уточнимо лінійно-токове навантаження:
Коректуємо довжину якоря:
Окружна швидкість якоря:
Попереднє значення щільності струму в обмотці якоря:
де 
- приймаємо попереднє за мал. 11.11 [3] для класу нагрівостійкостійкості F.
Попередній поперечний переріз ефективного провідника:
Повний струм паза:
Приймаємо провідник марки ПЭТВ, діаметром dп=0,71·10-3м, діаметр провода
в ізоляції dіз=0,77·10-3м, з перерізом ефективного провідника q=hел·qел=2·0,396·106=0,792 м2
1.3 Розрахунок геометрії зубової зони
Переріз напівзакритого пазу (за винятком пазової ізоляції і пазового клина) при попередньо прийнятому коефіцієнті заповнення кз=0,72:
Висота паза попередньо hп=24·10-3 м (по [3], стор. 610, мал. 11.12), висота шліца паза hш=0,8·10-3 м, ширина шліца bш=3·10-3 м.
Мал. 1. Форма і розміри напівзакритого овального паза
Ширина зубця:
де 
=1,55 Тл – припустиме значення індукції в сталі зубця при частоті перемагнічування f=pn/60=2*750/60=25 Гц і виконанні за захистом ІР44 ([3], табл. 11,9);
- коефіцієнт заповнення пакету якоря сталлю ( 
=0,94) для оксиду вальних листів товщиною 0,5 мм ([3], табл. 2,1);
- зубове ділення 
Великий радіус:
Малий радіус:
Відстань між центрами радіусів:
Площа поперечного перерізу паза у штампі:
Площа поперечного перерізу ізоляції:
де 
- одностороння товщина корпусної ізоляції (при h=160 мм 
=0,5 мм).
Площа поперечного перерізу провода:
Sпр=NП*q=25*0,792=19,8 мм2
Площа поперечного перерізу паза, що займає обмотка:
Sп2=SП-Sі-Sкл-Sпр=139-33-19,5-19,8=66,7 мм2
де Sкл – площа поперечного перерізу клина і прокладок:
Sкл≈5r1≈19,5
Попередній діаметр провода з ізоляцією:
Приймаємо по [3], дод. 1 провод ПЄТВ діаметром 1,4 мм, з площею поперечного прерізу провода без ізоляції qп=1,539 мм2;
Уточнений коефіцієнт заповнення паза:
, що знаходиться у межах норми 0,75
де 
- число ефективних провідників у пазу;
- діаметр прийнятого провода;
Мал. 2. Ізоляція обмотки у напівзакритому овальному пазу
Таблиця №1Ізоляція обмотки якоря машин постійного струму (пази овальні, напівзакриті, обмотка двошарова всипана з круглого емальованого провода, напруга – до 600В).
| Позиція на малюнку | Матеріал | Кількість слоїв | Одностороння товщина ізоляції, мм | |
| Найменування | Товщина,мм | |||
| Плівкостеклопласт | 0,25 | 0,5 | ||
| Плівкостеклопласт | 0,25 | 0,50,5 | ||
| Стеклотекстоліт | 0,5 |
Розрахунок обмотки якоря
Довжина лобової частини витка:
Середня довжина витка обмотки якоря:
де 
- довжина якоря.
Повна довжина провідників обмотки якоря:
Опір обмотки якоря при температурі t=200C:
Опір обмотки якоря при температурі t=750C:
Ra75=1,22·Ra=1,22·0,95=1,159 Ом;
Маса міді обмотки якоря:
Мал. 3. Звичайна хвильова обмотка якоря
Знайдемо шаг обмотки:
• шаг по колектору і результуючий шаг:
+1/p=117-1/2=58;
• перший частковий шаг:
• другий частковий шаг:
2. РОЗРАХУНОК МАГНІТНОГО ЛАНЦЮГА
2.1 Визначення розмірів магнітного ланцюга
Мінімальний перетин зубців якоря:
де 
- розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги [3], мал. 11,8 (аδ=0,62);
- ширина зубя;
- довжина якоря;
- коефіцієнт заповнення пакета якоря сталлю.
Попереднє значення ЕДС:
де 
- коефіцієнт двигуна ([3], табл. 11,8, стор. 606).
Попереднє значення магнітного потоку на полюс:
Для магнітопроводу приймаємо сталь марки 2411. Індукція в перетині зубців буде:
Попереднє значення внутрішнього діаметра якоря і діаметра вала:
Приймаємо D0=40 мм.
Висота спинки якоря:
Приймаємо для осердь головних полюсів сталь марки 3411, товщино. 0,5 мм, коефіцієнтом розсіювання σ=1,15, довжину осердя l=Lδ=0,175 м, коефіцієнт заповнення сталі Кс=0,95, ширину виступу полюсного наконечник b=0,1bp=0,1*77,9*10-3 м.
Ширина осердя головного полюса (Мал. 4):
Мал. 4. Головний полюс машини
Індукція в осерді:
Переріз станіни:
де 
- магнітна індукція у станіні (приймаємо =1,3 Тл).
Довжина станіни:
Lc=lr+0,4D=175+0,4·160=239 мм
Висота станіни:
Зовнішній діаметр станіни:
Dзовн=2h-(8…10)·10-3=2·150·10-3-10·10-3=290·10-3(м);
Внутрішній діаметр станіни:
Для станіни приймаємо сталь марки Ст. 3.
Висота головного полюса:
де 
- еквівалентна довжина ексцентричного повітряного зазору головного полюса:
де 
- повітряний зазор під серединою полюсного наконечника ([3], мал. 11,8, стор. 617),
- коефіцієнт приведення нерівномірного повітряного зазору.
де 
- повітряний зазор під краєм полюсного наконечника (приймаємо 
=1,5 
=1,5·1=1,5 мм).
2.2 Розрахункові перерізи магнітного кола
Мал. 5. Магнітне коло машини
Переріз повітряного зазору:
Довжина сталі якоря:
Мінімальний переріз зубців якоря:
Переріз спинки якоря:
Переріз осердя головного полюса:
Переріз станіни:
2.3 Середні довжини магнітних ліній
Повітряний зазор 
м (див. п. 2.1).
Коефіцієнт повітряного зазору, враховуючий наявність пазів на якорі:
Розрахункова довжина повітряного зазору:
L3=kδa·δe=2,1·1,15·10-3 м;
Довжина магнітної лінії в зубцях якоря:
L2=hп-0,2r1=24·10-3-0,2·3,83·10-3=23,2·10-3 м
Довжина магнітної лінії в спинці якоря:
Довжина магнітної лінії в осерді головного полюса:
Lr=hr=47,025·10-3 м.
Повітряний зазор між головним полюсом та станиною:
Lcп=2lr·10-4+10-4=2·175·10-3+10-4=0,135·10-3 м.
Довжина магнітної лінії в станині:
2.4 Індукція у розрахункових перетинах магнітного кола
Індукція у повітряному зазорі:
Індукція у перерізі зубців якоря:
Індукція у спинці якоря:
Індукція в осерді головного полюса:
Для сталі 3411 
≤1,5 Тл припустимо.
Індукція у повітряному зазорі між головним полюсом та станиною:
Індукція у станині:
2.5 Магнітні напруги окремих ділянок магнітного кола
Магнітна напруга повітряного зазору:
Коефіцієнт витіснення потоку:
Магнітна напруга зубців якоря:
де 
визначається за таблицею [2], дод. 7, стор. 391 і для сталі 2411 складає 17500А/м при індукції 1,83 Тл.
Магнітна напруга ярма якоря:
де 
визначається з таблиці для сталі 2411 ( 
=105 А/м, сталь 3411 при 
=0,68 Тл).
Магнітна напруга осердя головного зазору між головним полюсом та станиною:
Fсп=0,8BrLсп106=0,8·0,906·0,135·10-3·10-6 A.
Магнітна напруга станіни (масивна сталь Ст3):
Сумарна МДС на полюс:
МДС перехідного поля:
Аналогічним способом робимо розрахунки для потоків, які дорівнюють 0,5, 0,75, 1,1, 1,15, зводимо результати до таблиці, будуємо характеристику намагнічування і перехідну характеристику.
Табл. 2. Розрахунок характеристики намагнічування
| № | розрахункова величина | розрахункова формула | одиниця величини | 0,5Фδ | 0,75Фδ | 0,9Фδ | Фδ | 1,1Фδ | 1,15Фδ |
| магнітний потік | Фδн=60*Ен*а/р*N*nн | Вб | 0,00408 | 0,00612 | 0,007344 | 0,00816 | 0,0089 | 0,0093 | |
| магнітна індукція у повітряному зазорі | Вδн=Фδн/Sδ | Тл | 0,29934 | 0,44901 | 0,538811 | 0,598679 | 0,65855 | 0,68848 | |
| магнітна напруга повітряного зазора | Fδ=0,8*Вδ*tδ*106 | A | 574,732 | 862,098 | 1034,518 | 1149,464 | 1264,41 | 1321,88 | |
| магнітна індукція у зубцях якоря | В2=Фδн/Sδ | Тл | 0,9168 | 1,3752 | 1,6503 | 1,8337 | 2,01708 | 2,10876 | |
| напруженість магнітного поля в зубцях якоря | HZ | A/м | |||||||
| магнітна напруга зубців | FZ=HZ*LZ | A | 4,0368 | 23,2 | 165,184 | 1577,6 | 3665,6 | ||
| магнітна індукція у спинці якоря | Bj= Фδн/2Sj | Тл | 0,34085 | 0,51127 | 0,61353 | 0,68170 | 0,74987 | 0,78396 | |
| напруженість магнітного поля в спинці якоря | H1 | A/м | 3,2026 | 3,7284 | 4,3976 | 5,019 | 5,6882 | 6,0706 | |
| магнітна напруга ярма якоря | F1=H1*L1 | A | 3,2026 | 3,7284 | 4,3976 | 5,019 | 5,6882 | 6,0706 | |
| магнітний потік головного полюса | ФГ=GГ*Фδ | Вб | 0,00469 | 0,00703 | 0,00844 | 0,00938 | 0,0103 | 0,0107 | |
| магнітна індукція у осерді головного полюса | Вг=GГ*Фδ/ Sг | Тл | 0,45285 | 0,67927 | 0,81513 | 0,9057 | 0,9962 | 1,04156 | |
| напруженість магнітного поля в осерді головного полюса | Нг | А/м | |||||||
| магнітна напруга осердя головного полюса | FГ=НГ* LГ | А | 0,47025 | 0,70537 | 1,41075 | 2,8215 | 7,99425 | 8,9347 | |
| магнітна індукція у повітряному зазорі між головним полюсом та станиною | ВСП=ВГ | Тл | 0,45285 | 0,67927 | 0,81513 | 0,905704 | 0,99627 | 1,04156 | |
| магнітна напруга повітряного зазору між головним полюсом та станиною | FСП=0,8* ВГ* LСП*106 | А | 48,9080 | 73,3620 | 88,03444 | 97,81604 | 107,598 | 112,488 | |
| магнітна індукція у станіні | ВС=GC* Фδн/2SС | Тл | 0,64986 | 0,97479 | 1,16975 | 1,29972 | 1,4297 | 1,4946 | |
| напруженість магнітного поля в станіні | НС | А/м | |||||||
| магнітна напруга станіни | FС=НС* LС | А | 127,865 | 211,515 | 239,97 | 380,01 | 413,47 | 451,71 | |
| сума магнітних напруг усіх ділянок магнітної ланки | FΣ=Fδ+FZ+F1+FГ+ FСП+ FС | А | 759,214 | 1174,6 | 1587,515 | 2041,131 | 3376,76 | 5566,68 | |
| магнітних напруг усіх ділянок перехідного слою | FδZj= Fδ+FZ+F1 | А | 581,971 | 889,026 | 1204,1 | 1560,483 | 2847,7 | 4993,55 |
Мал. 6. Характеристика намагнічування
2.6 Розрахунок паралельної обмотки збудження
Магніторушійна сила обмотки паралельного збудження,що приходиться на один полюс:
FB=FΣ+FP.
де FP – розмагнічу вальна дія реакції якоря.
FР=kp·Fа,
kp – коефіцієнт розмагнічування, який знаходиться з [2], мал. 10-29 в залежності від магнітної індукції в зубцях і від відношення Fа/FΣ,
тоді Fа/FΣ=1531,75/2376,391=0,645;
Визначимо МДС розмагнічування:
FР=0,11·1531,75=168,5 А,
У скомпенсованому двигуні:
FB=FΣ+FP=2041,131+168,5=2209,6 А
Компенсуючу обмотку не розраховуємо тому, що дана машина має невелику потужність, і ми застосували ексцентричний зазор між якорем та головним полюсом, який дає можливість позбутися від дії реакції якоря і магнітного шуму.
Ширину котушки паралельної обмотки для двигуна з 2р=4 попередньо приймаємо виходячи з умови:
bкп=0,12D=0,12≈20 (мм),
тоді середня довжина витка обмотки:
де 
- товщина ізоляційної котушки (приймаємо 0,5мм),
Переріз міді паралельної обмотки:
де 
- коефіцієнт запасу МДС обмотки збудження,
- коефіцієнт приведення обмотки до стандартної температури ([2], стор. 72. Для класу ізоляції F m=1,38);
a – кількість паралельних віток.
Приймаємо за [2] табл. дод. 16 круглий привод ПЭТ-200, діаметром без ізоляції 0,9·10-3 м, діаметр провода з ізоляцією 0,965·10-3 м, переріз провода qB=0,636·10-6 м2.
Номінальну щільність струму приймемо по [2], мал. 10-30, стор. 278, для машини ІР44 з 2р=4, спосіб охолодження ІС01:
JB=3·106 A/м2.
Кількість витків на полюс:
Визначимо номінальний струм збудження:
Уточнимо цільність струму в обмотці збудження:
JВН=ІВ/qВ=1,91/0,636·10-6=3,003·106 А/м.
Повна довжина обмотки:
Опір обмотки збудження при температурі 750С:
Rв75=1,22·Rв=1,22·69,072=84,26 Ом.
Вага міді паралельної обмотки збудження:
2.7 Розрахунок колектора та щіток
Ширина нейтральної зони:
Приймаємо ширину щіток рівною:
За таблицею П4.1 [3] обираємо щітку ЭГ-4 з наступними даними:
- ширина щітки bщ=10мм;
- осьовий розмір щітки lщ=20мм;
- висота щітки hщ=25мм;
- падіння напруги на пару щіток ΔUщ=2В;
- щільність струму 12 А/см2;
- окружна швидкість V=40м·с;
- робочий тиск Р=15-20кПа.
Поверхня зіткнення щітки з колектором:
При припустимій щільності струму Jщ=12·104 А/м2 кількість щіток на болт буде:
Приймаємо 
=1.
Поверхня зіткнення щіток з колектором:
Щільність струму під щітками:
що знаходиться у межах норми.
Активна довжина колектора:
Мал. 7. Колектор арочного типу
2.8 Комунікаційні втрати
Ширина зони комутації за [2]:
де 
- скорочення обмотки колекторних ділень:
- ширина паза (див. п. 1.2).
Відношення 
, що задовольняє вимозі:
Коефіцієнт магнітної провідності для овального напівзакритого паза:
де 
- швидкість якоря; 
.
м;
- ккількість витків у секції;
- лінійне уточнене навантаження;
Реактивна ЕРС:
Повітрянийзазорпід додатковим полюсом приймаємо:
, тобто 
Розрахункова довжина повітряного зазору під додатковим полюсом:
де 
.
Середня індукція в повітряному зазорі під додатковим полюсом:
де 
=1,1 
=1,1·0,695=0,765 В приймаємо для забезпечення прискорення комутації.
Мал. 8. Ескіз додаткового полюса
Ширину наконечника додаткового полюса визначимо з умови на основі
попередніх розрахунків зони комутації:
Розрахункова ширина наконечника додаткового полюса:
Дійсну ширину наконечника додаткового полюса приймемо:
Довжина наконечника додаткового полюса:
lДН=la=0,175 м.
Магнітний потік додаткового полюса у повітряному зазорі:
Вибираємо коефіцієнт розсіювання σД=2,5 (машина без компенсаційної обмотки), тоді магнітний потік в осерді:
Переріз осердя додаткового полюса:
Розрахункова індукція в осерді додаткового полюса:
Висота додаткового полюса:
де 
- Внутрішній діаметр станіни;
- діаметр вала;
- висота спіни якоря;
- висота паза;
Магнітна індукція зубців якоря:
де 
- зубове ділення;
- ширина зуба;
- довжина якоря;
- магнітна індукція у повітряному зазорі (табл. 3).
Для додаткових полюсів використовувати сталь 2411.
Табл. 3. Результати розрахунку магнітного кола ланцюга додатніх полюсів
| Магнітний потік у повітряному зазорі | ФδД | Вб | 0,00042 | |
| Магнітна індукція у повітряному зазорі | ВδД=ФδД/b/ДН*Іδ | Тл | 0,087879897 | |
| Магнітна напруга у повітряному зазорі | Fδ=0,8*ВδД*ІδД*106 | А | 154,6686196 | |
| Магнітна індукція зубів якоря | ВZ=Фδн/Sz | Тл | 0,264 | |
| Напруженість магнітного поля в зубцях якоря | Нz | А/м | ||
| Магнітна напруга зубів якоря | Fz=Нz*Lz | A | 1,16 | |
| Магнітна індукція у ярмі: | ||||
| на ділянці даного напрямку головного потоку і потоку головних полюсів | Вj1=Фδ+ФδД/2*Sj | Тл | 0,71679198 | |
| на ділянці зустрічного напрямку головного потоку і потоку головних полюсів | Вj2=Фδ-ФδД/2*Sj | Тл | 0,646616541 | |
| Напруженість магнітного поля: | ||||
| на ділянці з індукцією Вj1 | Нj1 | А/м | ||
| на ділянці з індукцією Вj2 | Нj 2 | А/м | ||
| середня напруженість магнітного поля у ярмі | Нjср=( Нj1- Нj 2)/2 | А/м | ||
| Магнітна напруга якоря | Fj=Нj*Lj | А | 0,3346 | |
| Магнітний потік додаткового полюсу | Фд=δД*ФδД | Вб | 0,00000084 | |
| Магнітна індукція в осерді додатного полюса | ВсД=Фд/Sд | Тл | 0,000333333 | |
| Напруженість магнітного поля в осерді додатного полюса | НсД | А/м | ||
| Магнітна напруга осердя додатного полюса | FДП=Lд* НсД | А | 10,38 | |
| Магнітна напруга повітряного зазору між станиною та додатнім полюсом при δсДП=0,2*10-3 | FДП=0,8* ВсД*106 | А | 0,5333333 | |
| Магнітна індукція у станіні: | ||||
| на ділянці узгодженого напрямку магнітних потоків головного та додатних полюсів | Вс1=(Фг+Фд)/2*Sс | Тл | 1,299839335 | |
| на ділянці зустрічного напрямку магнітних потоків головного та додатних полюсів | Вс2=(Фг-Фд)/2*Sс | Тл | 1,299606648 | |
| Напруженість магнітного поля в станіні: | ||||
| на ділянці Вс1 | Нс1 | А/м | ||
| на ділянці Вс2 | Нс2 | А/м | ||
| Середня напруженість магнітного поля в станіні | Нс ср=( Нс1- Нс2)/2 | А/м | ||
| Магнітна напруга ділянки станіни | Fс=Нс ср*Lс | А | 4,78 | |
| Сума магнітних напруг усіх ланок | FΣ | А | 171,52195 | |
| МДС обмотки додатного полюса | Fд=FΣ+А1у*t/2 | А | 936,9911529 |
2.8 Розрахунок обмотки додатніх полюсів
МДС обмотки додатного полюса:
Fд=936,99 (за табл).
Кількість витків обмотки додатного полюса на один полюс:
приймаємо 
=75
Попередній переріз провідників:
де 
- кількість паралельних віток обмотки додатніх полюсів (при Іном<1000А, 
=1);
- щільність струму обмотки додаткових полюсів;
Приймаємо провідник обмотки додатніх полюсів з круглого провода марки ПСД ø 1,81мм, діаметр ізольованого провода 2.1 мм, переріз провідника 
=2,57·10-6 м2, клас нагрівостійкості F.
Приймаємо осердя додатного полюса коротше якоря на 1*10-3м з перерізом
кожної сторони для створення опори котушки.
Довжина осердя:
LД=Lδ-2·10-3=175·10-3-2·10-3=173·10-3 (м).
Попередня ширина котушки:
bКД≈0,12D=0,12·160=19,2 мм.
Попередній великий розмір міді:
bКД≈0,09D=0,09·160=14,4 мм.
Середня довжина обмотки витка додатного полюса багатошарової котушки:
де 
- двостороння товщина ізоляції осердя, котушки, кріплення котушки, зазор між ізольованим осердям полюса і котушкою (2 
=6мм при h=80…200 мм, по [2], стор. 265).
Повна довжина провідників обмотки додатніх полюсів:
LД=2рlδсрωД=4·466,82·10-3·75=140 (м).
Опір обмотки додатніх полюсів при температурі 100С:
Опір обмотки додатніх полюсів при температурі 750С:
Маса міді обмотки додатніх полюсів:
Мал. 9. Ескіз обмоток полюсів
Втрати та ККД
Електричні втрати в обмотці якоря:
Електричні втрати в обмотці додатного полюса:
Електричні втрати в паралельній обмотці:
Електричні втрати в перехідному контурі щіток на колекторі:
де 
- падіння напруги на щітках.
Втрати на тертя щіток об колектор:
де 
=1,5 
- робочий тиск для щіток ЭГ-4,
=0,2 – коефіцієнт тертя щіток,
- сумарна площа зіткнення щіток,
- окружна швидкість обертання якоря.
Втрати у підшипниках і на вентиляцію визначаємо по [3], мал. 11,28,стор. 643.
(РТП+РВЕНТ)=10 Вт.
Маса сталі ярма якоря:
Умовна маса сталі зубців якоря з овальними напівзакритими пазами:
де 
- кількість пазів якоря,
- ширина зуба,
- великий радіус,
- малий радіус.
Магнітні втрати в ярмі якоря:
де 
=2,3 
Сума втрат:
Р= 
+ 
+ 
+ 
+ 
+(РТП+РВЕНТ)+ 
=184,6+185,7+420,2+50,48+7,54+
+10+20,87+61,33+31,97=970,69(Вт).
Споживаюча потужність:
Струм споживання:
Струм якоря:
ККД:
4. Робочі характеристики
Уточнені в П. 3 параметри машини використовуємо для побудови робочих характеристик. До основних робочих характеристик двигуна відносять залежності 
, М2, n, Р1, І=f(P2). Стабілізуючу одмотку не застосовуємо тому, що машина невеликої потужності, і стабілізацію частоти обертання забезпечуємо САК, яка підключається до двигуна.
Зробимо побудову вільної таблиці для виконання побудови залежностей:
Табл. 4. Розрахунок робочих характеристик ДПС.
| № | Величина | Коефіцієнт загрузки | |||||
| 0,1 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1,25 | |||
| Струм якоря | 1.16 | 2.9 | 5.8 | 8.7 | 11.6 | 14.5 | |
| ЕРС двигуна | 215.303 | 211,257 | 204.515 | 197,772 | 191,03 | 184,287 | |
| Розмагнічувана дія реакції якоря | 16,85 | 42,125 | 84,25 | 126,375 | 168,5 | 210,625 | |
| МРС стабілізуючої обмотки | |||||||
| МДС машини | 2192,75 | 2167,475 | 2125,35 | 2083,225 | 2041,1 | 1998,975 | |
| Потік | 0,0083 | 0,00825 | 0,00823 | 0,0082 | 0,00818 | 0,008 | |
| Частота обертання | 826,232 | 815,621 | 791,508 | 768,214 | 743,838 | 724,671 | |
| Споживаємий струм | 3,07 | 4,81 | 7,71 | 10,61 | 13,51 | 16,41 | |
| Споживаюча потужність | 675,4 | 1058,2 | 1696,2 | 2334,2 | 2972,2 | 3610,2 | |
| Електромагнітна потужність | 249,751 | 612,646 | 1186,187 | 1720,621 | 2215,948 | 2672,169 | |
| Додаткові втрати | 0,3197 | 1,9981 | 7,9925 | 17,983 | 31,97 | 49,95 | |
| Механічна потужність | 149,691 | 510,908 | 1078,455 | 1602,898 | 2084,238 | 2522,476 | |
| Сумарні втрати | 525,708 | 547,291 | 617,745 | 731,302 | 887,962 | 1087,724 | |
| ККД | 0,221 | 0,4828 | 0,6358 | 0,6867 | 0,7012 | 0,6987 | |
| Момент на валу | 1,7302 | 5,982 | 13,0121 | 19,926 | 26,759 | 33,242 |
Мал. 10. Робочі характеристики двигуна
Тепловий розрахунок
5.1 Припустиме перевищення температури деталей конструкції електричної машини.
Максимально допустима температура для класу F – 1550C.
5.2 Перепад температури за товщиною паза в ізоляції обмотки якоря
Розрахункові опори обмоток:
де 
- поправочний коефіцієнт приведення температури.
Втрати у обмотках:
Коефіцієнт тепловіддачі з зовнішньої поверхні якоря [3] стор. 649, мал. 11,29:
аа=65 Вт/(м2с).
Перевищення температури охолоджуючої поверхні якоря:
5.3 Перевищення температури осердя і обмотки якоря
Перевищення температури охолоджуємої поверхні лобових частин обмотки якоря:
де 
- коефіцієнт теплопередачі з лобових поверхонь обмотки якоря.
Середнє перевищення температури обмотки якоря над температурою охолоджуючого повітря:
Сума теплових втрат, які відводяться повітрям, охолоджуючим внутрішній об’єм двигуна захисту ІР44:
Середнє перевищення температури обмотки якоря над температурою охолоджуючої середи:
Перевищення температури обмотки збудження
Перевищення температури обмотки якоря над температурою повітря усередині машини:
де 
- втрати в обмотці збудження;
- втрати в стабілізуючий одмотці;
- втрати в обмотці додатніх полюсів;
- поверхня охолодження обмотки збудження.
Для визначення параметра П за ескізом між полюсного вікна, визначають довжини ділянок контуру поперечного перерізу обмотки; поверхні, які прилягають до осердя головного полюса не враховуються.
Середнє перевищення температури обмотки збудження над окружаючим середовищем:
