Задание

По данным машины постоянного тока требуется: рассчитать и вычертить эскиз магнитной цепи машины; определить Н.С. возбуждения при номинальном режиме; вычертить развернутую схему обмотки якоря. Тип обмотки – петлевая.

№

п/п

Наименование данных и геометрических размеров

Данные

1

Режим работы

Генератор

2

Мощность Р_н, кВа

35

3

Напряжение U_н,В

230

4

Ток якоря I_ан, А

155

5

Частота вращения n, об/мин

1450

6

Число главных полюсов 2р

4

7

Воздушный зазор под главными полюсами δ, мм

2

8

Наружный диаметр якоря D_a, мм

246

9

Диаметр вала d_в, мм

75

10

Длинна сердечника якоря l_а, мм

175

11

Число радиальных вентиляционных каналов n_в

-

12

Число пазов якоря Z

29

13

Глубина паза якоря h_n, мм

27

14

Ширина паза якоря b_n, мм

10

15

Число активных проводников N

290

16

Число параллельных ветвей обмотки 2а

2

17

Сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов при 15^ОС (Z_a+Z_δ)₁₅0, Ом

0,073

18

Наружный диаметр станины D₁, мм

516

19

Внутренний диаметр станины D₂, мм

465

20

Длинна сердечника главного полюса l_m, мм

175

21

Ширина сердечника главного полюса b_m, мм

75

22

Длинна станины l_я, мм

345

23

Коэффициент полюсной дуги α_δ

0,64

24

Коэффициент магнитного рассеяния σ

1,178

25

Число пазов Z

28

26

Число коллекторных пластин К

28

27

Число полюсов 2_р

4

28

Число параллельных ветвей 2_а

8

29

Число простых обмоток m

2

Решение

1 Определим номинальный основной магнитный поток с учетом генераторного режима работы;([2]).

где,

Е_ан =U_н+[I_ан * (z_a+z_δ)₇₅^o+2∆U_щ ]=230+[155*1,24*0,073+2*1]=246В.-ЭДС при номинальном режиме;

(z_a+z_δ)₇₅^o- сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов при 75^ОС =1,24(z_a+z_δ)₁₅^o=1,24*0,073Ом;

2а=2 (а=1)-число параллельных ветвей обмотки;

∆U_щ=1В-падение напряжения на щеточном контакте;

2р=4 (р=2) – число главных полюсов;

n =1450 частота вращения;

N = 290 число активных проводников.

Отсюда:

2 Построим кривую намагничивания машины, зависимость основного магнитного потока от нормальной силы возбуждения. Для этого рассчитаем магнитную цепь генератора ряда значений основного магнитного потока - (0,5; 0,8; 1,0; 1,1; 1,2) Ф_δн

Данные расчетов занесем в таблицу 1.

Определим магнитное поле и Н.С. воздушного зазора.

Полюсное деление.

Расчетная полюсная дуга - b_δ;

Длинна якоря в осевом направлении;

Расчетная длинна якоря;

Индукция в воздушном зазоре;

Нормальная сила в воздушном зазоре;

Где: μ₀ – 4хπх10^-7Гн/м - магнитная проницаемость стали.

k_δ – коэффициент зубчатости, равный

где t₁ – зубцовое деление, равное

bз₁ – ширина зуба в верхней части, равна

γ - коэффициент равный

отсюда

Из этого

Определим магнитное поле и Н.С. зубцовой зоны.

Зубцовое деление по основанию пазов:

Наименьшая ширина зубца:

Ширина зуба посредине высоты:

Определим индукцию в зубцах при k_с = 0,9 – коэффициенте заполнения пакета якоря сталью;

Так как вентиляционных канавок не предусмотрено l_{c(длинна пакета стали)}=l_a

Пазовый коэффициент у основания паза:

Определим напряженность магнитного поля по характеристикам намагничивания для стали 1211;

Для: Вз₁ =1,4Т намагниченность Нз₁=1580А/м выбираем по таблице намагниченности [2].

Вз₂ =2,16Т намагниченность Нз₂=66000А/м выбираем по семейству кривых (рис 2-9[1]).

Вз_ср =1,71Т намагниченность Нз_ср=8200А/м выбираем по таблице намагниченности [2].

Расчетное значение напряженности магнитного поля;

Определим Н.С. для зубцового слоя;

Определим магнитное поле и Н.С. для сердечника якоря.

Высота сердечника якоря;

Индукция в сердечнике якоря;((2-23),[1])

Напряженность магнитного поля в сердечнике якоря по характеристикам намагничивания для стали 1211;

Н_а=458А/м

Средняя длинна пути магнитного потока в сердечнике якоря;

Н.С. для сердечника якоря;

Определим магнитное поле и Н.С. для сердечника полюса.

Индукция в сердечнике полюса при k_с = 0,95 ((2-27),[1]);

Напряженность магнитного поля в полюсе по характеристикам намагничивания для стали 3413(В_п>1,6T);

Н_m = 665А/м

Н.С. для сердечника полюса;

где - высота полюса.

Определим магнитное поле и Н.С. для ярма.

Индукция в ярме;

где

- высота (толщина) ярма.

Отсюда

Напряженность магнитного поля в ярме по характеристикам намагничивания для стали 1211,[2];

Н_я = 800А/м

Н.С. для ярма;

где:

средняя длинна магнитной линии в ярме.

Отсюда:

Определим Н.С. на полюс, необходимую для создания основного потока;

Воспользовавшись данными таблицы 1 построим кривую намагничивания генератора, рисунок 1.

3 Определим коэффициент насыщения магнитной цепи;

4 Построим переходную магнитную характеристику генератора рис. 2, представляющую собой зависимость индукции в воздушном зазоре при холостом ходе от суммы Н.С. воздушного зазора и зубцов на один полюс.

Из таблицы 1 возьмем соответствующие данные и рассчитаем.

По переходной магнитной характеристике генератора определим размагничивающую Н.С. поперечной реакции якоря.

,

где, и - определим из рисунка 2;

b_δ – расчетное значение полюсной дуги;

А_а – линейная нагрузка на якорь -

5 Рассчитаем Н.С. обмотки возбуждения при номинальном режиме;

где 2F_o – Н.С. генератора на холостом ходу на пару полюсов, соответствующая магнитному потоку Ф_δн.

6 Определим число витков обмотки возбуждения на один полюс

где i_в – ориентировочное значение тока возбуждения равное 0,025хI_ан т.к. мощность генератора небольшая.

7 Вычертим развернутую схему обмотки якоря, для этого;

Рассмотрим тип обмотки.

Имеем: т=2, 2р=4, 2а=8, Z=K=28. При данных условиях симметрия соблюдаются т.к. 2а=2рт и т=2, а К/р =28/2=14 - четное число.

Исходя из вышеперечисленного, получаем симметричную двухходовую двукратнозамкнутую петлевую обмотку.

Рассчитаем шаги обмотки

Определим первый частичный шаг обмотки

Определим результатирующий шаг обмотки и шаг по коллектору.

y=y_k=+2 т.к. т=2.

Второй частичный шаг.

y₂=y - y₁=2 - 8= -6

По известным значениям шагов построим таблицу соединений секционных сторон обмотки.

1^й ход 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

обмотки 9’ 11’ 13’ 15’ 17’ 19’ 21’ 23’ 25’ 27’ 1’ 3’ 5’ 7’

2^й ход 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

обмотки 10’ 12’ 14’ 16’ 18’ 20’ 22’ 24’ 26’ 28’ 2’ 4’ 6’ 8’

Шаг уравнительных соединений первого рода.

y_п = К/р =28/2=14

Шаг уравнительных соединений второго рода.

Так как две равнопотенциальные точки обмотки удалены на одной стороне якоря на y_п= 14 элементарных пазов и принадлежат одному ходу обмотки, то выполнение уравнителей второго рода на одной стороне якоря невозможно. Для того чтобы уравнять потенциалы обмоток разных ходов необходимо соединить середину лобовой части секции 1 на стороне противоположной коллектору и коллекторную пластину 2. Уравнительное соединение второго рода достаточно одного, так как оно служит и уравнителем и для середины секции 15 и начала секции 16.

Уравнительное соединение второго рода являются одновременно и уравнителями третьего рода. Как видно из рис. 3 при движении коллектора щетка В1 сначала замкнет пластины 1-2 и тем самым левую половину секции 1, а затем пластины 2-3 – правую половину секции 1.

Литература

1. Вольдек А.И. Электрические машины - Л.: Энергия 1978 г.

2. Методические пособия по расчетам машин постоянного тока. ЮУрГУ

3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.1. Машины постоянного тока. Трансформаторы - Л.: Энергия 1972 г.