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 Рн
, 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 Da
, 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 якоряZ
|
29 |
| 13 | Глубина паза якоряhn
, мм |
27 |
| 14 | Ширина паза якоря bn
, мм |
10 |
| 15 | Число активных проводников N
|
290 |
| 16 | Число параллельных ветвей обмотки 2а
|
2 |
| 17 | Сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов при 15О
С ( Za + Z δ )15 0 , Ом |
0,073 |
| 18 | Наружный диаметр станины D
1 , мм |
516 |
| 19 | Внутренний диаметр станины D
2 , мм |
465 |
| 20 | Длинна сердечника главного полюса lm
, мм |
175 |
| 21 | Ширина сердечника главного полюса bm
, мм |
75 |
| 22 | Длинна станины l
я , мм |
345 |
| 23 | Коэффициент полюсной дуги αδ
|
0,64 |
| 24 | Коэффициент магнитного рассеяния σ
|
1,178 |
| 25 | Число пазов Z
|
28 |
| 26 | Число коллекторных пластин К
|
28 |
| 27 | Число полюсов 2р
|
4 |
| 28 | Число параллельных ветвей 2а
|
8 |
| 29 | Число простых обмоток m
|
2 |
Решение
1 Определим номинальный основной магнитный поток с учетом генераторного режима работы;([2]).
где,
Еан
=
U
н
+[
I
ан
*(
za
+
zδ
)75
o
+2∆
U
щ
]=230+[155*1,24*0,073+2*1]=246В.-ЭДС
при номинальном режиме;
(
za
+
zδ
)75
o
-
сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов при 75О
С =1,24
(
za
+
zδ
)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
δ
н
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
– 4хπх10-7
Гн/м -
магнитная проницаемость стали.
kδ
–
коэффициент зубчатости, равный
где t
1
–
зубцовое деление, равное
b
з1
–
ширина зуба в верхней части, равна
γ - коэффициент равный
отсюда
Из
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 kс
= 0,9 – коэффициенте заполнения пакета якоря сталью;
Так как вентиляционных канавок не предусмотрено lc
(длинна пакета стали)
=
la
Пазовый коэффициент у основания паза:
Определим напряженность магнитного поля по характеристикам намагничивания для стали 1211;
Для: Вз1
=1,4Т
намагниченность Нз1
=1580А/м
выбираемпо таблице намагниченности [2].
Вз2
=2,16Т
намагниченность Нз2
=66000А/м
выбираем по семейству кривых (рис 2-9[1]).
Взср
=1,71Т
намагниченность Нзср
=8200А/м
выбираемпо 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;
На
=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(Вп
>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];
Ня
=
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;
bδ
– расчетное значение полюсной дуги;
Аа
– линейная нагрузка на якорь -
5 Рассчитаем Н.С. обмотки возбуждения при номинальном режиме;
где 2
Fo
– Н.С. генератора на холостом ходу на пару полюсов, соответствующая магнитному потоку Фδн
.
6 Определим число витков обмотки возбуждения на один полюс
где i
в
– ориентировочное значение тока возбуждения равное 0,025х
I
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
=
yk
=+2
т.к. т=2.
Второй частичный шаг.
y
2
=
y
-
y
1
=2 - 8= -6
По известным значениям шагов построим таблицу соединений секционных сторон обмотки.
1й
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’
2й
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.