Учебная работа. Проектирование генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

3.1 Выбор типа обмотки якоря

Принимается обычная петлевая обмотка. Число пар параллельных веток обмотки якоря . При всем этом ток одной параллельной ветки

,

что не превосходит допустимых значений.

3.2 Расчёт обмотки якоря

Расчёт количественных соотношений обмотки и коллектора

Общее число проводников обмотки якоря

,

принимаем

Число витков в секции принимаем .

Принимаем число коллекторных пластинок на паз .

Число коллекторных пластинок при ,

Число пазов

количество пазов приходящееся на один полюс

.

Укорочение .

Шаг обмотки по пазам , из первого паза в девятый.

Шаг по коллектору .

Полное число проводников в пазу .

Проверяем условия симметрии. Для обычный петлевой обмотки отношение , равно целому числу и отношение является целым числом как следует, условие симметрии обмоток производится.

размеры провода обмотки якоря

Зубцовое деление по внешной поверхности якоря

.

Принимаем высоту паза .

Зубцовый шаг в основании зубца

.

Принимаем очень допустимую индукцию в основании зубца якоря .

Ширина основания зубца якоря

.

Ширина паза

.

Принимаем плотность тока в обмотке якоря .

Сечение меди обмотки якоря

.

Принимаем толщину изоляции в пазу.

Ширина изолированного провода

.

Избираем для производства обмотки прямоугольный провод марки ПШД. размеры неизолированного провода . Размеры изолированного провода .

Проверяем фактическую плотность тока в проводнике обмотки якоря

Принимаем длину лобовой части обмотки якоря .

Длина полувитка обмотки якоря

.

Сопротивление обмотки якоря при температуре и удельном сопротивлении меди

.

Размещение проводников в пазу

Размещение проводников в пазу показано на эскизе рис. 1 в согласовании с расчётной таблицей 1.

Табл. 1. — Расчёт размещения проводников в пазу

Наименование

По ширине паза мм

По высоте паза мм

Провод изолированный

Электрокартон 0,1 мм

Электрокартон 0,1 мм

Прокладка меж слоями

—

Клин текстолитовый

—

Шлиц паза

—

Допуск на шихтовку и укладку

0,07

0,4

Итого:

2,77

10,9

Уравнительные соединения

Шаг уравнительного соединения

либо (от первой коллекторной пластинки к 30 пятой).

Число уравнителей

.

Принимаем , соединение осуществляется через 3 ч 4 коллекторные пластинки в последующем порядке:

1-35-69-103; 4-38-72-106; 8-42-76-110; 11-45-79-113; 15-49-83-117; 18-52-86-120; 22-56-90-124; 25-59-93-127; 29-63-97-131; 32-66-100-134

Сечение меди уравнительного соединения

.

Для производства уравнителей принимаем круглый провод ПЭВ-2 поперечником 1,3/1,4 мм, сечением 1,327 мм2.

3.3 Расчёт доп размеров якоря

Принимаем магнитную индукцию в спинке якоря

Высота спинки якоря

Внутренний поперечник якоря

3.4 Коллектор и щётки

Коллектор

Принимаем поперечник коллектора .

Окружная скорость коллектора

Коллекторное деление

.

Принимаем толщину изоляции .

Ширина коллекторной пластинки

.

Заплечико коллекторной пластинки

,

таковым образом .

Щётки

Принимаем число щёточных болтов .

Принимаем плотность тока под щёткой .

Общая площадь щёточного контакта 1-го болта

.

Ширина щётки

,

принимаем .

Принимаем длину щётки (ГОСТ 12232-71) .

Принимаем угол наклона реактивного щёткодержателя .

Число щёток на один болт

,

принимаем .

Проверка плотности тока под щёткой

.

По выше рассчитанным характеристикам избираем щётки типа МГС-7 , .

Длина рабочей поверхности коллектора

.

Рис. 1. — Эскиз паза якоря

4. Расчёт магнитной цепи и построение свойства холостого хода

4.1 Расчёт магнитной цепи

Выбор материалов для производства магнитопровода

Магнитопровод генератора делается из последующих материалов:

— якорь — сталь Э21 шириной 0,5 мм, изоляция листов — оксидирование;

— полюсы — сталь Э шириной 0,5 мм, изоляция листов — оксидирование;

— корпус — сталь Э.

Разбиение магнитной цепи на участки

Эскиз магнитной цепи представлен на рис 2. Магнитная цепь разбита на 6 участков:

— Воздушный зазор;

— Зубцы якоря;

— Спинка якоря;

— Полюсы;

— Воздушный зазор меж полюсом и корпусом (стык);

— Корпус (ярмо).

Определение длин силовых линий

Длина силовой полосы в зубце

Средний поперечник якоря

.

Длина силовой полосы в спинке якоря

,

что отлично согласуется с эскизом магнитной цепи машинки Рис. .

Длина силовой полосы в полюсе .

Средний поперечник корпуса

.

Длина силовой полосы в корпусе

,

что отлично согласуется с эскизом магнитной цепи машинки рис. 2.

1

Рис. 2. — Эскиз магнитной цепи машинки

Определение зубцовых и пазовых коэффициентов, коэффициента воздушного зазора

Высота зубца .

Высота одной трети от малого сечения зубца

Поперечник окружности на высоте одной трети от малого сечения зубца

.

Величина зубцового деления на высоте одной трети от малого сечения зубца

.

Ширина зубца на высоте одной трети от малого сечения зубца

.

Зубцовый коэффициент на высоте одной трети от малого сечения зубца

.

Пазовый коэффициент на высоте одной трети от малого сечения зубца

.

Определяем

,

где — ширина шлица паза.

Тогда коэффициент воздушного зазора

Главный расчёт магнитной цепи генератора

Главный расчёт магнитной цепи генератора сведён в таблицу 2.

Табл. 2. — Расчёт магнитной цепи генератора

№ п/п

18

23

28,5

34

38

41

1

99,3103

127·103

157·103

187·103

209·103

226·103

2

4535

5795

7180

8570

9575

10330

3

** Для практических расчётов принимаем индукцию на одной трети высоты зубца от малого сечения равной средней индукции в зубце.

8750

11180

13850

16525

18470*** Определение реальной индукции в зубце якоря при её превышении 18000 показано на

4

6,00

10,0

20,3

45,0

119

205

5

6,54

10,9

22,1

49,1

130

223

6

7220

9225

11430

13635

15240

16440

7

4,25

6,55

11,1

19,1

29,1

44,0

8

10,6

16,3

27,6

47,6

72,5

110

9

286

366

453

541

604

652

10

303

393

503

638

807

985

11

119·103

152·103

189·103

225·103

251·103

271·103

12

8570

10950

13570

16185

18090

19515

13

3,76

5,87

8,47

24,0

97,4

204

14

13,2

20,5

29,6

84,0

341

714

15

7380

9430

11685

13940

15580

16810

16

2,88

4,51

6,60

8,84

15,0

40,1

17

13,9

21,8

31,9

42,7

72,5

194

18

17,1

21,9

27,1

32,4

36,2

39,0

19

44,2

64,2

88,6

159

450

947

20

347

457

592

797

1260

1930

Расшифровка строк таблицы:

1. Магнитный поток.

2. индукция в воздушном зазоре.

3. Индукция в зубце.

4. Средняя напряжённость поля в зубце.

5. Намагничивающая сила зубца.

6. индукция в спинке якоря.

7. Напряжённость поля в спинке якоря.

8. Намагничивающая сила спинки якоря.

9. Намагничивающая сила воздушного зазора.

10. Намагничивающая сила переходного слоя.

11. Магнитный поток в полюсе.

12. индукция в сердечнике полюса.

13. Напряжённость поля в сердечнике полюса.

14. Намагничивающая сила сердечника полюса.

15. индукция в ярме.

16. Напряжённость поля в ярме.

17. Намагничивающая сила ярма.

18. Намагничивающая сила стыка.

19. Суммарная намагничивающая сила сердечника, стыка и ярма.

20. Полная намагничивающая сила на один полюс при холостом ходе.

Определение реальной индукции в зубце якоря при её превышении 18000 производим по уравнению

,

где — магнитная проницаемость паза (воздуха), — расчётная индукция в зубце.

Для

—

Для

—

Определение реальной индукции в зубце якоря графическим способом показано на рис. 3.

Рис. 3. — Определение напряжённости поля в зубце якоря при индукции,

превосходящей величину 18000 Гс

4.2 свойства холостого хода

По результатам расчёта магнитной цепи генератора для нескольких значений магнитного потока, строим характеристику холостого хода рис. 4, и переходную характеристику рис. 5.

Рис. 4. — Черта холостого хода

Рис. 5. — Переходная черта

5. Определение магнитодвижущей силы (МДС) возбуждения при перегрузке

5.1 Определение поперечной реакции якоря

Зависимость линейной перегрузки от тока якоря определяется выражением

.

Зависимость намагничивающей силы якоря от тока якоря

.

Для определения поперечной реакции якоря строим на переходной характеристике кривую Рис. 5 при номинальном токе перегрузки, т. е. . Расчёты нужные для построения , сведены в таблицу 3.

Табл. 3. — Расчёт

304

100

-176

234

276

134

23,7

76,3

393

127

-153

237

280

110

28,3

98,7

503

157

-123

241

280

84

32,7

124

638

187

-80

246

267

59

34,7

152

807

209

-25

252

234

43

31,8

177

985

226

33

258

193

32

26,8

199

По рис. 6 определяем величину поперечной реакции якоря .

Рис. 6. — Определение поперечной реакции якоря

5.2 Расчёт обмотки возбуждения генератора

Определение полной магнитодвижущей силы и выбор регулятора напряжения

Определяем полную МДС возбуждения на один полюс при перегрузке

.

Избираем для совместной работы с генератором регулятор напряжения РН-180, со последующими чертами:

— Номинальное поддерживаемое напряжение ;

— наибольшая мощность угольного столба ;

— малое рабочее сопротивление угольного столба .

Определение характеристик катушки обмотки возбуждения

Малое сопротивление обмотки возбуждения

.

Наибольшее сопротивление обмотки возбуждения

.

Определяем число витков катушки возбуждения на одном полюсе

.

Избираем для катушки возбуждения провод ПЭВ-2 поперечником , поперечник изолированного провода , площадь сечения .

Определяем высоту катушки обмотки возбуждения

.

Принимаем толщину изоляционных прокладок .

количество проводников по высоте катушки

,

принимаем .

Число проводников по ширине катушки

Намотка катушки производится в шахматном порядке (коэффициент намотки ), ширина катушки (изолированной)

.

Средняя длина витка

.

Проверяем сопротивление обмотки возбуждения (удельное сопротивление меди при рабочей температуре )

.

,

сопротивление обмотки возбуждения находится в требуемых границах.

Плотность тока в обмотке возбуждения

** Величина плотности тока ниже рекомендуемой, но это упрощает термический режим работы машинки..

6. Проверка коммутации и расчёт доп полюсов

генератор неизменный ток якорь возбуждение

6.1 Проверка коммутации

Проверка ширины зоны коммутации

Приведённая к якорю ширина щётки

.

Приведённое к якорю коллекторное деление

.

Укорочение шага обмотки, выраженное в коллекторных делениях

Ширина зоны коммутации

Ширина коммутационной зоны не превосходит междуполюсного расстояния .

Расчёт величины реактивной ЭДС меж смежными коллекторными пластинами

Число витков в коммутируемой секции .

Окружная скорость якоря

.

размеры нужные для расчёта удельной магнитной проводимости паза берём из эскиза паза рис. 7.

— ;

— ;

— ;

— ;

— .

Рис. 7. — Эскиз паза для расчёта магнитной проводимости

Удельная магнитная проводимость паза

.

Ширина наконечника доп полюса

,

принимаем .

Воздушный зазор под доп полюсом

,

принимаем .

Коэффициент воздушного зазора доп полюса

.

Удельная магнитная проводимость головки зубца

.

,

принимаем .

Принимаем удельную магнитную проводимость бандажа.

Щёточное перекрытие коллекторных пластинок

,

принимаем . Определяем табличный коэффициент .

Коэффициент средней удельной проводимости

.

Реактивная ЭДС меж смежными коллекторными пластинами

.

Расчёт величины ЭДС от поперечного поля реакции якоря

индукция в зоне коммутации от деяния поперечной реакции якоря, приближённо

Э.Д.С. от поперечного поля реакции якоря при половинном числе доп полюсов

.

Проверка величины суммы реактивной ЭДС и ЭДС от поперечной реакции якоря

Сумма реактивной ЭДС и ЭДС от поперечной реакции якоря

,

что удовлетворяет условию обеспечения удовлетворительной коммутации.

6.2 Расчёт доп полюсов

размеры доп полюса

Индукция коммутирующего поля

.

Длину полюсного наконечника принимаем равной длине якоря .

Магнитный поток в воздушном зазоре доп полюса

.

Принимаем коэффициент рассеяния доп полюсов .

Магнитный поток в сердечнике доп полюса

.

Принимаем индукцию в сердечнике полюса .

Площадь поперечного сечения сердечника доп полюса

.

Принимаем длину сердечника доп полюса .

Ширина сердечника доп полюса

.

Высота доп полюса

.

Принимаем высоту полюсного наконечника доп полюса .

Определение намагничивающей силы обмотки доп полюса

Расчёт магнитной цепи доп полюсов сведён в таблицу 4.

Определение падения магнитного напряжения в цепи доп полюсов , производим по уравнениям:

;

.

Табл. 4. — Расчёт магнитной цепи доп полюсов

Элемент цепи

I

II

I

II

I

II

I

II

Сердечник доп полюса

61·103

61·103

10000

10000

5,03

5,03

3,47

17,4

17,4

Воздушный зазор под доп полюсом

38,1·103

38,1·103

5570

5570

—

—

0,1155

515

515

Зубцы под доп полюсом

—

—

10750

10750

9,18

9,18

1,09

10,0

10,0

Стык доп полюса

—

—

—

—

—

—

—

20

20

—

—

—

—

—

—

—

562

562

Воздушный зазор под основным полюсом

206·103

149·103

9405

6805

—

—

0,0791

595

431

Зубцы под основным полюсом

—

—

18150

13135

107

17,2

1,09

117

18,7

Сердечник головного полюса

256·103

195·103

17655

13450

75,0

8,37

3,50

263

29,3

Спинка якоря

113·103

74,5·103

16450

10845

44,2

9,32

1,35

59,7

12,6

Ярмо

143·103

82,0·103

17740

10175

79,0

5,18

4,83

382

25,0

Стык головного полюса

—

—

—

—

—

—

—

35,3

26,9

—

—

—

—

—

—

—

1450

-544

Намагничивающая сила головного полюса

—

—

—

—

—

—

—

-1050

1050

Намагничивающая сила доп полюса

962

1068

Индекс I значит, что расчёт ведётся по цепи «доп полюс — разноимённый основной», II — «доп полюс — одноимённый основной».

Потому что , то можно считать .

Расчёт обмотки доп полюса

Намагничивающая сила обмотки доп полюса

.

Принимаем число параллельных веток обмотки доп полюсов .

Число витков на одном доп полюсе

,

принимаем .

Принимаем плотность тока в обмотке доп полюсов .

Сечение меди обмотки доп полюсов

.

Система катушки — намотка «на ребро» из нагого прямоугольного провода марки МГМ, размером , площадью сечения , прокладки меж витками из электрокартона шириной и изоляция катушки также из электрокартона шириной . При всем этом ширина катушки , высота катушки

.

Средняя длина витка

.

Сопротивление обмотки доп полюсов при ()

.

6.3 Уточнение ЭДС генератора

Падение напряжения в обмотке якоря

.

Падение напряжения на обмотке доп полюсов

.

Падение напряжения в щёточном контакте .

ЭДС генератора

,

что фактически соответствует расчётному.

7. Определение полной и относительной активной и конструктивной массы генератора

7.1 Определение активной массы

Масса стали якоря

Поперечник начала паза .

Вес спинки якоря

Площадь паза

.

Масса стали зубцов якоря

Масса стали якоря

.

Масса стали корпуса и полюсов

Масса стали корпуса

.

Площадь поперечного сечения полюсного наконечника основного полюса

.

Площадь поперечного сечения сердечника основного полюса

.

Масса стали главных полюсов

Площадь поперечного сечения полюсного наконечника доп полюса

.

Площадь поперечного сечения сердечника основного полюса

.

Масса стали доп полюсов

Масса меди

Масса меди обмотки якоря

.

Масса меди обмотки возбуждения основных полюсов

.

Масса меди обмотки возбуждения доп полюсов

.

Полная масса меди генератора

.

Полная активная масса генератора

Полная активная масса стали генератора

.

Полная активная масса генератора

.

7.2 Полная масса генератора