Потери на трение якоря о воздух при скорости вращения до 12000 об/мин
2∙ 0,0733∙30003∙0,044∙10-6=0,92 Вт.
Масса стали спинки ярма якоря по (10.103) [2]
7800××(( 0,073-2×0,02)2-0,0152)×0,044 ×0,95/4= 0,22 кг
Условная масса стали зубцов якоря по (10.101) [2]
7800×26× 0,0031 ∙0,02× 0,044 ×0,95= 0,53 кг
Магнитные потери в ярме якоря
б) 2,3×1,75×( 50/50)1,4× 1,272× 0,22=1,43 Вт,
где p1,0/50=1,75 Вт/кг, по табл 6-24 [2] для стали 2312.
Магнитные потери в зубцах якоря
2,3×1,75×( 50/50)1,4× 1,362× 0,53=3,95 Вт,
Добавочные потери
Сумма потерь
81,5+ 28,6+5,5+1,5+7,2+0,92+3,95+1,43+5,72 =136 Вт.
Потребляемая мощность
Коэффициент полезного действия по (8-97) [2]
3.14 Рабочие характеристики
Для построения рабочих характеристик двигателя при номинальном напряжении и токе возбуждения принимаем, что потери холостого хода с нагрузкой практически не изменяются и составляют:
1,5+7,2+0,92+3,95+1,43=15,00 Вт.
МДС поперечной реакции якоря для нескольких значений тока якоря позволяют представим зависимостью от тока I в виде (п.12-14 [3]):
=66×/ 2,21А.
МДС стабилизирующей обмотки возбуждения для нескольких значений тока якоря представим зависимостью от тока I в виде :
=66,3×/ 2,21А.
Продольная коммутационная МДС якоря на один полюс представим зависимостью от тока I
0,5∙11978∙(/ 2,21)3∙ 0,0117/((6,126+(1,167+1) / 2,21))∙(1+0,2∙3,14∙0,115/(0,015∙ 6,638))=11,20∙/(6,126+0,98) .
Задаваясь током якоря IТ, определяем ЭДС обмотки якоря:
б)220-×16,69-2,5, В.
Вычисляем результирующую МДС возбуждения:
329-66×/ 2,21+66,3×/ 2,21+11,20∙/(6,126+0,98 ), А.
По значению программа автоматически находит из кривой холостого хода черт. РР1 удельную ЭДС якоря:
, .
Определяем скорость вращения якоря
, об/мин.
Ток якоря при холостом ходе
Вычисляем ток двигателя:
IТ+0,13 A.
Потребляемая мощность двигателя
220×(IТ+0,13) Вт.
Полезная мощность на валу двигателя
(220-×16,69-2,5) -15,00-5,72×( 2,6/ /+0,13)2 , Вт.
Коэффициент полезного действия
.
Вращающий момент
, Н×м.
Результаты расчетов, по пп.15.1-15.12 для ряда значений тока якоря IТ, сведены в табл. 3.4, рабочие характеристики двигателя приведены на черт РР1.
Таблица 3.4 Рабочие характеристики двигателя
|
, |
n,
|
|
|
|
h |
|
||||
|
0,13 |
0,07 |
216,3 |
329 |
3287 |
0,07 |
44 |
0 |
|||
|
0,13 |
0,5 |
208,9 |
329 |
3165 |
0,50 |
139 |
89 |
|||
|
0,13 |
0,7 |
205,5 |
329 |
3123 |
0,70 |
183 |
128 |
|||
|
0,13 |
0,8 |
203,8 |
329 |
3097 |
0,80 |
205 |
147 |
|||
|
0,13 |
0,9 |
202,1 |
329 |
3071 |
0,90 |
227 |
166 |
|||
|
0,13 |
1 |
200,4 |
329 |
3046 |
1,00 |
249 |
184 |
|||
|
0,13 |
1,1 |
198,6 |
329 |
3018 |
1,10 |
271 |
202 |
|||
|
0,13 |
1,15 |
197,8 |
329 |
3006 |
1,15 |
282 |
211 |
|||
|
0,13 |
1,24 |
196,2 |
329 |
2982 |
В результате расчета и построения рабочих характеристик двигателя установлены номинальные значения:
=400 Вт; =1,24 А; =3000 об/мин; =0,725 Hм;
= 0,13 А; =0,751 ; = 1,24 A;
В табл..3.5 приведены рабочие характеристики двигателя (некоторые из них рассчитаны в относительных единицах) для автоматизированного построения на рис.3.8 при помощи редактора Exel. За базовые величины приняты номинальные значения, приведенные выше.
Таблица 3.5 Рабочие характеристики двигателя в относительных единицах
|
, |
n,
|
|
|
|
h |
|
||||
|
0,13 |
0,07 |
216,3 |
0,0658 |
1,102 |
0,06 |
0,149 |
0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
0,13 |
0,5 |
208,9 |
0,066 |
1,061 |
0,40 |
0,458 |
0,395 |
0,64 |
0,371034 |
|
|
0,13 |
0,7 |
205,5 |
0,0658 |
1,047 |
0,56 |
0,603 |
0,568 |
0,699 |
0,54069 |
|
|
0,13 |
0,8 |
203,8 |
0,0658 |
1,039 |
0,65 |
0,684 |
0,652 |
0,717 |
0,626207 |
|
|
0,13 |
0,9 |
202,1 |
0,0658 |
1,030 |
0,73 |
0,757 |
0,734 |
0,731 |
0,713103 |
|
|
0,13 |
1 |
200,4 |
0,0658 |
1,021 |
0,81 |
0,829 |
0,815 |
0,739 |
0,797241 |
|
|
0,13 |
1,1 |
198,6 |
0,0658 |
1,012 |
0,89 |
0,902 |
0,894 |
0,745 |
0,884138 |
|
|
0,13 |
1,15 |
197,8 |
0,0658 |
1,008 |
0,93 |
0,938 |
0,933 |
0,748 |
0,926897 |
|
|
0,13 |
196,2 |
1,00 |
1,001 |
1,010 |
0,751 |
1,00 |
3.15 Тепловой расчет
Тепловой расчет выполняется согласно п. 10.11 [2] для оценки тепловой напряженности машины и приближенного определения превышения температуры отдельных частей машины.
Для приближенной оценки тепловой напряженности машины необходимо сопротивления обмоток привести к температуре, соответствующей заданному классу изоляции; при классе нагревостойкости В сопротивления умножаются на коэффициент 1,15 .
Расчетные сопротивления:
обмотки якоря
обмотки паралельного возбуждения
стабилизирующей обмотки последовательного возбуждения
Потери в обмотках:
Коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности якоря (по рис.10.29) [2] при 3000∙ 0,073=219 (об/мин)∙м 90 .
Превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря над температурой воздуха внутри машины определяется по (10.133) [2]:
(29,5(2×0,044/0,25)+3,95+1,43)/
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря определяется по (10.135) [2]:
a) периметр поперечного сечения паза по по (10.124) [2]:
2∙19 + 0,0055+ 0,0009= 0,0444 м;
б) перепад температуры
29,5×(2×0,044/0,25)/(26× 0,0444×0,044)∙∙(( 0,0055+ 0,0009)/(16×1,4)+0,0005 /0,16)= 0,70,
где 1,4
Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины определяется из (10.134), (10.125) [2]:
29,5×(1-2×0,044/0,25)/(× 0,073×2×(0,2×0,115)× 90)= 10 ,
где 90 - коэффициент теплоотдачи с лобовых поверхностей обмотки якоря по рис. 10.29 [2] при 3000∙ 0,073=219 (об/мин)∙м; 0,023 м - вылет лобовых частей обмотки якоря.
Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря определяется из:
б) 29,5×(1-2×0,044/0,25)×0,02/ (2×26×0,0444×8×1,4)= 0,015 .
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой воздуха внутри машины определяется из (10.138) [2]:
17+ 0,70)∙ ×2×0,044/0,25+( 10+ 0,015)×(1-2×0,044/0,25)= 13
Сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объем двигателя воздухом, согласно (10.120) [2],
Условная поверхность охлаждения двигателя определяется из (10.137) [2]:
2∙(0,169+0,186) ∙(0,044+2×0,023)=0,064 м2,
Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя, согласно (8-142) [2]:
а) Коэффициент подогрева воздуха, (рис. 10.30) [2], при 3000∙ 0,073=219 (об/мин)∙м 625 .
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды
Превышение температуры наружной поверхности обмотки возбуждения над температурой воздуха внутри машины:
а) периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения обмотки возбуждения ПВ определяется по эскизу междуполюсного окна; определяют длины участков контура поперечного сечения обмотки; поверхности, прилегающие к сердечнику главного полюса, не учитываются 0,08 м.
б) наружная поверхность охлаждения катушки обмотки возбуждения:
в) потери мощности ,отводимые охлаждающим внутрение обьёмы машины воздухом ( ориентировочно принимаем 90%):
г) коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки возбуждения (рис. 10.29) [2] при 3000∙ 0,073=219 (об/мин)∙м 42 .
Перепад температуры в изоляции катушки:
а) средняя ширина катушки обмотки возбуждения ,определяется по сборочному чертежу двигателя, =0,024 м;
б)89,2/(2×0,002)( 0,024 /(8×1,4)+ 0,00000/0,16)= 75,7 ,
где - часть теплоты катушки обмотки возбуждения, передаваемая через полюс.
1,4
принимаются, как и для изоляции обмотки якоря.
Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды
Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя:
а) поверхность теплоотдачи коллектора
б) коэффициент теплоотдачи с поверхности коллектора (по рис. 10.31) [2] для окружной скорости коллектора =6,28 м/с 150 .
в)=( 5,5+1,5)/(0,001130×150)= 41 .
Среднее превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей среды (при входе охлаждающего воздуха со стороны коллектора) по (10.150) [2]
Таким образом, среднее превышение температуры обмотки якоря 16,2 , обмотки возбуждения 609,9 , коллектора 44,2 над температурой охлаждающей среды, что ниже предельных допускаемых значений для класса изоляции В 90 (130-40).
3.16 Вентиляционный расчет
Вентиляционный расчет выполняется приближенным методом. Метод заключается в сопоствлении расхода воздуха, необходимого для охлаждения для охлаждения двигателя, и расхода, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя.
Рассчитаем для двигателя аксиальную систему вентиляции.
3.16.1.Необходимое количество охлаждающего воздуха по (8-354) [1]:
a) - превышение температуры воздуха;
б)126,17/(1100×6,4)=0,018 м3/с,
где - сумма потерь, отводимых, охлаждающим внутренний объем машины, воздухом.
3.16.2. Расхода воздуха, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя со степенью защиты IP22 определяем по эмпирической формуле (8.355) [1].
3.16.3. Коэффициент для двигателя с = 1,1
0,11,1∙3000∙ 0,0732/100=0,018 м3/с.
Система охлаждения двигателя обеспечивает необходимый расход воздуха.
Заключение
1. В результате расчетов получены следующие номинальные харак теристики двигателя постоянного тока:
|
Мощность, Вт |
400 |
|
Номинальное напряжение, В |
220 |
|
Ток якоря, А |
1,24 |
|
КПД, о.е. |
0,746 |
|
Частота вращения, об/мин |
3000 |
|
Момент на валу, Нм |
0,725 |
|
Ток обмотки возбуждения, А |
0,13 |
|
Потребляемая мощность, Вт |
301 |
2. Среднее превышение температуры обмотки якоря 16,2 , обмотки возбуждения 609,9 коллектора 44,2 над температурой охлаждающей среды, что ниже предельных допускаемых значений для класса изоляции В 90 (130-40).
3.Необходимое количество охлаждающего воздуха 0,018 м3/с. Система охлаждения двигателя обеспечивает необходимый расход воздуха.
Список используемых источников
1. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов. - В 2-х кн.: кн. 1 /И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др; Под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатомиздат, 1993. -464 с.
2. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов. - В 2-х кн.: кн.2 /И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др; Под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатомиздат, 1993. -384 с.
3. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин.-М.: Энергия, 1969.-632 с.
4. . Ермолин Н.П. Расчет коллекторных машин малой мощности. Л.: Энергия. 1973. – 216 с.
5. Справочник по электрическим машинам/ Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. Т.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.
