5. Коммутационные параметры
Ширина коммутационной зоны
Для благоприятной коммутации необходимо выполнение соотношения
или 0,0134<0,0137,
условие выполняется.
Удельная магнитная проводимость пазового рассеяния овального паза
где
Среднее значение реактивной ЭДС в короткозамкнутой секции якоря
,
Среднее значение ЭДС поля якоря
Среднее значение результирующей ЭДС в короткозамкнутой секции обмотки якоря
Коммутация благоприятна, так как .
6. Магнитная система машины
Принимаем конструкцию магнитной системы проектируемого двигателя с отъёмными полюсами, представляющую собой внешнее сплошное ярмо, выполненное из Ст 3, к которому крепятся постоянные магниты в виде скоб с радиальной намагниченностью без полюсных наконечников; сердечник якоря выбран зубцовым и набран из пластин электротехнической стали 2013 ГОСТ 21427.2–83 толщиной 0,5 мм с оксидированным изоляционным слоем.
Длина воздушного зазора под полюсом
принимаем
Высота ярма якоря
где
Индукция в ярме якоря
Размеры станины
а) площадь поперечного сечения станины
где - коэффициент рассеяния магнитной системы;
б) осевая длина станины
в) высота станины
где – для сплошной станины
Предварительные размеры магнита при радиальном расположении в магнитной системе
а) длина магнита
здесь принимаем – толщина корпуса
б) высота магнита
в) ширина магнита
Магнитную цепь двигателя можно разбить на пять участков с приблизительно постоянной индукцией на каждом участке: ярмо статора, зубцы якоря, ярмо якоря, воздушный зазор, технологический зазор между ярмом статора и постоянным магнитом.
7. Выбор и расчёт постоянных магнитов
Для расчёта постоянных магнитов необходимо кривые намагничивания Ст 3 и электротехнической стали 2013 иметь в аналитической форме. Хорошее совпадение расчётной кривой и справочной кривой намагничивания даёт аппроксимация кривой намагничивания выражением
где - значение индукции на соответствующем участке магнитной цепи
Ас, Dc, Cc, βc – коэффициенты, их величина определяется для каждой кривой намагничивания.
Для упрощения расчётов принимаем, что все участки магнитной системы двигателя намагничиваются по основной кривой намагничивания
Ст 3 и 2013.
Для основной кривой намагничивания Ст 3 коэффициенты имеют следующие значения:
Ac=10,718; Dc=-6,931; Cc=610,718; βc=1,205.
Для основной кривой намагничивания электротехнической стали 2013 коэффициенты аппроксимирующего выражения имеют следующие значения:
Ac=0,05; Dc=0,05; Cc=10; βc=3,7.
Удельная магнитная энергия ярма статора
Удельная магнитная энергия зубцов якоря
Удельная магнитная энергия ярма якоря
Удельная магнитная энергия воздушного зазора
где
Удельная магнитная энергия воздушного зазора стыка между станиной и магнитом
где Тл
Объём ярма статора на один полюс
где принимаем
Объём зубцовой зоны якоря на один полюс
Объём ярма якоря на один полюс
Объём воздушного зазора на один полюс
где
Объём воздушного зазора стыка на один полюс
где δсm=0,045*10-3 м – для восьмого квалитета
Магнитная энергия, запасённая на участках магнитной цепи
Полная магнитная энергия магнитной цепи электродвигателя
Предварительный объём магнита на один полюс
Удельная магнитная энергия, отдаваемая постоянным магнитом объёмом во внешнюю цепь электродвигателя
Значение координаты рабочей точки постоянного магнита по напряжённости магнитного поля
где
По величине и полученному значению Выбираем марку магнита по справочным данным Ж /1/ марку магнита 15БА300
ГОСТ 24063 – 80 с параметрами:
Hd=100 ; Bd=0,15 Тл; Br=0,3 Тл.
Уточнённое значение напряжённости магнитного поля постоянного магнита в рабочей точке
Размагничивающее действие поля якоря
Определим действие поля якоря на положение рабочей точки магнита при прямолинейной коммутации и когда щётки находятся геометрической нейтрали.
а) напряжённость магнитного поля и индукции в рабочеё точке магнита
на сбегающем краю полюса
где
б) напряжённость магнитного поля и индукция в рабочей точке магнита на набегающем краю полюса
Удельная магнитная энергия участков магнитной цепи переходного слоя под сбегающим и набегающим краями полюса
где
где
где
где
где
где
Магнитная энергия переходного слоя магнитной цепи при размагничивающем действии поля якоря
Увеличение магнитной энергии переходного слоя от действия поля якоря
Требуемый объём магнита, обеспечивающий заданный магнитный поток при нагрузке
Уточнённое значение длины магнита
Отличие размера составляет 7,6%, что допустимо.
8. Потери и коэффициент полезного действия
Электрические потери в обмотке якоря
Электрические потери в щётках
Масса стали ярма якоря
Масса стали зубцов якоря
Магнитные потери в ярме якоря
где
– удельные потери, их значение берут из приложения И.
Магнитные потери в зубцах якоря
где
Потери в стали якоря
Механические потери в электродвигателе
а) потери на трение щёток о коллектор
где для щётки марки ЭГ2А: ; ;
б) потери в подшипниках
где ;
в) вентиляционные потери в стали
Полные механические потери в стали
Добавочные потери
Сумма потерь
Потребляемая двигателем мощность
Полезная мощность на валу электродвигателя
Коэффициент полезного действия электродвигателя
%
Рабочие характеристики электродвигателя
Магнитный поток и магнитная индукция в воздушном зазоре при расчёте рабочих характеристик по величине принимаются постоянными, так как
то есть размагничивающее действие реакции якоря при номинальной нагрузке незначительное.
Результат расчёта рабочих характеристик электродвигателя приведены таблице 1.
В режиме холостого хода
Р2=0
М=0
η=0
n0=3928
I0=0,156
P0=17,111
Таблица 1
|
Расчётная величина |
Ед. изм. физ. вел. |
0,25*I |
0,5*I |
0,75*I |
0,9*I |
0,95*I |
1*I |
1,1*I |
1,2*I |
|
I |
А |
0,156 |
0,577 |
1,153 |
1,73 |
2,076 |
2,307 |
2,537 |
2,768 |
|
ΔUщ |
В |
0,175 |
0,65 |
1,3 |
1,95 |
2,34 |
2,6 |
2,86 |
3,12 |
|
ΔU=I*Ra+ + ΔUщ |
В |
1,9 |
6,9 |
13,8 |
20,7 |
24,8 |
27,6 |
30,3 |
33,1 |
|
E=Uном-ΔU |
В |
108,6 |
102,8 |
95,8 |
88,8 |
84,5 |
81,7 |
78,9 |
76 |
|
Вδ |
Тл |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
|
Фδ |
10-4 Вб |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
|
об/мин |
3911 |
3724 |
3468 |
3021 |
3058 |
2956 |
2854 |
2754 |
|
|
f2 |
Гц |
130,4 |
124,4 |
116,1 |
107,7 |
102,8 |
99,4 |
96,1 |
92,8 |
|
Va |
м/с |
11,88 |
11,33 |
10,57 |
9,82 |
9,36 |
9,06 |
8,760 |
8,45 |
|
Vк |
м/с |
10,34 |
9,87 |
9,21 |
8,55 |
8,15 |
7,89 |
7,63 |
7,36 |
|
Рэ а |
Вт |
0,3 |
3,6 |
14,4 |
32,4 |
46,6 |
57,6 |
69,7 |
82,9 |
|
Рэ щ |
Вт |
0 |
0,4 |
1,5 |
3,4 |
4,9 |
6 |
7,3 |
8,6 |
|
Рс |
Вт |
11,8 |
11 |
9,9 |
8,9 |
8,2 |
7,8 |
7,5 |
7,1 |
|
Р мх |
Вт |
8,5 |
8 |
7,3 |
6,7 |
6,3 |
6 |
5,8 |
5,6 |
|
Вт |
0,2 |
0,6 |
1,3 |
1,9 |
2,3 |
2,5 |
2,8 |
3 |
|
|
Вт |
20,8 |
23,7 |
34,7 |
54 |
69,6 |
81,66 |
94,6 |
109,54 |
|
|
Р1=Uном*I |
Вт |
17,1 |
63,43 |
126,87 |
190 |
228,36 |
253,76 |
279,1 |
304,48 |
|
Вт |
0 |
39,819 |
92,5 |
137,1 |
160 |
173,7 |
186,1 |
197,3 |
|
|
Н*м |
0 |
0,102 |
0,254 |
0,406 |
0,497 |
0,557 |
0,618 |
0,678 |
|
|
% |
0 |
62,77 |
72,89 |
72,05 |
70,08 |
68,47 |
66,69 |
64,78 |
По данным таблицы 1 строим при U=Uном рабочие характеристики и для заданного значения полезной номинальной мощности Pном=170 Вт определяем номинальные значения Iном=2,307; Мном=0,557 Н*м; nном=2956 об/мин; ηном=68,47%.
Кратность пускового момента
Электромеханическая постоянная времени электродвигателя
где
9. Тепловой расчёт электродвигателя
Превышение температуры якоря над температурой окружающей среды при кратковременном режиме работы электродвигателя
,
где
Условие выполняется, так как .
Таким образом, превышение температуры обмотки якоря ниже предельного допустимого значения температуры для класса изоляции «F».
Заключение
В данном курсовом проекте мною приведен аналитический расчет коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов, позволяющий получить заданные технические параметры при лимитированном габарите и заданном тепловом режиме электродвигателя.
Список использованных источников
1. Ерунов В.П. Расчет коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности с возбуждением постоянными магнитами: Учебное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. – Оренбург: ОГУ, 2002. – 109 с.
Страницы: 1, 2
