Завдання № 5

Машини постійного струму (МПС)

1) Для 4-х полюсного двигуна постійного струму (ДПС) з паралельною обмоткою збудження і з хвильовою обмоткою на якорі розрахувати магнітний ланцюг, побудувати характеристику намагнічування Ф_δ= f(F_S) і графічно визначити коефіцієнт насичення магнітного ланцюга.

Двигун виконано без стабілізуючої і компенсаційної обмоток. Виконання по ступеню захисту IP22 (каплезахищене); за способом охолоджування – самовентиляція (ICO1). Режим роботи – тривалий (S1). Ізоляція класу нагревостойкости В. Коефіцієнт розсіяння головних полюсів s_ГП= (1,05 ¸ 1,2).

Матеріал ділянок магнітного ланцюга:

- станина – сталь Ст 3

- головні полюси – 3411 (тонколистова анізотропна холоднокатана електротехнічна сталь, завтовшки 1мм), коефіцієнт заповнення сталлю К_с = 0,97;

- якір – 2211 або 2312 (тонколистова ізотропна холоднокатана електротехнічна сталь завтовшки 0,5 мм з лаковим покриттям). Коефіцієнт заповнення сталлю пакету якоря k_са = 0,95.

Прийняти, що висота осі обертання якоря дорівнює діаметру якоря h = D_a, м.

Величину повітряного зазору між головним полюсом і станиною прийняти

L_СП = (0,1 ¸ 0,2)*10^-5 м.

Значення напруженості магнітного поля для різних сталей приведено в таблицях Додатків 2-4 ціх методичних вказівок або в інших джерелах, наприклад, в таблицях П-18, П-25, П-27 [5]. Решта даних приведена в таблиці 4, де прийняті наступні позначення:

- Р_2ном, кВт - номінальна потужність ДПС;

- U_aH, В – номінальна напруга ДПС;

- n _ном, об/хв. – номінальна частота обертання;

- h_ном,% - номінальне значення ККД;

- I_воз *, о.е. – відносне значення струму збудження в долях від І_аном .

- А, А/м – лінійне навантаження якоря;

- В_d, Тл – індукція магнітного поля в повітряному зазорі;

- a_пол, в.о. - розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги, (a_пол = 0,64 – 0,70);

- 2р – число полюсів;

- D_а, м - діаметр якоря.

В таблиці 6 наведені початкові (бо можливе коректування) значення діаметру якоря.

Таблиця № 6. Дані для розрахунку ДПС

Варіант	Р2ном, кВт	Uаном, В	n ном, хв.-1	hном,%	Iвоз*, в.о.	А, А/м (*103)	Вd , Тл	aпол , в.о.	Da, м
	3,0			80,0	0,022		0,68	0,65	0,100
	4,5			79,0	0,025		0,71	0,64	0,100
	5,5			84,0	0,020		0,70	0,65	0,125
	7,5			85,0	0,022		0,76	0,65	0,150
	11,0			84,0	0,022		0,78	0,64	0,150
	15,0			82,0	0,020		0,78	0,66	0,180
	18,5			83,0	0,022		0,80	0,65	0,180
	20,0			84,5	0,023		0,80	0,66	0,200
	22,5			84,0	0,024		0,78	0,64	0,180
	25,0			83,5	0,025		0,72	0,65	0,180
	27,5			82,5	0,025		0,76	0,64	0,225
	30,0			80,5	0,023		0,70	0,65	0,225
	32,5			79,0	0,025		0,74	0,64	0,225
	35,0			80,0	0,025		0,76	0,65	0,200
	37,0			79,0	0,023		0,78	0,64	0,225
	40,0			80,5	0,025		0,76	0,69	0,225
	42,5			79,0	0,025		0,78	0,70	0,200
	45,0			79,5	0,022		0,79	0,71	0,225
	50,0			82,4	0,021		0,80	0,72	0,250
	55,0			83,2	0,020		0,78	0,72	0,250
	60,0			83,5	0,025	35	0,72	0,64	0,280
	10,0			84,0	0,022		0,78	0,64	0,150
	15,0			82,0	0,020		0,78	0,66	0,180
	18,5			83,0	0,022		0,80	0,65	0,180
	20,0			84,5	0,023		0,80	0,66	0,200
	22,5			84,0	0,024		0,78	0,64	0,180

 

2) Які бувають схеми включення обмоток збудження в ДПС? Намалюйте їх принципові електричні схеми. Для яких приводів використовують ДПС з кожним з варіантів схем включення обмоток збудження, наведіть приклади.

3) Для кожного з можливих варіантів включення обмоток збудження дайте відповідь на питання:

- як регулювати частоту обертання двигуна?

- як виконати реверс двигуна?

- які бувають способи гальмування електродвигунів?

Відповіді ілюструйте схемами.

Етапи розрахунку ДПС можна поділити на розділи, які наведено нижче:

1. Вибір головних розмірів. На цьому етапі треба виконати розрахунки, результати яких можна оцінити по отриманому значенню коефіцієнту λ = l_а /D_а.

1) Якщо коефіцієнт λ = l_а /D_а ≤ 0,7, то треба зменшити величину діаметра якоря, перерахувати (або обрати знов) лінійне навантаження, індукцію в повітряному зазорі, довжину активної сталі якоря l_а. Потім знов перерахуйте значення коефіцієнту λ.

2) Якщо λ = l_а /D _а ≥ 1,2, то треба збільшити величину діаметра якоря та знову виконати розрахунок:

1. Струм двигуна (повний) , де P_н - в кВт, h - в в.о.

2. Приймаємо струм в паралельній обмотці збудження i_в = (0,02 – 0,025)I_н, тоді струм, який протікає по обмотці якоря, I_a = (0,975 – 0,98)I_н = І_Н ^- i_в, А.

3. Електромагнітна потужність , де h - в %.

4. Діаметр якоря для 4-х полюсних машин звичайно дорівнює висоті оси обертання

D_а = h, мм.

Пам’ятайте, що значення діаметра якоря не випадкове число, а встановлюється Державним стандартом (ряд переважних чисел: D_а = 71; 90; 100; 112; 125; 132; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 315; 355 мм).

5. Значення лінійного навантаження якоря А = f(D_a), А/м та індукції в повітряному зазорі В_d, Тл, (0,7 £ В_d £ 1,0 Тл), вибираємо із таблиці № 6 цих методичних вказівок та порівнюємо з рекомендаціями додатку 6 і рис. 5.

6. Розрахунковий коефіцієнт полюсної дуги a_пол, в.о., (0,6 £ a_d£ 0,7), задано в табл. 6 методичних вказівок та порівняйте з рис. 4.

7. Розрахункова довжина якоря (попередньо) .

Рис. 4. Залежність а_δ = f(D).

 

Вважаємо, що радіальних вентиляційних каналів немає.

9. Перевіримо величину відношення довжини магнитопровода якоря до його діаметру

, (0,7 £ l £ 1,2).

10. Полюсне ділення

11. Розрахункова ширина полюсного наконечника в_d = a_d*t, м

12. Дійсна ширина полюсного наконечника при ексцентричному повітряному зазорі дорівнює розрахункової ширині в_р = в_d , м.

Рис. 5. Залежність індукції в повітряному зазорі від діаметра якоря.

 

В невеликих машинах, які проектують студент, компенсаційна обмотка не встановлюється, а для боротьби з спотворюючою дією потоку реакції якоря на головне поле машини застосовують ексцентричну форму повітряного зазору.

2. Вибір обмотки якоря треба починати з простої хвильової, тому що для неї не потрібно встановлювати зрівнювачі першого роду.

13. Визначимо струм паралельної гілки обмотки якоря, прийнявши заздалегідь просту хвильову обмотку, тобто обмотку, у якої дві паралельні гілки (а=1)

Орієнтовно, якщо струм паралельної гілки не вище 500 А, то можна зупинитися на простій хвильовій обмотці. Якщо струм вищий, до 1400 А, то слід прийняти просту хвильова обмотку (2а = 2р) або жаб'ячу обмотку (2а = 2р). Слід пам'ятати, що якщо прийнята проста хвильова обмотка, слід розрахувати зрівнювачі 1 роду з розрахунку 1 штуку на паз, перетином 10% від перетину провідника обмотки якоря. Конструктивно слід розміщувати зрівнювачі з боку колектора. Проте, остаточно зробити висновок про правильність вибору обмотки можна, тільки визначивши, що:

1) величина міжламельної напруги (напруги між сусідніми колекторними пластинами)

DU_к £ 18 В, де DU =2pU_н/к, В.

2) товщина колекторної пластини Dt_к ³ 3 мм.

Якщо не виконується хоч би одна з приведених умов, то слід прийняти інший тип обмотки: від простій хвильової перейти до простій петльової і всі розрахунки повторити.

14. Попереднє загальне число ефективних провідників

Враховуючи, що при будь-якій схемі обмотка якоря двошарова, число N повинне бути парним і цілим. Тому, яке б число не показав Вам калькулятор, округляйте його до найближчого парного (більшого або меншого) числа.

15. Крайнє число пазів якоря вибираємо з урахуванням приведених в табл. 7 значення зубцового ділення t_{1 min} і t_{1 max}

Приймаємо Z з інтервалу (Z_min¸ Z_max).

16. Число ефективних провідників в пазу N_n = N^/ / Z

Таблиця 7. Орієнтовні значення зубцового ділення якоря.

Висота осі обертання, h, мм	80 ÷ 200	225÷315	355÷500
Зубцеве ділення, (t1min ¸t1max), мм	10 ÷ 20	15÷35	18 ÷ 40

 

Уточніть значення N після округлення N_п: N = N_пZ

17. Вибираємо форму паза якоря:

- напівзакритий, овальної форми, з паралельними сторонами зубця, рис. 6 Такі пази застосовуються при діаметрах якоря до 200 мм (h £ 200мм). Обмотка якоря таких машин виконується всипною з емальованих мідних провідників круглого перетину, які легко можна укласти в пази через порівняно вузькі шліци.

Рис. 6. Напівзакриті пази овальної форми

з паралельними сторонами зубців.

При потужності машини понад 30 кВт, що звичайно відповідає висоті осі обертання h>200мм, обмотки якоря виконуються з прямокутного обмотувального дроту у вигляді формованих жорстких секцій. Всі секції, що належать одній котушці, ізолюються загальною пазовою ізоляцією.

Секції укладають у відкриті пази прямокутної форми, що забезпечує хороше використання площі паза і знижує трудомісткість обмотувальних робіт, рис. 7.

18. Число колекторних пластин К для різних значень U_п- числі провідників обмотки якоря, лежачих по ширині паза при прямокутних пазах або лежачих в одному шарі в пазу при всипних обмотках, вибираємо, порівнюючи варіанти по формі, представленій в табл. 8.

Число порівнюваних варіантів може бути від 3-х 5. Вибрати потрібно той варіант, який забезпечить ціле число витків в секції обмотки якоря і бажано менше, а також значення про що було вже сказано вище. Число витків в обмотці якоря

Рис. 7. Відкриті пази з паралельними стінками при кріпленні обмоток клинами.

 

Таблиця 8. Вибір варіантів параметрів обмотки якоря

№ п/п	Un = K/Z	K = Un*Z	Wc = N/2K	ΔUK = 2pU/K, B
...	...

 

19. Уточнимо значення лінійного навантаження (воно не повинне відрізнятися від прийнятого раніше більше, ніж на 10%)

Коректуємо довжину активної сталі якоря :

20. Зовнішній діаметр колектора знаходиться в межах

На одержаному інтервалі слід вибрати одне значення, яке входить в переважний ряд чисел (ДержСТ 19780-84): 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355 мм

Окружна швидкість колектора

Колекторне ділення t_к ³ 3 мм.

21. Повний струм паза, де допустиме значення I_а £ 1500 А.

Попереднє значення щільності струму в обмотці якоря де значення () приймаємо по додатку 5 (права вісь ординат).

Попередній перетин ефективного провідника

Набуте значення слід порівняти із значеннями площ перетинів провідників з таблиці Д 6.1. додатку 6, якщо форма паза овальна і провідники мають круглий перетин, або з таблиці Д 6.2 додатку 6, якщо пази прямокутні і провідники прямокутні. Для свого розрахунку вибираємо найближче стандартне значення перетину дроту. Якщо перетин більше значень перетинів, приведених в таблиці Д 6.1 або Д 6.2, то слід підрозділити на декілька елементарних провідників

так, щоб =