САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Электротехника»
Контрольная работа по дисциплине
«Электрические машины и электропривод»
на тему «Машины постоянного тока»
Вариант - 80
Выполнил: студент группы ПС-33
Сидруева А.А.
Проверил: преподаватель
Буштрук Т. Н.
Самара 2015
Расчет размеров и магнитных характеристик магнитной цепи МПТ
Содержание
1. Введение…………………………………………………………………………………………….……3
2. Исходные данные…………………………………………………………………………………...4
3. Расчет размеров зубцовой зоны якоря…………………………………..……………..5
4. Расчет размеров воздушного зазора под главным полюсом……………….9
5. Расчет размеров сердечника главного полюса…………………………………….10
6. Расчет размеров спинки якоря………………………………………….……………….....10
7. Расчет размеров ярма……………………………………..……………………………..……..11
8. Расчет магнитных характеристик………………………………………………….……….12
9. Расчет МЦ в программе ротор…….............................................................14
10. Вывод……………………………………………………………………………………………………...15
11. Библиографический список……………………………………………………………………16
12. Приложение 1………………………..……………………………………………………………….17
ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины постоянного тока (генераторы и двигатели) широко применяют в производстве, городском и железнодорожном транспорте, электроприводах. Основное достоинство двигателей постоянного тока в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов. Электрические двигатели постоянного тока применяют в качестве тяговых двигателей на электрическом транспорте и для привода различных производственных установок.
|
Свойства машин постоянного тока (двигателя и генератора) определяется размерами и свойствами элементов магнитной цепи МПТ.
При проектировании МПТ необходимо определить зависимость основного магнитного потока Фd от тока возбуждения. Эту задачу решают расчетом магнитной цепи машины при холостом ходе, когда ток якоря lа =0 [1,2].
Для автоматических расчетов магнитных характеристик МЦ МПТ используется специальное программное обеспечение ротор.
Цель контрольной работы – закрепить знания и навыки, полученные на практических, лабораторных и лекционных занятиях по дисциплине «Электрические машины и электропривод». Задание на контрольную работу содержит расчет по машинам постоянного тока и электроприводу.
2. Исходные данные:
Значении потока в воздушном зазоре Фd= Фdном
Значения магнитной индукции Ва .ном= (1,3÷1,5) Тл;
В я. ном= (1,0÷1,2) Тл; Вm. ном= (1,4÷1,6) Тл.
Коэффициент (электротехническая сталь толщиной 0,5 мм) K ст= 0,98
Значение магнитной проницаемости m0= 1,256×10 -6.
Диаметр якоря Da = 245 мм.
Активная длина якоря lа = 245 мм.
Число пар полюсов р = 2.
Расчетный коэффициент полюсной дуги а d= 0,64.
Отношение t 1 /bz3 =3,2.
Воздушный зазор d = 2,5 мм.
Высота паза hz = 32 мм.
Высота главного полюса hm = 65 мм.
Коэффициент магнитного рассеяния s = 1,17.
Тип обмотки – петлевая.
Число пазов якоря Z = 30.
Напряжение питания U = 330В
Угловая скорость n = 1300об/мин
Расчет размеров зубцовой зоны якоря
Длину зубцовой зоны определяют по формуле, м,
|
lz = laK ст = 0,245*0,98 = 0,2401 м.
Зубцовый шаг в верхнем сечении зуба, м,
t 1 = p Da / z = 3,14*0,245/30 = 0,025 м.
Зубцовый шаг в нижнем сечении зуба, м,
t 3 = p(Da – 2 hz) / z = 3,14*(0,245-2*0,032)/30 = 0,018 м.
Ширина зуба в нижнем сечении, м,
bz 3 = t 1 / (t 1 / bz 3) = 0,025/3,2 = 0,00781 м.
Определяем ширину паза, м,
b п = t 3 – bz 3 = 0,018-0,007 = 0,011 м.
Ширина зуба в верхнем сечении, м,
bz 1 = t 1 – b п = 0,025-0,011 = 0,014 м.
Ширина зуба в среднем сечении, м,
bz 2 = 0,5(bz 1 + bz 3) = 0,5*(0,014+0,007) = 0,03 м.
Зубцовый шаг в среднем сечении зуба, м,
t 2 = 0,5(t 1 + t 3) = 0,5*(0,025+0,018) = 0,021 м.
Находим площади зуба в различных сечениях, м2:
– в верхнем сечении sz 1 = bz 1 lz = 0,014*0,2401 = 0,003 м2.
– в среднем сечении sz 2 = bz 2 lz = 0,03*0,2401 = 0,0072 м2.
– в нижнем сечении sz 3 = bz 3 lz = 0,007*0,2401 = 0,00168 м2.
Определяем длину воздушного зазора, мм,
l d = (la + lm) / 2 = (245+240)/2 = 242,5 мм.
lm = la – 5 = 245-5 = 240 мм.
где lm – осевая длина полюсного наконечника.
Длину магнитной линии в зубцовой зоне принимают равной высоте зуба, м,
Lz = hz = 0,032 м.
Вычисляем значения зубцовых коэффициентов в различных сечениях зуба:
– в верхнем сечении K z1 = t 1 l d/ bz 1 lz = 0,025*0,242/(0,014*0,2401) = 1,05
– в среднем сечении Kz 2 = t 2 l d/ bz 2 lz = 0,021*0,242/(0,03*0,2401) = 1,40
– в нижнем сечении Kz 3 = t 3 l d/ bz 3 lz =0,018*0,242/(0,007*0,2401) = 2,59
Значение индукции B d1ном = B d1 находим по значению Da из графика на рис. 1, затем вычисляем магнитный поток (номинальный), приходящийся на один зуб и один паз, Вб,
Fd t 1 = B d1 t 1 l d = 0,64*0,025*0,242 = 0,00038 Вб.
B d1ном = B d1 = 0,64 Тл.
Рисунок 1. Зависимость магнитной индукции в воздушном зазоре от диаметра якоря
Фиктивные индукции, Тл, в трех сечениях зуба находят по формулам:
– в верхнем сечении B ¢ z 1 = Fd t 1 / sz 1 = 0,003/0,005 = 1,12 Тл.
|
– в среднем сечении B ¢ z 2 = Fd t 1 / sz 2 = 0,003/0,0036 = 1,45 Тл.
– в нижнем сечении B ¢ z 3 = Fd t 1 / sz 3 = 0,003/0,00168 = 2,06 Тл.
По значениям B ¢ z 1, B ¢ z 2, B ¢ z 3 определяем напряженность магнитного поля в зубцовом слое по кривым намагничивания стали марок 1211, 1212, приведенным в Приложении, и по формуле Симпсона, А/м,
Hz сp= (Hz 1 + 4 Hz 2 + Hz 3) / 6 = (682+4*1950+45500)/6 = 8997 А/м.
Hz 1 = 682 А/м.
Hz 2 =1950 А/м.
Hz 3 = 45500 А/м.
Находим магнитное напряжение зубцовой зоны якоря, А,
U м z = 2* hzHz сp =2*0,032*8997 = 575,808 А.
Для ряда значений Фd* = Фd/ Фdном = 0,5;
Fdt1*0,5 = 0,0039* 0,5 = 0,0019 Вб.
B d1ном*0,5 = B d1*0,5= 0,64*0,5 = 0,32 Тл.
B ¢ z 1*0,5= 1,12*0,5 = 0,56 Тл.
B ¢ z 2*0,5= 1,45*0,5 = 0,72 Тл.
B ¢ z 3 *0,5= 2,06*0,5 = 1,03 Тл.
Hz сp= (195+4*171+541)/6 = 236,67 А/м.
Hz 1 = 195 А/м.
Hz 2 = 171 А/м.
Hz 3 = 541 А/м.
U м z =2* hzHz сp =2*0,032*236,67 = 15,15 А.
Для ряда значений Фd* = Фd/ Фdном = 0,75;
Fdt1*0,75 = 0,003* 0,75 = 0,0029 Вб.
B d1ном*0,75 = B d1*0,5= 0,64*0,75 = 0,48 Тл.
B ¢ z 1*0,75= 0,56*0,75 = 0,84 Тл.
B ¢ z 2*0,75= 0,72*0,75 = 1,09 Тл.
B ¢ z 3 *0,75= 1,03*0,75 = 1,55 Тл.
Hz сp= (344+4*631+3280)/6 = 1024,67 А/м.
Hz 1 = 344 А/м.
Hz 2 = 631 А/м.
Hz 3 = 3280 А/м.
U м z = 2* hzHz сp = 2*0,032*1024,67 = 65,58 А.
Для ряда значений Фd* = Фd/ Фdном = 0,9;
Fdt1*0,9 = 0,003* 0,9 = 0,0035 Вб.
B d1ном*0,9 = B d1*0,5= 0,64*0,9 = 0,576 Тл.
B ¢ z 1*0,9= 0,84*0,9 = 1,01 Тл.
B ¢ z 2*0,9= 1,09*0,9 = 1,31 Тл.
B ¢ z 3 *0,9= 1,55*0,9 = 1,86 Тл.
Hz сp= (514+4*1180+16600)/6 = 3639 А/м.
Hz 1 = 514 А/м.
Hz 2 = 1180 А/м.
Hz 3 = 16600 А/м.
U м z = 2* hzHz сp =2*0,032*3639 = 232,9 А.
Для ряда значений Фd* = Фd/ Фdном = 1,2;
Fdt1*1,2 = 0,003* 1,2 = 0,0047 Вб.
B d1ном*1,2 = B d1*0,5= 0,64*1,2 = 0,768 Тл.
B ¢ z 1*1,2= 1,01*1,2 = 1,35 Тл.
B ¢ z 2*1,2= 1,31*1,2 = 1,75 Тл.
B ¢ z 3 *1,2= 1,86*1,2 = 2,4 Тл.
Hz сp= (1340+4*10100+304000)/6 = 57687,89 А/м.
Hz 1 = 1340 А/м.
Hz 2 = 10100 А/м.
Hz 3 = 304000 А/м.
U м z = 2* hzHz сp =2*0,032* 57687,89= 3687,89 А.