3. Расчет генератора
Исходные данные:
Uн = 28,5 В, Pн = 2000Вт, N = 6000 об/мин
3.1. Расчет главных размеров генератора.
Главными размерами для электрических машин постоянного тока являются диаметр якоря DЯ и расчетная длина ℓЯ. Эти размеры, а также число полюсов 2р определяют остальные размеры и вес машины, а соотношение между длиной и диаметром якоря существенно влияет на коммутационные и эксплуатационные характеристики машины
3.1.1. Предварительное значение КПД, %
Принимаем h = 71
3.1.2. Электромагнитная мощность, Вт
|
Рэ = |
1 + h |
· Рн |
||
|
2 h |
||||
|
Рэ = |
1+ 0,71 |
·2000 = 2400 |
||
|
2·0,71 |
||||
3.1.3. Сила тока якоря, А
|
Iя = I + Iв , |
|||||
|
где I = |
Рн |
= |
2000 |
= 70,2 |
|
|
Uн |
28,5 |
||||
|
Iв = (0,035…0,2) · I = 0,035 · 70,2 = 2,46 Iя = 70,2 + 2,46 = 72,66 |
|||||
3.1.4. Диаметр якоря по рекомендациям, см
Dя = 8,2
3.1.5. Окружная скорость якоря м/с
|
υя = |
π · Dя · n |
||
|
60 |
|||
|
υя = |
3,14·8,2·6000 |
= 25.75 |
|
|
60 |
|||
Это значение υя является приемлемым, хотя меньше рекомендуемой υя=50 м/с
3.1.6. Плотность линейного тока, А/см
А = 193, по рекомендациям
3.1.7. Магнитная индукция в зазоре, Т
Вδ = 0,7 - принимаем по рекомендациям
3.1.8. Число полюсов по рекомендациям
2р = 4
3.1.9. Полюсное деление
|
τ = |
π · Dя |
||
|
2р |
|||
|
τ = |
3,14·8,2 |
= 6,5 |
|
|
4 |
|||
3.1.10. Расчетный коэффициент полюсной дуги
αί = 0,6 по рекомендациям
3.1.11. Машинная постоянная,
|
C = |
6,1 · 104 |
||
|
αί · Вδ |
|||
|
C = |
6,1 · 104 |
= 756 |
|
|
0,6 · 0,7 · 193 |
|||
3.1.12. Длина якоря, см
|
ℓя = |
Рэ · с |
||
|
Dя2 · n |
|||
|
ℓя = |
2400 · 756 |
= 4,44 |
|
|
8,22 · 6000 |
|||
3.1.13. Коэффициент длины
|
λ = |
ℓ |
|
|
Dя |
||
|
λ = |
4,44 |
= 0,57 |
|
8,2 |
3.2. Выбор и расчет обмотки якоря.
3.2.1. Тип обмотки якоря и число параллельных ветвей.
Выбираем простую волновую обмотку с числом параллельных ветвей
2а = 2
Преимущества:
- в волновых обмотках не возникают уравнительные токи, поскольку активные проводники в каждой ветви обмотки расположены под всеми полюсами, что обеспечивает симметричность ветвей;
- длина провода волновой обмотки в «а» раз меньше, чем в петлевой;
- число проводников простой волновой обмотки в «а» раз меньше, чем в простой петлевой, сечение меди в «а» раз больше;
- стоимость провода и намотки волновой обмотки ниже чем в петлевой.
3.2.2. Сила тока в проводнике якоря, А
|
ίя = |
Iя |
||
|
2a |
|||
|
ίя = |
72,66 |
= 36,3 |
|
|
2 |
|||
3.2.3. Основной магнитный поток, Вб
Фя = αί · τ · ℓ · Вδ · 10-4
Фя = 0,6 · 6,5 · 4,44 ·0,7 · 10-4 = 12,1·10-4
3.2.4. Э.д.с. обмотки якоря, В
|
Е = |
Рэ |
||
|
Iя |
|||
|
Е = |
2400 |
= 32,6 |
|
|
72,66 |
|||
3.2.5. Число эффективных проводов обмотки
|
N = |
60а · Е |
||
|
р · Фя · n |
|||
|
N = |
60 · 1 · 32,6 |
= 138 |
|
|
2 · 12,1·6000*10-4 |
|||
3.2.6. Число витков в секции якоря принимаем
ωся = 1 по рекомендациям
3.2.7. Число коллекторных пластин
|
К = |
N |
|
|
2 · ωся |
||
|
К = |
138 |
= 69 |
|
2 · 1 |
3.2.8. Число секционных сторон в пазу
uп = 3 по рекомендациям
3.2.9.Число пазов
|
Z = |
К |
|
|
uп |
||
|
Z = |
69 |
= 23 |
|
3 |
3.2.10. Уточняем плотность линейного тока, А/см
|
А = |
N · Iя |
||
|
2а · π · Dя |
|||
|
А = |
138 · 72,66 |
=194 |
|
|
2 · 3,14 · 8,2 |
|||
3.2.11. Число эффективных проводов в пазу
|
Nп = |
N |
|
|
Z |
||
|
Nп = |
138 |
= 6 |
|
23 |
3.2.12. Шаг обмотки по коллектору и результирующий шаг
|
y = yк = |
К + 1 |
|
|
Р |
||
|
y = yк = |
69 - 1 |
= 34 |
|
2 |
3.2.13. Первичный частичный шаг
|
y1 = |
К |
+ ε |
|
|
2Р |
|||
|
y1 = |
69 |
+ 0,75 |
= 18 |
|
4 |
3.2.14. Второй частичный шаг
y2 = yк – y1
y2 = 34 – 18 = 16
3.2.15. Шаг по пазам
|
yп = |
y1 |
||
|
uп |
|||
|
yп = |
18 |
= 6 |
|
|
3 |
3.2.16. Плотность тока обмотки якоря для самовентилируемых машин, А/мм2
jЯ = 7 по рекомендациям
3.2.17. Сечение обмотки провода, мм2
|
qя = |
ίя |
||
|
jЯ |
|||
|
qя = |
27,63 |
= 3,8 |
|
|
7 |
|||
т.к. qя > 2 мм2, выбираю предварительно провод прямоугольного сечения 3,59 мм2.
3.2.18. Марка провода
Выбираю провод марки ПБД ГОСТ 16512 - 70, прямоугольный, изолированный с двумя слоями обмотки из ХБ, класс изоляции А, максимально допустимая температура 105º С. Размер провода с изоляцией 1,27 х 4,07, без изоляции 1,0 х 3,8.
3.2.19. Длина лобовой части, см
ℓn = (1,0÷1,2) · τ
ℓn = 1,0 · 6,44 = 6,44
3.2.20. Средняя длина полувитка якоря, см
ℓср.я = ℓя + ℓn
ℓср.я = 4,44 +6,44 = 10,88
3.2.21. Полная длина проводников обмотки якоря, см
Lпя = Nя · ℓср.я
Lпя = 138 · 10,88 = 1501
3.2.22. Сопротивление обмотки при t = 20º, Ом
|
Rя = |
Lпя |
||
|
5700·qя·(2а)2 |
|||
|
Rя = |
1501 |
= 0,0183 |
|
|
5700·3,59·4 |
|||
3.2.23. Коэффициент увеличения сопротивления при нагреве свыше 20º С
m = 1 + 0,004 · θ
m = 1 + 0,004 · 65 = 1,26
3.2.24. Сопротивление обмотки в нагретом состоянии (θ = 65º), Ом
Rян = m · Rя
Rян = 1,26 · 0,0183 = 0,023
3.2.25. Падение напряжения в обмотке якоря , В
∆Uя = Iя · Rян
∆Uя = 72,66 · 0,0231= 1,679
3.2.26. Масса меди обмотки якоря, кг
Ммя = 8,9 · Lпя · qя · 10-5
Ммя = 8,9 · 1501 · 3,59 · 10-5 = 0,479
3.3. Расчет размеров магнитной цепи.
3.3.1. Выбираем полузакрытый паз с параллельными стенками, с классом изоляции А.
3.3.2. Толщина клина, мм
bкл = 0,5 (по рекомендациям)
3.3.3. Изоляция паза, мм
bиз = 0,15 материал - электрокартон
3.3.4. Изоляция паза, мм
bиз = 0,10 материал - электрокартон
3.3.5. Толщина прокладки, мм
bпр = 0,20 материал - стекломиканит
3.3.6. Допуск на укладку
∆hукл = 0,3 - 0,5
3.3.7. Определяем толщину изоляции паза по ширине с учетом допуска на укладку , мм.
bиз = 2 · (0,15 + 0,1) + 3 · 0,27 + 0,4 = 1,71
3.3.8. Ширина паза собранного сердечника, мм
|
bп = uп · bм + bиз |
где bм – ширина проводника |
|
bп = 3 · 1 +1,71 = 4,7 |
bм = 1 мм |
3.3.9. Толщина изоляции паза по высоте с учетом допуска на укладку, мм
hиз = 0,15 + 3 · 0,1 + 0,2 + 0,54 + 0,5 = 1,69
3.3.10. Высота паза, мм
|
hп = uв · hm + hиз + hкл + hш , |
где hш – высота шлица (0,2 – 0,8), uв = 2 |
|
hп = 2 · 3,8 + 1,69 + 0,5 + 0,6 = 10,4 |
3.3.11. Выбираем для пакета якоря электротехническую сталь Э – 13 толщиной 0,5 мм с изоляцией листов лаком.
3.3.12. Высота зубца, мм
hz = hп , где hп – высота паза
hz = 10,4
3.3.13. Зубцовое деление по внешней поверхности якоря, см
|
t1 = |
π · Dя |
||
|
Z |
|||
|
t1 = |
3.14 · 8.2 |
= 1.12 |
|
|
23 |
|||
3.3.14. Зубцовое деление по середине пазов, см
|
t2 = |
π(Dя – hп · 10-1) |
||
|
Z |
|||
|
t2 = |
3,14(8,2 – 10,4 · 10-1) |
=0,977 |
|
|
23 |
|||
3.3.15. Зубцовое деление по окружности основания паза, см
|
t3 = |
π(Dя – 2hп · 10-1) |
||
|
Z |
|||
|
t3 = |
3,14(8,2 – 2 · 10,4 · 10-1) |
= 0.835 |
|
|
23 |
|||
3.3.16. Ширина зубца в расчетных сечениях, см
bz1 = t1 – bп · 10-1
bz1 = 1,12 – 4,7 · 10-1 = 0,65
bz2 = t2 - bп · 10-1
bz2 = 0,977 – 4,7 · 10-1 = 0,507
b Z3 = t3 – bп · 10-1
b Z3 = 0,835 – 4,7 · 10-1 = 0,366
3.3.17. Расчётные сечения зубца, см2 Sz3 = bz3 · ℓя · Кст
Sz3 = 0,366 · 4,44 · 0,93 = 1,54
|
Sz2 = |
bz2 |
· Sz3 |
||
|
bz3 |
||||
|
Sz2 = |
0,507 |
· 1,63 |
= 2,48 |
|
|
0,354 |
||||
|
Sz1 = |
bz1 |
· Sz3 |
|
|
bz3 |
|||
|
Sz1 = |
0,65 |
· 1,54 |
= 2,61 |
|
0,366 |
3.3.18. Проверяем значение индукции в минимальном сечении зубца, Т
|
BZ3 = |
Вδ · t1 · ℓί |
где Кст – коэффициент заполнения = 0,93 |
||
|
Кст · bz3 · ℓя |
||||
|
BZ3 = |
0,7· 1,12· 4,44 |
= 2,2, что немного больше рекомендуем- ого значения ( BZ = 1,8 ÷ 2,1) |
||
|
0,93 · 0,366 · 4,44 |
||||
3.3.19. Внутренний диаметр якоря, см
dя = 2,2 по рекомендациям и аналогам
3.3.20. Высота спинки якоря, см
|
hя = |
Dя – (2hп + dя ) |
||
|
2 |
|||
|
hя = |
8,2 – (2 · 1,04 + 2,2) |
= 2,07 |
|
|
2 |
|||
3.3.21.Сечение спинки якоря, см2
Sя = (hя - 
· dа) · ℓя · Кст
Sя = (2,07- 0,66·1,4)*4,44 · 0,93 = 4,65
3.3.22. Сердечник главного полюса изготовляем цельным из стали ст 10
3.3.23. Сечение сердечника главного полюса, см2
|
Sг = |
σ · Фя |
· 104 |
|||||
|
Вг |
|||||||
|
где σ = 1,2 по рекомендациям; Вг = 1,55 Т по рекомендациям – индукция в сердечнике полюса |
|||||||
|
Sг = |
1,2 · 0,00121 |
· 104 |
= 9,3 |
||||
|
1,55 |
|||||||
3.3.24. Выбираем длину сердечника, см
ℓг = ℓя
ℓг = 4,3
3.3.25. Ширина сердечника полюса, см
|
bг = |
Ѕг |
||
|
ℓг |
|||
|
bг = |
9,3 |
= 2,4 |
|
|
4,3 |
|||
3.3.26. Высота полюсного наконечника, см
hгн = 0,28 по рекомендациям и аналогам
3.3.27. Расчетная ширина полюсной дуги, см
bίгн = αί · τ
bίгн = 0,64 · 6,44 = 4,12
3.3.28. Ширина полюсного наконечника, см
bгн = bίгн - 2δ, где δ = 0,05 воздушный зазор между якорем и главным полюсом, мм (по рекомендациям)
bгн = 3,9 – 2 · 0,05 = 3,8
3.3.29. Ширина выступа полюсного наконечника, см
bгв = 0,15 bг
bгв = 0,15 · 2,4 = 0,36
3.3.30. Высота наконечника полюса, см
|
hгн = |
Вδ |
· |
bгн - bг |
· |
ℓί |
||||||
|
Вгн |
2 |
ℓг |
|||||||||
|
где Вгн = 2 индукция в наконечнике полюса |
|||||||||||
|
hгн = |
0,7 |
· |
3,8 - 2,4 |
· |
4,44 |
= 0,28 |
|||||
|
1,8 |
2 |
4,3 |
|||||||||
3.3.31. Зазор в стыке между полюсами и станиной, см
δгс = 0,0018 по рекомендациям
3.3.32. Индукция в зазоре стыка, Т
Вст = Вг
Вст = 1,55 по рекомендациям
3.3.33. Станина генератора (корпус) выполняется литой из листа стали ст 10
3.3.34. Сечение станины, см2
|
Ѕс = |
σ · Фя · 104 |
|||
|
2 · Вс |
||||
|
где Вс = 1,25 ÷ 1,4 допустимая индукция |
||||
|
Ѕс = |
1,2 · 0,00121 · 104 |
= 5,5 |
||
|
2 · 1,3 |
||||
3.3.35. Длина станины, см
ℓс = ℓг + (0,5 ÷ 0,7) · τ
ℓс = 4,44 + 0,7 · 6,5 = 9,3
3.3.36. Высота станины, см
|
hс = |
Ѕс |
|
|
ℓс |
||
|
hс = |
5,5 |
= 0,6 |
|
9,3 |
3.3.37. Внутренний диаметр станины, см
dс = Dя + 2 · (hг + hгн) + 2δ + 2δгс
dс = 8,2 + 2 · (2,4) + 2 · 0,05 + 2 · 0,0018 = 13,5
3.3.38. Внешний диаметр станины, см
Dс = dс + 2hс
Dс = 13,5 + 2 · 0,6 = 14,7
3.4. Расчет магнитной цепи
Расчет магнитной цепи состоит в нахождении м.д.с. на отдельных участках магнитной цепи с целью определения суммарной м.д.с. на полюс F∑. Эта м.д.с. необходима для образования потока возбуждения Фя, который обеспечивает наведение в обмотке якоря э.д.с. заданной величины.
3.4.1. Падение напряжения в цепи якоря, В
∆Uн = Iя · Rян + ∆Uщ ,
где ∆Uщ = 3,5 падение напряжения в переходном контакте щёток
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.