Пояснительная записка ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. ПЗ_ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ_Барабанов_48Е. Проектирование тягового электрического двигателя пульсирующего тока

• Название: Проектирование тягового электрического двигателя пульсирующего тока
• Анкор: Пояснительная записка ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
• Дата: 01.11.2022
• Размер: 2.85 Mb.
• Имя файла: ПЗ_ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ_Барабанов_48Е.doc
• Тип: Реферат; #765684
• страница: 6 из 8

Среднее значение реактивной ЭДС находим по формуле (5.3) из [1], В:

, (5.17)

Получаем:



Величина реактивной ЭДС в номинальном режиме не превышает 3,5 – 4 В.
5.3 Расчет сердечника дополнительного полюса
Размеры наконечника добавочного полюса определяются шириной зоны коммутации, а сердечника – необходимостью ограничения индукции в нем не больше 0,6 – 0,7 Тл.

Индукцию в зоне коммутации рассчитываем по формуле (2.177) из [2], Тл:

, (5.18)

Получаем:



Магнитный поток в зоне коммутации определяем по формуле (2.178) из [2], Вб:

, (5.19)

где – расчетная полюсная дуга ДП, м.

Расчетную полюсную дугу ДП рассчитываем по формуле (2.179) из [2], мм:

, (5.20)

Производим расчет по формулам (5.21) и (5.20), получаем:

;

.

Магнитный поток в сердечнике находим по формуле (2.194) из [2], Вб:

, (5.21)

где =2 – коэффициент рассеяния ДП.



Ширину сердечника ДП определяем по выражению (5.4) из [1], м:

, (5.22)

где – длина сердечника ДП, м;

– допустимая индукция в сердечнике, Тл.

По рекомендациям из [1] принимаем и производим расчет по формуле (5.22):



По расчетным данным ширина сердечника ДП слишком мала, поэтому принимаем минимально допустимую по конструкционным соображениям . Ширина сердечника ДП должна обеспечивать крепления его к остову болтами определенного диаметра. Обычно это болты М20. Ширину наконечника ДП принимаем:

Уточняем допустимую индукцию с учетом принятой ширины сердечника ДП по формуле, преобразованной из формулы (5.22):




(5.23)



Полученное значение индукции не превышает допустимых пределов из формулы (2.189) из [2].
5.4 Расчет параметров катушек дополнительного полюса
Намагничивающую силу на преодоление воздушного зазора рассчитываем по формуле, аналогичной (4.23) из [1], с учетом действительной величины зазора, А:

, (5.24)

Получаем:



Намагничивающую силу на преодоление второго «воздушного» зазора определяем по формуле (5.6) из [1], А:

, (5.25)

где – второй «воздушный зазор», мм.

По рекомендациям из [1] принимаем , тогда получаем:



Н.С. ДП компенсирует остаток Н.С. якоря по поперечной оси , неуравновешенный н.с. КО и создает нужный поток в зоне коммутации. Из этих соображений получаем формулу (2.197) из [2], А:

, (5.26)

Получаем:



Зная Н.С. ДП можно определить число витков обмотки, приходящихся на полюс, по формуле (2.198) из [2]:

, (5.27)

где =1 – число параллельных ветвей катушки ДП.

Получаем:

.

Принимаем число витков ДП: .

Площадь сечения провода ДП рассчитываем по формуле (2.200) из [2], :

(5.28)

где – плотность тока катушки ДП, .

По рекомендациям [2] принимаем , тогда площадь сечения по формуле (5.32) равна:

.

Учитывая возможность размещения обмотки ДП, по чертежу магнитной цепи принимаем высоту проводника . Тогда ширину меди проводника определяем по формуле, мм:

, (5.29)

Получаем:



По ГОСТу принимаем . Тогда сечение проводника окончательно:



По принятым проводникам устанавливаем окончательные размеры катушек ДП.

Ширина, мм

Медь……………………………………………………...……………..…..…16,8

1. 
   Изоляция корпусная – стеклолента толщиной 0,11 мм,
   

4 слоя вполуперекрышу …………………………………..….. 1,76

2. 
   Изоляция покровная – стеклолента толщиной 0,1 мм,
   

один слой встык ………………………………………………....…..0,2

Общая ширина катушки……………………………………….……………..18,8

Высота, мм

Медь ……………...………………….…………………...…………..100,8

1. 
   Межвитковая изоляция – полиамидная пленка толщиной 0,05 мм,
   

.…………………………………….……………………………...…... 0,25

2. 
   Изоляция корпусная – стеклолента толщиной 0,11 мм,
   

4 слоя вполуперекрышу …………………………………...….. 1,76

3. 
   Изоляция покровная – стеклолента толщиной 0,1 мм,
   

один слой встык ……………………………………………...……… 0,2

Общая высота катушки ……………………………………………............… 103
Длина меди одного витка обмотки ДП рассчитывается по формуле (2.202) из [2], м:

, (5.30)

Получаем:

м.

Сопротивление обмотки ДП определяем по формуле (2.203) из [2], Ом:

, (5.31)

Получаем:



Массу меди обмотки ДП рассчитываем по формуле (2.204) из [2], кг:

, (5.32)

Получаем:




Рисунок 5.1 – Эскиз катушки добавочного полюса

6 Расчет потерь и КПД двигателя
6.1 Расчет потерь в ТЭД
В ТЭД масса факторов, которые влияют на потери машины. Их будем определять по отдельности для номинального режима.

Потери в меди рассчитываем по формуле (2.265) из [2], Вт:

, (6.1)

В данной формуле подстановка сопротивлений осуществляется для ожидаемой температуры, которая зависит от класса изоляции. В нашем случае это класс В. Производим пересчет сопротивлений по формуле (6.1) из [1], Ом:

, (6.2)

где – температурный коэффициент;

r_t – сопротивление при температуре t = 115^оС;

– ожидаемая температура.

Для изоляции класса В соответствует температура , при этом температурный коэффициент равен .

Производим пересчет сопротивлений по (6.2):



Потери в меди по (6.1) равны:



Потери в стали рассчитываем по формуле (6.3) из [2], Вт:

, (6.3)

где – масса стали ярма якоря, кг;

– масса стали зубцов якоря, кг;

и – удельные потери в стали ярма и зубцов якоря, Вт/кг.

Массу стали ярма якоря определяем по формуле (2.267) из [2], кг:

, (6.4)

где = 48 – число аксиальных вентиляционных каналов;

– диаметр аксиальных вентиляционных каналов, м.

Получаем:



Массу стали зубцов якоря рассчитываем по формуле (2.268) из [2], кг:

, (6.5)

Получаем:



Удельные потери находим по формулам (2.269) и (2.270) из [2] соответственно, Вт/кг:

; (6.6)

, (6.7)

где – рабочая частота машины в номинальном режиме, Гц.

Получаем:

;

.

Потери в стали по формуле (6.3) равны:

.

Добавочные потери машины рассчитываем по формуле (2.280) из [2], Вт:

, (6.8)

где – коэффициент добавочных потерь (для номинального режима ).

Получаем:



Потери от трения щеток о коллектор находим по формуле (2.281) из [2], Вт:

, (6.9)

где – давление на щетку, ;

– коэффициент трения щеток по коллектору;

– окружная скорость коллектора, м/с;

– суммарная площадь прилегания щеток к коллектору, .

По рекомендациям [2] принимаем и .

Суммарную площадь прилегания можно найти как сумму площадей щеток всех щеткодержателей по формуле, см:

, (6.10)

Получаем:

см².

Потери от трения щеток о коллектор по формуле (6.9):

.

Потери на трение в подшипниках рассчитываем по формуле (2.282) из [2], Вт:

, (6.11)

Получаем:



Механические потери находим по формуле (6.2) из [1], Вт:

, (6.12)

Получаем:

Вт.

Потери в щеточном контакте находим по формуле (2.284) из [2], Вт:

, (6.13)

где – падение напряжения в щеточном контакте ( = 2В).

Получаем:


6.2 Расчет КПД ТЭД
КПД ТЭД определяется по формуле (6.3) из [1]:

, (6.14)

где – сумма всех потерь в ТЭД, рассчитанных в подразделе 6.1, определяемая по формуле, Вт:

, (6.15)

Произведя расчеты по формулам (6.15) и (6.14), получаем:

Вт;

.

В начале проектирования по рис. 2.4 из [2] КПД машины было принято 0,94, что привело к погрешности в 0,28 %, которая является допустимой.

7 Расчет и построение электромеханических характеристик двигателя
7.1 Расчет характеристики намагничивания
Характеристикой намагничивания называют зависимость магнитного потока от Н.С. холостого хода, т.е. .

Для расчета и последующего построения данной характеристики воспользуемся табличным методом расчетов. Исходными данными данной таблицы являются данные таблицы 4.1. В данной таблице (таблица 7.1) задаем значения магнитного потока (0,4 – 1,2) . Значения индукции в участках магнитной цепи определяют как доли от индукции при номинальном режиме в соответствии с принятой долей магнитного потока. Значения напряженности находят по приложению 3 из [2] по соответствующему значению индукции. Н.С. воздушного зазора определяется аналогично индукции. По данным заполненной таблицы строится кривая намагничивания (рисунок 7.1) и определяется коэффициент насыщения машины по формуле (7.1) из [1] или графически:

, (7.1)

Получаем:

.
Таблица 7.1 – Расчет характеристики намагничивания

Участок магнитной цепи	Длина пути, см	Магнитный поток, Вб
		0,4Фн=0,030			0,6Фн=0,045			0,8Фн=0,060			Фн=0,075			1,1Фн=0,083
		В	Н	F	В	Н	F	В	Н	F	В	Н	F	В	Н	F
Сердечник якоря	12	0,56	3	36	0,84	4,2	50	1,12	7,5	90	1,40	18,2	218	1,54	33,5	402
Зубцы якоря	3,64	0,84	4,2	15	1,27	11,6	14	1,69	79	288	2,11	535	1947	2,32	1032	3756
Зубцы КО	3	0,60	3	9	0,91	4,9	15	1,21	8,6	26	1,51	24,3	73	1,66	55,8	167
Сердечник полюса	9,3	0,64	3,1	29	0,96	5,3	49	1,28	10,15	94	1,60	40	372	1,76	98	911
Переход из полюса в остов	4,7	0,64	2,3	11	0,96	5	24	1,28	18,8	88	1,60	51	240	1,76	102	479
Остов	17,2	0,53	2	34	0,80	3,2	55	1,06	6,8	117	1,33	15,8	272	1,46	25,3	435
Воздушный зазор	0,5	0,33	-	2134	0,49	-	3200	0,66	-	4267	0,82	-	5334	0,91	-	5867
F, А		2268			3407			4970			8456			12019

Вб

Ф

А

Fµ

Fµ





Рисунок 7.1 – Кривая намагничивания
7.2 Расчет электромеханических характеристик
К электромеханическим характеристикам на валу ТД относят зависимости частоты вращения от тока , вращающего момента от тока и КПД машины на валу от тока .

Расчетной формулой для построения является формула (2.290) из [2], об/мин:

, (7.2)

где 1,03 – отклонения на 3%;

– ЭДС машины, рассчитанная по формуле (2.291) из [2], В:

, (7.3)

Сделаем подстановку всех величин кроме тока, полученное выражение потребуется для дальнейшего расчета:

.

Расчет будем производить табличным методом. Для ее заполнения понадобятся формулы (3.2), (4.39), а также формула (7.3) из [1].

По этой формуле определяем НС главных полюсов, А:

, (7.4)

Для определения НС, создающую магнитный поток, воспользуемся формулой (7.4) из [1], А:

, (7.5)

Далее по рисунку 7.1 по находят соответствующий магнитный поток .

Коэффициент , входящий в таблицу, предварительно принимают таким же, как он был ранее принят в расчетах.

В начале расчетов таблицы задаем значение токов в диапазоне (0,2 – 2) и производим расчет всех вышеперечисленных величин подпункта 7.1 при данных токах. Результаты расчетов сведены в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 – Расчет скоростной характеристики

I, А	Е, В	Fв, А	Faq, А	кря	Fр, А	Fμ, А	Ф, Вб	n, об/мин
179	812	1969	1850	0,03	56	1914	0,025	2699
358	806	3939	3700		111	3828	0,049	1367
537	801	5908	5550		167	5742	0,064	1039
716	795	7878	7400		222	7656	0,072	917
895	789	9847	9250		278	9569	0,078	840
1074	783	11816	11100		333	11483	0,082	793
1253	778	13786	12950		389	13397	0,085	760
1432	772	15755	14800		444	15311	0,087	737
1611	766	17724	16650		500	17225	0,089	715
1790	760	19694	18500		555	19139	0,092	686

Зависимость КПД от тока можно определить по формуле (2.263) из [2], при этом значения токов принимаем в ток же диапазоне, что и ранее. Для каждого значения тока определяются все виды потерь. В качестве исходных используют величины потерь, рассчитанные для номинального режима в пункте 6.1 данной курсовой работы.

Для -го тока определяют следующие потери по (7.5) – (7.9) из [1], Вт:

(7.5)

(7.6)

; (7.7)

; (7.8)

. (7.9)

Коэффициент также зависит от тока. Величину принимаем по рис. 2.61 из [2] для заданного отношения .

Зависимость вращающего момента рассчитывают по формуле (2.295) из [2], кгс м:

. (7.10)

Результаты расчета всех величин подпункта сводятся в таблицу 7.3.
Таблица 7.3 – Расчет характеристик КПД и вращающего момента

I, А					Рм, Вт	Рсо, Вт	Рмех, Вт	Рэщ, Вт	кд	Рдоб, Вт	Р, Вт		М, кгс м
179	0,2	0,04	0,111	5,45	1022	5765	19279	358	0,22	2097	28521	0,806	43
358	0,4	0,16	0,426	1,97	4088	7985	10122	716	0,225	2145	25057	0,915	191
537	0,6	0,36	0,727	1,30	9197	9028	7694	1074	0,23	2193	29187	0,934	385
716	0,8	0,64	0,920	1,08	16351	9472	6790	1432	0,25	2383	36428	0,938	585
895	1	1	1,080	0,95	25548	9533	6222	1790	0,3	2860	45953	0,937	798
1074	1,2	1,44	1,193	0,87	36789	9889	5875	2148	0,35	3336	58038	0,934	1010
1253	1,4	1,96	1,282	0,81	50073	9957	5626	2506	0,41	3908	72072	0,930	1225
1432	1,6	2,56	1,343	0,78	65402	9961	5456	2864	0,49	4671	88355	0,925	1436
1611	1,8	3,24	1,405	0,74	82775	9962	5293	3223	0,58	5529	106782	0,919	1655
1790	2	4	1,502	0,70	102191	10014	5082	3581	0,61	5815	126683	0,914	1904

По результатам табл. 7.2 и 7.3 строятся электромеханические характеристики, приведенные на рисунке 7.2.


A

Ia

M, n

Н*м,

об/мин.


η_д

M

η_д

n




Рисунок 7.2 – Электромеханические характеристики.

8 Определение технико-экономических показателей ТЭД