Как найти сопротивление параллельной обмотки возбуждения

10.1
Размагничивающее действие реакции
якоря:

F_qd
= 180
А.

10.2
Необходимая МДС параллельной обмотки:

F_В
= F_Σ
+ F_qd
= 3780.527 + 180 = 3960.527
А

10.3
Средняя длина витка катушки параллельной
обмотки:

l_ср.в.
= 2(l_r
+ b_r)
+ π(b_КТ.В
+ 2Δ_ИЗ),
м

где
b_КТ.В
= 0.03 – ширина катушки, м;

Δ_ИЗ
= 0.75·10^-3
– толщина изоляции, м.

Тогда:

l_ср.в.
= 2(0.285
+ 0.0469)
+ 3.14(0.03
+ 2·0.75·10^-3)
= 0.67
м

10.4
Сечение меди параллельной обмотки:

где
К_З.В
= 1.1 – коэффициент запаса;

m
= 1.22 – коэффициент, учитывающий увеличение
сопротивления меди при увеличении
температуры до 75˚С.

Тогда:

Окончательно
принимаем стандартный круглый медный
провод марки ПЭТВ с сечением q_В
= 0.283 мм²,
диаметром без изоляции d
= 0.6 мм и диаметром с изоляцией d_ИЗ
= 0.655 мм.

10.5
Номинальная плотность тока принимается:

J_В
= 4.45·10⁶
А/м²

10.6
Число витков на пару полюсов:

10.7
Номинальный ток возбуждения:

10.8
Полная длина обмотки:

L_B
= p·l_СР.В·W_B
= 2·0.67·3145 = 4214.3
м

10.9
Сопротивление обмотки возбуждения при
температуре υ=20˚С:

10.10
Сопротивление обмотки возбуждения при
температуре υ=75˚С:

R_B75
= m·R_B20
= 1.22·261.25 = 318.73
Ом

10.11
Масса меди параллельной обмотки:

m_м.в.
= 8.9·l_в.ср.·W_в·q_в·10³
= 8.9·0.67·3145·0.283·10^-6·10³
= 5.307 кг

11 Коллектор и щётки

11.1
Ширина нейтральной зоны:

b_Н.З
= τ– b_Р
= 0.126
– 0.0781
= 0.0479
м

11.2
Ширина щётки для простой волновой
обмотки:

b_Щ
= 3.5t_К
= 3.5·0.00327 = 0.0115 м

Окончательно
принимаем стандартную ширину щётки: b_Щ
= 0.0125 м. Длина щётки l_Щ
= 0.025 м.

11.3
Поверхность соприкосновения щётки с
коллектором:

S_Щ
= b_Щ·l_Щ
= 0.0125·0.025
= 0.0003125
м²

11.4
При допустимой плотности тока J_Щ
= 11·10⁴
,А/м²,
число щёток на болт:

Окончательно
принимаем N_Щ
= 1.

11.5
Поверхность соприкосновения всех щёток
с коллектором:

ΣS_Щ
= 2р·N_Щ·S_Щ
= 4·1·0.0003125
= 0.00125
м²

11.6
Плотность тока под щётками:

11.7
Активная длина коллектора:

l_К
= N_Щ(l_Щ
+ 8·10^-3)
+ 10·10^-3
= 1(0.025 + 8·10^-3)
+ 10^-2
= 0.043 м

12 Потери и кпд

12.1
Электрические потери в обмотке якоря:

Р_mа
= I²R_da
= 16.727²·1.952
= 546.16
Вт

12.2
Электрические потери в параллельной
обмотке возбуждения:

Р_М.В
= I²_ВН·R_В75
= 1.259²·318.73=
505.21
Вт

12.3
Электрические потери в переходном
контакте щёток на коллекторе:

Р_Э.Щ
= I·2ΔU_Щ,
Вт

где
2ΔU_Щ
= 2 – потери напряжения в переходных
контактах, В.

Тогда:

Р_Э.Щ
= 16.727·2 = 33.454
Вт

12.4
Потери на трение щёток о коллектор:

Р_Т.Щ
= ΣS_Щ·Р_Щ·f·V_К,
Вт

где
Р_Щ
= 3·10⁴
Па – давление на щётку;

f
= 0.2
– коэффициент трения щётки.

Тогда:

Р_Т.Щ
= 0.00125·3·10⁴·0.2·14.392
= 107.94
Вт

12.5
Потери в подшипниках и на вентиляцию
определим по рис.13.1.:

Р_Т.П
+ Р_ВЕНТ.
= 105
Вт.

12.6
Масса стали ярма якоря:

12.7
Условная масса стали зубцов якоря с
овальными пазами:

12.8
Магнитные потери в ярме якоря:

P_j
= m_j·P_j,
Вт

где
P_j
– удельные потери в ярме якоря, Вт/кг:

где
Р_1.0/50
= 1.75 – удельные потери в стали для В =
1.0 Тл и f=50
Гц, Вт/кг;

f
=
– частота перемагничивания, Гц;

β
= 2.

Тогда
удельные потери:

Общие
магнитные потери в ярме якоря:

P_j
= 83.553·16.97 = 1417.89
Вт

12.9
Магнитные потери в зубцах якоря:

P_Z
= m_Z·P_Z,
Вт

где
—
удельные потери, Вт/кг.

Тогда
общие магнитные потери в зубцах якоря:

P_Z
= 7.14·34.63 = 247.26
Вт

12.10
Добавочные потери:

12.11
Сумма потерь:

ΣР
= Р_mа
+ Р_М.В
+ Р_Э.Щ
+ Р_Т.Щ
+ (Р_Т.П
+ Р_ВЕНТ.)
+ P_j
+ P_Z
+ Р_ДОБ
=

=
546.16 + 505.21 + 33.454 + 107.94 + 105 + 1417.89 + 247.26 + 96.37 =
3059.284
Вт

12.12
КПД двигателя:

Рисунок
2.Электрическая машина постоянного
тока.

1 – пробка винтовая;
2 – крышка; 3 – лабиринт: 4 – масленка; 5
– подшипник; 6 – лабиринт; 7 – траверса;
8 – щит подшипниковый; 9 – коллектор; 10
– станина; 11 – якорь; 12 – винт грузовой;
13 – вентилятор; 14 – щит подшипниковый;
15 – лабиринт; 16 – подшипник; 17 – лабиринт;
18 – вал; 19 – полюс добавочный; 20 – полюс
главный; 21 – конденсатор; 22 – коробка
выводов; 23 – болт для заземления.

Заключение

Проектирование
электрической машины представляет
собой сложную задачу. Для её разрешения
требуются глубокие теоретические
знания, многие опытные данные и достаточно
подробные сведения о назначении машины
и условия, в которых она будет работать.

В
результате расчёта был спроектирован
двигатель на заданную мощность.
Был произведен выбор и расчет размеров
статора и ротора, обмоток, изоляции,
конструктивных деталей.

Список
литературы

1.
Пашнин В. М. Электрические машины:
Методические указания

к
курсовому проекту. – Хабаровск: Изд-во
ДВГУПС,

2000.
– 40 с.: ил.

2.
Сергеев П. С. и др. Проектирование
электрических машин.

Изд.
3-е, переработ. и доп. М., “Энергия”, 1969.

3.
Копылов И. П. Проектирование электрических
машин:

Учеб.
пособие для вузов. – М.: Энергия, 1980. –
496 с., ил.

18

Соседние файлы в предмете Электрические машины

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока ос­нован на том, что магнитная система машины, будучи намагни­ченной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Ф_ост  (по­рядка 2—3% от полного потока). При вращении якоря поток

Рис. 28.5. Принципиальная схема (а) и характеристика х.х. (б) генератора параллельного возбуждения

индуцирует в якорной обмотке ЭДС Е_ост, под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток I_в.ост. Если МДС обмотки возбуждения  I_в.ост  w_В  имеет такое же направление, как и поток Ф_ост , то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падени­ем напряжения в цепи возбуждения, т. е. U₀ = I_Вr_В .

На рис. 28.5, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рис. 28.5, б — характеристика х.х. гене­ратора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока воз­буждения I_Вr_В = F(I_В) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U₀ = I_Вr_В .

Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из тре­угольника ОАВ:

                           , (28.10)

где m_i — масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; m_u — масштаб на­пряжения (по оси ординат), В/мм.

Из (28.10) следует, что угол наклона прямой I_Вr_В = F(I_В) к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбужде­ния. Однако при некотором значении сопротивления реостата r_рг сопротивление r_В, достигает значения, при котором зависимость I_Вr_В = F(I_В) становится касательной к прямолинейной части ха­рактеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при которой прекращается самовозбуждение генератора, называют критиче­ским сопротивлением, (r_В.крит ).

Следует отметить, что самовозбуж­дение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей крити­ческую n_кт. Это условие вытекает из ха­рактеристики самовозбуждения гене­ратора (рис. 28.6), представляющей собой зависимость напряжения генера­тора в режиме х.х. от частоты враще­ния при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U₀ = F(n) при r_В = const.

Рис. 28.6. Характеристика самовозбуждения

Анализ характеристики самовозбуж­дения показывает, что при n < n_кр увели­чение частоты вращения якоря генератора сопровождается незна­чительным увеличением напряжения, так как процесса самовоз­буждения нет и появление напряжения на выходе генератора обу­словлено лишь остаточным намагничиванием магнитной цепи генератора. Процесс самовозбуждения начинается при n < n_кр . В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом напряжения U₀. Однако при частоте вращения, близкой к номинальной, рост напряжения несколько замедляется, что объяс­няется магнитным насыщением генератора. Критическая частота вращения зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом последнего увеличивается.

Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, что­бы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком остаточ­ного магнетизма Ф_ост ; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической.

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.

Нагрузочная и регулировочная характеристики генератора па­раллельного возбуждения практически не отличаются от соответ­ствующих характеристик генератора независимого возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 28.7) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что в генераторе параллельно­го возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение на­пряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья при­чина — уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением на­пряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки r_н ток увеличивается лишь до критического значе­ния I_кр, а затем при дальней­шем уменьшении сопротив­ления нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток нагрузки при коротком замы­кании I_к < I_кр. Дело в том, что с увеличением тока усилива­ется размагничивание генера­тора (усиление реакции якоря и уменьшение тока возбуж­дения), машина переходит в ненасыщенное состояние, при котором даже небольшое уменьшение сопротивления нагрузки вызывает резкое уменьшение ЭДС машины (см. рис. 28.5, б). Так как ток определяется напряжением на выводах генератора U и сопротивлением нагрузки r_н, т. е. I = U/r_н , то при токах нагруз­ки I < I_кр, когда напряжение генератора уменьшается медлен­нее, чем убывает сопротивление нагрузки, происходит рост то­ка нагрузки. После того как I = I_кр, дальнейшее уменьшение r_н сопровождается уменьшением тока нагрузки, так как в этом случае напряжение U убывает быстрее, чем уменьшается со­противление нагрузки r_н.

Рис. 28.7. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Таким образом, короткое замыкание, вызванное медленным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная сис­тема генератора не успевает размагнититься и ток I_к достигает опасных для машины значений I_к = (8–12)I_ном (кривая 2). При та­ком резком возрастании тока нагрузки на валу генератора возни­кает значительный тормозящий момент, а на коллек­торе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь. Поэтому необходимо защищать генератор от перегрузки и к.з. по­средством плавких предохранителей или же применением релей­ной защиты.

Генераторы параллельного возбуждения широко применяют в установках постоянного тока, так как отсутствие возбудителя вы­годно отличает эти генераторы от генераторов независимого воз­буждения. Номинальное изменение напряжения генератора парал­лельного возбуждения составляет 10—30%.