D д = I2ном / aд qд = 16 / 1 3,53 = 4,53 A/мм2 .

8.5. Средняя длина витка катушки добавочного полюса

lср,к = 2lд + p (bд + bк,д + 2bз + 2bиз) = 2 114 + 3,14 (2 + 13 + 2 0,6 + 2 0,2) = =280 мм,

где

bк,д = b = 13,

bз = 0,6,

bиз = 0,2.

8.6. Сопротивление обмотки добавочных полюсов

rcu lср,к wк,д 2p 103 24,4 10-9 340 72 4 103

rд = = = 0,66 Ом.

aд2 qд 12 3,53

9. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов

9.1. Ширина многослойной катушки главного полюса

bк,в = kp Nш dиз + bиз,пр = 1,05 10,1 1,485 + 2,4 = 18,1 мм,

где

Nш = bк,ш / dиз = 15 / 1,485 = 10,1

kp = 1,05,

bиз, пр = 2 + 0,2 2 =2,4 мм.

9.2. Высота многослойной катушки главного полюса с учетом разделения полюсной катушки на две части вентиляционным каналом шириной

bв,к = 0,

hк,в = kp Nв dиз + hиз,пр + bв,к = 1,05 12,5 1,485 + 1,485 0 = 21 мм,

где Nв - число изолированных проводов по высоте катушки:

Nв = wк,в / Nш = 127 / 10,1 = 12,5;

высота прокладок и каркаса

hиз,пр = 1,485 мм.

9.3. Высота полюсной катушки стабилизирующей обмотки

hк,с = h + hиз,пр = 1,485 мм,

где

hиз,пр = 1,485 мм.

9.4. Общая высота катушек и вентиляционного канала главного полюса

hr,п = hк,в + hк,с = 21 + 1,485 = 22,485 мм.

9.5. Площадь занимаемая непосредственно в межполюсном окне двумя частями (секциями) катушки возбуждения, включая все прокладки и вентиляционный зазор

Qк,в = bк,в hк,в = 18,1 21 = 380 мм2.

Рис. 2.

Эскиз междуполюсного окна двигателя постоянного тока

(3 кВт, 220 В, 1500 об/мин).

9.6. Высота катушки добавочного полюса из неизолированной меди

hк,д = kp [wк,д h + 0,3(wк,д - 3)] + 2 =

= 1,05 [71,85 0 +0,3(71,85 - 3)] + 2 ~ 24 мм.

9.7. На рисунке показан эскиз межполюсного окна. При этом площадь занимаемая полюсной катушкой возбуждения из двух секций, включая вентиляционный зазор 0 мм, составляет Qк,в = 380 мм2, а компоновка этих секций такова, что минимальный воздушный промежуток между выступающими краями главных и добавочных полюсов, а так же между краями полюсных катушек и внутренней поверхностью станины составляет 0 мм.

10. Щетки и коллектор

10.1. Расчетная ширина щетки

Dк а2 90 1

bщ’ = kз,к bн,з _ - tк (Nш + eк - _ ) = 0,75 31 _ - 3 (4 + 0,25 - _ ) = 7,68 мм;

D2 p 112 2

здесь

kз, к = 0,75;

tк = 3 мм;

bн, з = t - bр = 88 - 57 = 31 мм;

eк = (K / 2p) - y1 = (115 / 4) - 29 = 0,25.

По таблице принимаем стандартную ширину щетки

bщ = 8 мм.

10.2. Число перекрываемых щеткой коллекторных делений

g = bщ / tк = 8 / 3 = 2,

что находится в пределах рекомендуемых значений для простой волновой обмотки якоря.

10.3. Контактная площадь всех щеток

S Sщ = 2 Iном / D’щ = 2 16 / 0,11 = 290 мм2 ,

где принимаем по таблице для электрографитированных щеток марки ЭГ14

Dщ = 0,11 А/мм2.

10.4. Контактная площадь щеток одного бракета

Sщ,,б = S Sщ / 2p = 290 / 4 = 73 мм2 .

10.5. Требуемая длина щетки

l’щ = Sщ ,б / bщ = 73 / 8 = 9,125 мм,

принимаем на одном бракете по одной щетке

(Nщ,б = 1).

Длина одной щетки

lщ = 10 мм.

10.6. Плотность тока под щеткой

Dщ = 2 Iном / Nщ,б bщ lщ 2p = 2 16 / 1 8 10 4 = 0,1 А/мм2 ,

что не превышает рекомендуемого значения

D’щ = 0,11 А/ мм2.

10.7. Активная длина коллектора при шахматном расположении щеток

lк = Nщ,б (lщ + 8) + 10 = 1 (10 + 8) + 10 = 28 мм.

10.8. Ширина коллекторной пластины

bк = tк - bиз = 3 - 0,2 = 2,8 мм,

толщина изоляционной прокладки

bиз = 0,2 мм.

11. Расчет коммутации

11.1. Окружная скорость якоря

U2 = p D2 n 10-3 / 60 = 3,14 112 150 10-3 / 60 = 8,792 м/с.

11.2. Приведенный коэффициент проводимости пазового рассеяния якоря при круглых пазах

hz2 hш2 lл2 2,5 108 a2

l = 0,6 _ + _ + _ + _ _ =

dп2 bш2 l2 wc2 l2 A2 2 p

21 0,8 291 2,5 108 1

= 0,6 _ + _ + _ + _ = 10,142 .

6,24 6,24 114 4 114 209 102 8,79 2

11.3. Реактивная ЭДС

Ep = 2 wc2 li v2 l 10-5 = 2 4 114 209 102 8,792 6,49 10-5 = 10876 B.

12. Потери и КПД

12.1. Масса зубцового слоя якоря

dп2 + d’п2

Gz2 = 7,8 10-6 z2 bz2 (hп2 + _ ) li kc =

4

5,46 + 9,76

= 7,8 10-6 24 6,36 ( 12,6 _ ) 114 0,95 = 2,01 кг.

4

12.2. Масса стали спинки якоря

Gс2 = 7,8 10-6 {(p / 4)[(D2 - 2 hz2)2 - D22вн - d2к2 nк2]} li kc =

= 7,8 10-6 {(3,14 / 4)[(112 - 2 21)2 - 39,22 - 0 0]}114 0,95 = 2,23 кг.

12.3. Магнитные потери в сердечнике якоря

Pм2 = 2,3 P1,0/50 (f2 / 50)b (B2z2ср Gz2 + B2c2 Gс2) =

= 4,02 (1,252 2,60 + 0,972 2,88) = 27 Вт,

где

f2 = p n / 60 = 2 1500 / 60 = 50 Гц;

P1,0/50 = 1,75 Вт/кг;

b = 1,4;

принимаем

2,3 P1,0/50 (f2 / 50)1,4 = 4,02 Вт/кг;

12.4. Электрические потери в обмотке возбуждения

Pэ,в = U2в / rв = 2202 / 25,6 = 1891 Вт.

12.5. Электродвижущая сила якоря при номинальной нагрузке двигателя

P N2 2 920

E2ном = _ Фnном = _ 0,0048 1500= 193,2 В.

60а2 60 1

12.6. Уточненное значение тока якоря при номинальной нагрузке

I2ном = (Uном + E2ном - D Uщ ) / Sr = (220 193,2 - 2,5) / 2,207 = 10,7 A,

Sr = r2 + rc +rд = 1,39 + 0,15 + 0,66 = 2,207 Ом,

DUщ = 2,5 В.

12.7. Электрические потери в обмотке якоря

Pэ2 = I22ном r2 = 10,72 1,39 = 162 Вт.

12.8. Электрические потери в обмотках статора, включенных последовательно с обмоткой якоря

Pэ,п1 = I22ном (rд + rc) = 10,72 (0,66 + 0,157) = 93,5 Вт.

12.9. Электрические потери в переходном щеточном контакте

Pэ,щ = DUщ I22ном = 2,5 10,7 = 26,75 Bт.

12.10. Потери на трение щеток о коллектор где окружная скорость на коллекторе

Pт,щ = 0,5 S Sщ v2 = 0,5 290 7,06 = 10,24 Bт,

где окружная скорость на коллекторе

vк = p Dк nном / 60 10-3 = 3,14 90 1500 / 60 10-3 = 7,06 м/с.

12.11. Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию

Pт.п,в = 20 Вт

Рис.3.

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока

( 3 кВт, 220 В, 1500 об/мин).

12.12. Суммарные механические потери

Pмех = Pт,щ + Pт.п,в = 10,24 + 20 = 30,24 Вт.

12.13. Добавочные потери

Pдоб = 0,001 Pном / hном 10-3 = 0,001 3 / 0,755 10-3 = 0,012 Вт.

12.14. Суммарные потери в двигателе

S P = (Pм2 + Pэ2 + Pэ,в + Pэ,п1 + Pэ,щ + Pмех + Pдоб) 10-3 =

= (27 = 162 + 1891 + 93,5 + 26,75 + 30,24 + 0,012) 10-3 = 2,23 кВт.

12.15. Коэффициент полезного действия двигателя при номинальной нагрузке

hд,ном = 1 - S P/ P1 = 1 -2,23 / 4,3 = 0,48,

где

P1 = Uном (I2ном + Iв) 10-3 = 230 (10,7 + 8,6) 10-3 = 4,3 Вт.

13. Рабочие характеристики двигателя

Расчет рабочих характеристик двигателя приведен в таблице. По данным этой таблицы построены рабочие характеристики рисунок 3.