Методические указания. При выполнении данной работы, проводятся поверочные расчеты, которые используются при проектировании электрических машин

При выполнении данной работы, проводятся поверочные расчеты, которые используются при проектировании электрических машин, а также при их ремонте или перемотке на различные напряжения. Номинальная мощность машины, ее геометрические размеры и электромагнитные нагрузки связаны следующим выражением:

, (1)

где D_a – диаметр якоря, см; l – расчетная длина якоря, см; n – скорость якоря, об/мин; Р_ЭМ – электромагнитная мощность, кВт, Р_ЭМ=1, 1·P_Н; a_d – коэффициент полюсной дуги, a_d≈ 0, 75; B_d – индукция в зазоре, Тл; А – линейная нагрузка, А/см.

В формуле (I) два неизвестных: D_a и l. Диаметр якоря определяется по формуле D_а=2pt/p, где полюсное деление t=pD/2p, число пар полюсов определяют по формуле p=3000/n (целая часть.)

Существуют рекомендации по выбору отношения b=t/ l, для машин постоянного тока b=1–2.

Оценку t (см) можно получить в виде

,

Для удобства раскроя стандартных листов электротехнической стали, диаметры якорей выбираются в следующей последовательности: 210, 245. 280, 327, 368, 493, 560, 650, 740 мм. Полученную длину якоря разделяют вентиляционными каналами на отдельные пакета шириной по 4–6 см при ширине вентиляционного канала 1 см. Действительная длина якоря соответственно увеличивается на суммарную ширину вентиляционных каналов, количество которых на один меньше количества пакетов.

Количество проводников обмотки якоря можно определить из формулы для линейной нагрузки якоря

(2)

Ток якоря определяется по номинальной мощности и напряжению. Число параллельных ветвей обмотки можно определить, зная тип обмотки и число полюсов.

С другой стороны, число проводников якоря

, (3)

где Z – число пазов якоря; n_a – число элементарных пазов в реальном пазу; W – число витков в секции якоря; число пазов Z берется таким, чтобы на 1 полюс приходилось от 6 до 12 пазов; число элементарных пазов 3–6. Волновая обмотка предполагает нечетное количество пазов якоря Z.

Варьируя значения величин, входящих в правую часть формулы (3), надо найти значение N, соответствующее полученному по формуле (2) с точностью до 10%. Чтобы избежать «мертвых» проводников в волновых обмотках четырехполюсных машин, следует выбирать Z и n_a нечетными. Затем можно определить сечение проводника, зная ток якоря, число параллельных ветвей и плотность тока, и выбрать размеры сторон.

Толщина хлопчатобумажной изоляции проводов марки ПБД на обе стороны составляет при меньшей стороне прямоугольного провода 1, 95–0, 27 мм, а при больших размерах проводов 0, 33 мм. Соотношение сторон прямоугольного провода надо выбирать так, чтобы отношение высоты паза к его ширине находилось в пределах 3–3, 5. Для расчета глубины и ширины паза следует составлять таблицы с размерами проводника (меди и изоляции). При выборе размеров паза рекомендуется составить сводку размеров паза для нескольких типов обмоточного провода. Это делается для того, чтобы определить оптимальную ширину зубца; она должна быть такой, чтобы индукция была равна 1, 4–1, 8 Тл.

Определив размеры паза, можно рассчитать ширину зубца в узком месте, которая должна быть не менее 8 мм во избежание слишком больших индукций и обеспечения механической прочности зубцов.

Расчет магнитной цепи производится только для одной точки характеристики холостого хода, соответствующей номинальному напряжению. Магнитная цепь машины состоит из пяти участков. Магнитодвижущая сила воздушного зазора определяется по формуле

. (4)

Величина воздушного зазора не указана в задании, ее можно определить по формулам

для D_a=70-300 мм;

для D_a=350-600 мм.

Индукция в сечении зубца, расположенном на 1/3 высоты зубца от его основания,

,

где b_z1/3 – ширина зубца на уровне 1/3 высоты, t=pD/z.

Магнитодвижущую силу зубцов можно определить по упрощенной формуле

.

Магнитная напряженность определяется по табл.2.

Табл.2 используются так: по вертикали даны индукции в теслах, по горизонтали – в сотых тесла. Искомую магнитную напряженность находят на пересечении. Например, для индукции 1, 64 Тл магнитная напряжённость будет 41, 2.

При расчете индукции в зубце следует учесть коэффициент заполнения сердечника сталью k_с=95. Магнитодвижущей силой ярма якоря F_я ввиду ее малости можно пренебречь.

Высоту полюса можно определить по эмпирической формуле

, см.

Табл. 2

Кривые намагничивания

Индукции в полюсе В_m и в ярме В_j принять равными 1, 0 Тл, а коэффициент рассеяния магнитного потока для этих участков цепи принять s=1, 2.

Площадь сечения

или

.

К полученной по расчету магнитодвижущей силе на пару полюсов при холостом ходе надо прибавить магнитодвижущую силу, компенсирующую размагничивающее действие поперечной реакции якоря F_aq. Эта магнитодвижущая сила может быть определена по «переходной» характеристике.

Результирующая магнитодвижущая сила для всей машины

.

Определенная F=2i_ВW_В создается катушками возбуждения. Число витков и сечение провода катушки должно соответствовать такому сопротивлению, чтобы при подключении катушек к напряжению якоря в них протекал ток i_В. Поэтому расчет катушек параллельного возбуждения ведется в определенной последовательности. Сначала находим площадь сечения проводника катушки

,

где r – удельное сопротивление меди при 75°С, r=0, 01724 Ом·мм²/м; l _В – длина витка катушки, см, l _В=2(l _m+b_m)+pb_к; l _m – длина полюса, равная длине якоря l, см; b_m – ширина полюса из расчета магнитной цепи, см; b_к –толщина катушки, b_к=4 см.

По подсчитанному сечению определяем ближайший стандартный диаметр проволоки:

Ток возбуждения

,

где j_В – плотность тока (см. табл.1).

Число витков катушки W_В=F/2i_В. Расчет катушек возбуждения следует проводить с учетом сопротивления

.

Коэффициент полезного действия машины можно оценить по известному сопротивлению якорной цепи h=1-(2I_н r_я/U_н).

Контрольная работа 2. Трансформаторы и машины переменного тока [1, с.15-365], [3, с.150-252]

Студент выполняет или контрольную работу по трансформатору или по асинхронному двигателю. Материалы контрольной работы могут быть использованы при выполнении курсового проекта. Варианты контрольной работы по асинхронному двигателю соответствуют варианту курсового проекта. Результаты расчета параметров двигателя являются проверкой расчетов в курсовом проекте, осуществляемых по другой методике.