Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Расчет магнитной цепи машины постоянного тока



Севастопольский национальный технический

Университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К практическим занятиям по дисциплине

«Электрические машины»

Для студентов направлений подготовки

Электромеханика,

Морской и речной транспорт

Всех форм обучения

Севастополь

 

 

УДК 621.313

M 545

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим занятиям по дисциплине Электрические машины для студентов направлений подготовки 6.050702 – Электромеханика, 6.070104 – Морской и речной транспорт (всех форм обучения) / Разраб. А.М. Олейников, Ж.Ю. Слепушкина. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2014. – 72 с.

 

Методические указания к практическим работам имеют цель закрепить теоретические знания и оказать помощь при выполнении практических работ по дисциплины «Электрические машины», в них приведены основные соотношения и справочные данные для решения задания для каждого конкретного варианта, приведены примеры построения необходимых графиков и диаграмм.

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры Судовых и промышленных электромеханических систем", протокол № 1 от 08.09.2013 г.

 

 

Рецензент: В.Н. Мартынов, канд. техн. наук, доцент

 

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………..4

1. Практическое занятие № 1. Расчет магнитной цепи машины

постоянного тока …………………………………………..…………………… 5

2. Практическое занятие № 2. Расчет режима работы

трансформатора …..…………………………………………………………… 13

3. Практическое занятие № 3. Расчет двухобмоточного

трансформатора ..……………………………………………………………… 22

4. Практическое занятие № 4. Расчет асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором ….………………………………………..…… 27

5. Практическое занятие № 5. Расчет асинхронного двигателя

с фазным ротором …..………………………………………………………… 33

6. Практическое занятие № 6. Расчет трехфазного синхронного

генератора ..……………………………………………………………………. 39

7. Задачи по дисциплине «Электрические машины»: условия и

примеры решения …………………………………………………………….. 47

 

Библиографический список……………………………………..……………… 71

 

 


ВВЕДЕНИЕ

 

Основным способом освоения и закрепления теоретического материала по дисциплине «Электрические машины» является выполнение расчетно-практических заданий и лабораторных работ. Они позволяют студентам углубить полученные на лекциях теоретические знания. На практических занятиях студенты должны закрепить пройденные теоретические положения, научиться применять существующие методики для расчета магнитной цепи машины постоянного тока, режима работы трансформатора, расчета электрических и механических параметров двигателей переменного тока, получить навыки построения векторных диаграмм и характеристик электрических машин.

Предлагаемое методическое указание призвано помочь студентам при выполнении практических расчетных заданий. В нем содержатся краткие теоретические положения, описания расчетных методик, данные для выполнения работы и перечень рекомендованной литературы.

 

 


ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1

Расчет магнитной цепи машины постоянного тока

 

Исходные данные: схема магнитной цепи машины постоянного тока (рисунок 1.1), МДС обмотки возбуждения, размеры и материалы участков (таблицы 1.2 и 1.3).

Цель занятия:рассчитать величину магнитного потока на пару полюсов машины, магнитную индукцию в воздушном зазоре и коэффициент насыщения магнитной цепи.

При выполнении задания необходимо привести:

- цифровые данные задания;

- расчет магнитной цепи с необходимыми пояснениями.

Изобразить эскиз магнитной цепи машины постоянного тока (МПТ), выполненный в масштабе.

Построить:

- кривые намагничивания заданных материалов отдельных участков магнитной цепи в удобном масштабе (по данным таблицы 1.3);

- кривую намагничивания магнитной цепи машины.

 

В исходных данных задана разветвленная симметричная магнитная цепь судовой машины постоянного тока (рисунок 1.1).

Станина МПТ представляет собой сплошную отливку из стали или чугуна, а сердечники полюсов 2 и сердечник якоря 4набраны из отдельных листов специальной электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм. На наружной поверхности якоря имеются пазы, в которые укладывается обмотка 6якоря. Магнитное поле создается обмоткой возбуждения 3, расположенной на сердечниках полюсов. Конфигурация полюсного наконечника 5 обеспечивает равномерное распределение магнитного поля в воздушном зазоре. В результате взаимодействия поля, создаваемого обмоткой возбуждения, и проводников якоря с током возникает вращающий момент, приводящий якорь во вращение в двигательном режиме работы МПТ. Учитывая симметрию магнитопровода МПТ относительно оси полюсов, можно всю разветвленную цепь представить состоящей из четырех одинаковых неразветвленных магнитных цепей и рассчитать одну из них по правилам расчета неоднородных магнитных цепей. На рисунке 1 средние линии магнитного потока показаны для каждого из четырех симметричных участков.

Как видно, эта магнитная цепь может быть разбита на четыре однородных участка[1]: lя - ярмо статора; 2hп - две высоты сердечника полюса; — два воздушных зазора: lа— сердечник якоря.

Длина средней магнитной линии для каждого однородного участка определяется по чертежу МПТ, выполненному в масштабе. Сечение каждого однородного участка равно произведению ширины участка (или его высоты) на длину Lмашины (на чертеже длина машины не показана).

Данные обмоток возбуждения и основные геометрические размеры МПТ приведены в таблице 1.2 применительно к реальным судовым МПТ серии «П». Цифры в условном обозначении серии машины определяют: первая - условную величину наружного диаметра статора Dн, вторая — условную величину длины машины L. Каждая строка таблицы 1.2 соответствует определенному варианту задания студенту определенной группы. Номер варианта выбирается по номеру студента в журнале преподавателя. Материалы различных частей магнитопровода и величина воздушного зазора заданы в таблице 1.3. Каждый столбец в таблице 1.3 определяет вариант задания для всей группы. Номер столбца для группы назначается преподавателем.

Рисунок 1.1 - Магнитная цепь машины постоянного тока

Расчет магнитной цепи.Основной задачей расчета магнитной цепи МПТ обычно является определение МДС обмотки возбуждения, необходимой для создания определенного магнитного потока в замкнутом контуре магнитной цепи или определенной величины магнитной индукции Bδ воздушном зазоре

Это прямая задача.

В данном случае необходимо решить обратную задачу, то есть по заданной МДС обмотки возбуждения определить величину магнитного потока в магнитной цепи МПТ и магнитную индукциюBδ в воздушном зазоре. Расчет проводится для холостого хода МПТ, когда ток якоря равен нулю (Iа = 0).

Решение этой задачи необходимо проводить в соответствии с методикой расчета магнитной цепи в следующей последовательности.

 

1. Закон полного тока для рассматриваемой магнитной цепи записывается в виде

F0=2IвWв = Нδ·2δ + Hяlя + Hп2hп + Hаlа , (1.1)

где Fo =2IвWв — МДС обмотки возбуждения двух полюсов;

Нδ·2δ =Fδ МДС, необходимая для проведения потока через воздушный зазор;

Hяlя =Fя — то же, для ярма статора;

Hп2hп = Fп — то же, для полюсов;

Hаlа = Fa — то же, для сердечника якоря.

 

2. Средняя длина и поперечное сечение каждого однородного участка может быть определена приближенно по формулам:

-для ярма статора

, (1.2)

Sя=hя*L , м2 , (1.3)

где - высота ярма статора; (1.4)

2р – число полюсов МПТ;

Dн внешний диаметр ярма статора, м;

Dj внутренний диаметр ярма статора, м;

L– - длина МПТ, м;

-для якоря

 

, (1.5)

Sа=hа*L , м2, (1.6)

где - высота сердечника якоря, м; (1.7)

Dа внешний диаметр якоря, м;

Di диаметр вала якоря, м;

- для полюса

2hп= Dj - Da - 2δ , м , (1.8)

Sn = bп *L, м2 , (1.9)

где bп ширина полюса;

- для воздушного зазорадлина магнитной силовой линии определяется величиной 2δ;

- поперечное сечение воздушного зазора под полюсом равно

Sδ = bδ *L, м2, (1.10)

 

где bδ =ατ – ширина полюсного наконечника, м; (1.11)

- полюсное деление; (1.12)

α = 0,62 - 0,72 — коэффициент полюсной дуги.

 

3. Далее необходимо задаться первым предварительным значением магнитного потока Ф1 , который можно определить из соотношения

Ф1 = Вδ1*Sδ, (1.13)

где Вδ1 = 0,6 0,7 Тл.

 

4. Определение магнитной индукции в однородных участках магнитопровода произвестипо этой величине магнитного потокаФ1 по соотношениям

В воздушном зазоре

Вδδ1 . (1.14)

В якоре и ярме статора

, Тл , (1.15)

, Тл , (1.16)

так как по этим участкам проходит половина магнитного потока полюса.

В сердечнике полюса

, Тл . (1.17)

5. Напряженность магнитного поля в однородных участках цепи определяется по кривым намагничивания заданных ферримагнитных материалов, а в воздушном зазоре - по формуле

 

, А/м . (1.18)

 

 

6. Из решения уравнения (1.1) можно найти суммарную намагничивающую силу (н. с.), соответствующую принятому значению магнитного потока Ф1, сравнить найденную н.с. с заданной величиной 2Iвωв. Задаваясь другими значениями магнитного потока и стремясь приблизиться к значению н.с. 2IвWвповторить решение прямой задачи.

 

7. Результаты расчета магнитной цепи МПТ для каждого значения магнитного потока удобно представить в виде таблицы.

 

Таблица 1.1 – Результаты расчета магнитной цепи машины постоянного тока

Параметр Участок Длина, м Сечение, м2 Поток, Вб Индукция, Тл Напряжен-ность, А/м Намагничи-вающая сила
Зазор Якорь Ярмо Полюс 2δ la lя 2hn Sδ Sa Sя Sn Ф Ф/2 Ф/2 Ф Bδ Ва Вя Вп Hδ На Ня Нп Hδ·2δ Наla Няlя Нп2hn
              S=    

 

 


Таблица 1.2 – Варианты задания

 

Тип МПТ Мощность, кВт МДС пары полюсов 2IвWв, Ав Размеры участков магнитной цепи
Dн, м Dj, м Dа, м Di, м L, м bп, м
1 П71 14,5 0.495 0.440 0.245 0.060 0.120 0.080
2 П92 30,0 0.680 0.590 0.340 0.085 0.190 0.110
3 П71 8,0 0.428 0.380 0.210 0.065 0.125 0.060
4 П71 19,0 0.428 0.380 0.210 0.065 0.125 0.060
5 П71 32,0 0.428 0.380 0.210 0.065 0.125 0.060
6 П72 10,0 0.428 0.380 0.210 0.065 0.165 0.060
7 П72 12,5 0.428 0.380 0.210 0.065 0.165 0.060
8 П72 10,0 0.428 0.380 0.210 0.065 0.165 0.060
9 П81 14,0 0.510 0.465 0.245 0.085 0.165 0.080
10 П82 19,0 0.510 0.465 0.245 0.085 0.182 0.080
11 П82 25,0 0.510 0.465 0.245 0.085 0.182 0.080
12 П82 25,0 0.510 0.465 0.245 0.085 0.182 0.080
13 П91 32,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.150 0.100
14 П91 25,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.156 0.100
15 П91 32,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.160 0.100
16 П91 50,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.165 0.100
17 П91 25,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.130 0.100
18 П91 30,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.140 0.100
19 П92 13,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.100 0.100
20 П92 75,0 0.592 0.530 0.294 0.085 0.170 0.100
21 П101 32,0 0.655 0.575 0.327 0.100 0.170 0.120
22 П101 70,0 0.655 0.575 0.327 0.100 0.190 0.120
23 П101 55,0 0.655 0.575 0.327 0.100 0.175 0.120
24 П101 90,0 0.655 0.575 0.327 0.100 0.180 0.120
25 П101 90,0 0.655 0.575 0.327 0.100 0.190 0.120
26 П101 125,0 0.655 0.575 0.327 0.100 0.210 0.120
27 П111 55,0 0.722 0.630 0.368 0.115 0.250 0.145
28 П111 36,0 0.722 0.630 0.368 0.115 0.270 0.145
29 П111 85,0 0.722 0.630 0.368 0.115 0.290 0.145
30 П111 190,0 0.722 0.630 0.368 0.115 0.310 0.145

 

* Для всех машин принять число пар полюсов 2р=4.

 


Таблица 1.3 - Варианты магнитной цепи машины постоянного тока

Группа Участок магнит-ной цепи
Ярмо Ст.3 поковка Ст. 3 Поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка Ст. 3 поковка
Полюс Ст. 3 Лист 1мм Ст. 3 Лист 1мм Ст. 3 Лист 1мм Ст. 3 Лист 1 мм
Якорь
Воздуш-ный зазор, мм 1,35 1,35 1,45 1,45 1,55 1,55 1,65 1,65 1,75 1,75 2,0 2,0

 

Для всех машин толщину листа электротехнической стали принять равной 0,5 мм.

 

8. По результатам серии расчетов магнитной цепи легко построить кривую намагничивания магнитопровода МПТ Ф=f(IW) и графически найти величину магнитного потока Фо, соответствующего заданному значению н.с. 2IвWв(как показано на рисунке 1.2).

Рисунок 1.2 - Характеристика намагничивания МПТ

 

 

9. По кривой намагничивания МПТ Ф =f(IW) можносделать вывод о степени насыщения магнитной цепи МПТ. Для этого на графике кривой намагничивания магнитопровода необходимо провести дополнительное построение - продолжить начальную прямолинейную часть кривой намагничивания до пересечения с линией, соответствующей значению магнитного потока Фо (рисунок 1.2). Точка А пересечения этих линий определяет величину н.с. Fδ, необходимой для проведения магнитного потока Фо через воздушный зазор.

Отношение (1.19)

называется коэффициентом насыщения магнитной цепи.

Коэффициент Кμ характеризует степень насыщения магнитопровода и существенным образом влияет на рабочие характеристики электрических машин. ДляМПТ величина Кμ находится в пределах 1,25 — 1,75.

 

Таблица 1.4 - Характеристики электротехнических материалов

 

Марка стали Магнитная индукция, Тл, при напряженности магнитного поля, А/м Удельные потери
В10 В50 В100 В500 В1000 В3000 При толщина листа, м Р1,0/50, Вт/кг
1. ГОРЯЧЕКАТАННАЯ ИЗОТРОПНАЯ СТАЛЬ
0,001 0,001 0,0005 5,8 5,4 2,5
0,0005 0,0005 0,0005 2,0 1,8 1,55
0,0005 0,0005 0,0005 1,55 1,40 1,25
2. ХОЛОДНОКАТАННАЯ ИЗОТРОПНАЯ СТАЛЬ
0,0005 2,5
- -
- -
3. ХОЛОДНОКАТАННАЯ АНИЗОТРОПНАЯ СТАЛЬ
- - - 0,0005 0,8
4. ЛИСТ. СТАЛЬ (Ст.3) ТОЛЩИНОЙ 1-2 мм ДЛЯ ПОЛЮСОВ
Ст.3      
5. ЛИТАЯ СТАЛЬ (Ст.3) ПОКОВКИ
         
6. ЧУГУН
         

 


Марка стали состоит из четырех цифр: первая цифра (1,2,3)обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки; вторая цифра (0,1,2,3,4,5) обозначает содержание кремния (О - содержание кремния до 0,4%; I - от 0,4 до- 0,8 %; 2 - от 0,8 до 1.8 %; 3 - от 1.8 до 2,4 %; 4 - от 2,8 до 3,8 %; 5 - от 3,8 до 4.8 %); третья цифра (0,1,2,6,7) обозначает группу стали по удельным потерям или величине магнитной индукции при определенной напряженности магнитного поля (0 - удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц, т.е. Р1,7/50; 2 – Р1,0/400; 6 - величину магнитной индукции при напряженности магнитного поля 0.4 A/м, т.е. В 0,4; 7 – В10); четвертая цифра (1,2,3,4,5,6) обозначает порядковый номер типа стали.




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.