3. Содержание курсового проекта
Курсовой проект выполняется на основании технического за-дания и состоит из пояснительной записки и графической части.
Пояснительная записка должна содержать расчеты, перечислен-ные в таблице 1, где также указан примерный объем работы, необхо-димой для выполнения каждого раздела в процентах ко всему объему проекта. График выполнения проекта с указанием сроков выполнения отдельных разделов по неделям семестра сообщается студентам при выдаче задания.
Отдельные части проекта должны быть выполнены и представле-ны для проверки руководителю в сроки, указанные в графике. Это да-ет возможность своевременно исправить допущенные ошибки и орга-низовать равномерную работу над проектом в течение семестра. К за-щите проекта должны быть представлены пояснительная записка и графическая часть.
Таблица 1
Объем и график выполнения основных разделов
курсового проекта
№ п/п Разделы проекта Объем
в % Сроки
выполнения
1 Магнитная цепь машины. Размеры, конфигура-ция, материал 7 1–2 недели
2 Расчёт обмоток якоря, добавочных полюсов и стабилизирующей последовательной обмотки главных полюсов 20 3–6 недели
3 Расчёт характеристики намагничивания и па-раллельной обмотки главных полюсов 16 7–9 недели
4 Расчёт щеток, коллектора и коммутационных параметров 5 9 неделя
5 Расчёт параметров номинального режима и рабочих характеристик. Регулирование частоты вращения 12 10–11 неде-ли
6 Разработка конструкции (размещение обмоток главных и добавочных полюсов, выполнение чертежей общих видов в тонких линиях) 25 12–14 неде-ли
7 Тепловой и вентиляционный расчеты 8 15 неделя
8 Расчёт массы и динамических показателей 2 15 неделя
9 Завершение чертежей и оформление поясни-тельной записки 5 16 неделя
10 Итого 100
11 Сдача и защита курсового проекта – 17–18 неде-ли
Графическая часть должна быть выполнена на двух листах форма-та А1.
На первом листе размещаются:
- схема-развертка якорной обмотки;
- звезда и полигон якорной обмотки;
- рабочие характеристики и характеристики намагничивания;
- зубец и паз якоря со спецификацией.
На втором листе предоставляется чертеж машины в двух проекци-ях с необходимыми сечениями и разрезами.
4. Учебные пособия
Рекомендованная методика расчёта двигателя постоянного тока изложена в учебнике «Проектирование электрических машин» под ред. О. Д. Гольдберга [1].Однако для полноты проработки материала необходимо также использовать и другие источники.
Так, в [2], кроме примера расчёта двигателя постоянного тока из-ложен также общий подход к проектированию электрических машин, рассмотрены вопросы их надёжности и оптимального проектирования, представлены основные сведения об их конструктивных особенно-стях.
Методика инженерного расчёта серий электрических машин с примерами представлена в [3] и может быть полезна при выполнении курсового проекта. Однако следует иметь в виду, что при проектиро-вании серий электрических машин необходимо учитывать ряд специ-фических требований, предъявляемых к единым сериям машин посто-янного тока. При учебном проектировании единичной машины полное использование этой методики не рекомендуется.
В [3] рассмотрены конструктивные особенности электродвигате-лей, технология их изготовления, а также приведены чертежи двига-телей постоянного тока исполнений IP44, IC0141 и IP22, IC01.
В [4, 5] приведены технические данные и описаны особенности конструкции и области применения электрических машин, дана общая классификация электрических машин, приведены системы их охла-ждения, рассмотрены конструкции и схемы обмоток машин постоян-ного тока, основные сведения по стандартизации в электромашино-строении и сведения по организации технического обслуживания и ремонта электрических машин.
Примеры общей компоновки машин и конструкция отдельных уз-лов и деталей, а также технология изготовления основных деталей и сборок приведены в [6].
При выполнении чертежей общих видов двигателя постоянного тока неоценимую помощь окажет [7].
Для успешного выполнения курсового проекта необходимо вос-становить в памяти сведения, полученные из курса лекций по элек-трическим машинам, а также (или) использовать учебники, рекомен-дованные лектором или в данном пособии [8].
При разработке конструкции необходимо руководствоваться име-ющимися на кафедре теоретической электротехники и электрических машин чертежами машин постоянного тока, близких по мощности к габаритам, заданным в техническом задании. Большую помощь в изу-чении и разработке конструкции окажут стенды с деталями машин постоянного тока и учебные плакаты, имеющиеся в лаборатории элек-трических машин (ауд. 5–409).
5. Указания к выполнению отдельных разделов проекта
Рабочей программой дисциплины «Электрифицированное обору-дование воздушных судов» не предусмотрены лекции по проектиро-ванию электрических машин. Поэтому, прежде чем приступить к про-ектированию, необходимо:
1. Восстановить в памяти сведения, полученные из курса лекций по электрическим машинам или заново проработать теоретическую часть курса по машинам постоянного тока, пользуясь рекомендован-ными учебниками, например [8]. При этом основное внимание долж-но быть уделено следующим вопросам: принцип действия машин по-стоянного тока; схема замещения и основные уравнения; расчёт маг-нитной цепи; реакция якоря; вопросы коммутации; режимы работы; основные характеристики; методы пуска; способы регулирования ча-стоты вращения.
2. По одному из учебников [1–5] проработать следующие во-просы:
- стандартизация в области электрических машин;
- главные размеры, машинная постоянная, подходы к проектиро-ванию электрических машин;
- материалы, применяемые в электромашиностроении;
- вопросы конструирования машин постоянного тока: механиче-ский расчёт вала, конструкции и схемы обмоток машин постоянного тока; узел коллектора, станина, подшипниковые щиты, главные и до-бавочные полюса с обмотками;
- системы вентиляции электрических машин;
- методы теплового расчёта;
- требования к вентиляции, вентиляционный расчёт;
- примеры конструктивного исполнения двигателей постоянного тока IP44, IC0141 и IP22, IC01.
При выполнении расчетов необходимо ориентироваться на хо-рошо проверенные серийные двигатели серии 2П. Это, однако, не означает, что двигатель, спроектированный студентом, во всех деталях должен повторять каталожную машину. Отдельная серийная машина может отличаться от оптимальной с точки зрения использования ак-тивных материалов, т. к. при проектировании серии электрических машин большое внимание уделяется, например, наилучшему исполь-зованию технологического оборудования для изготовления двигателей своей серии. А в этом случае приходится отступать от оптимальных соотношений в одном отдельном двигателе. Студент же проектирует одну машину, для которой должны быть выбраны оптимальные значе-ния электромагнитных нагрузок, отношения длины машины к ее диа-метру и т. д.
5.1. Магнитная цепь машины
При выборе высоты оси вращения h следует пользоваться средним уровнем привязки мощностей двигателей к h (приложение 5) или ис-пользовать уровень привязки, принятый в серии 2П (приложение 6). Число полюсов машины 2р принимают при h < 112 мм равным 2, при h > 112 мм 2р = 4. Наружный диаметр сердечника якоря Dн2 определя-ется по графику Dн2=f (Dн1), приведённому в [1],
где Dн1 – наружный диаметр станины по расчету. Расчетные значения диаметров не должны превышать предельно допустимых значений Dн1max и Dн2max.
При предварительном определении электромагнитных нагру-зок А2[А/СМ], В?[TЛ] и КПД ?, необходимо воспользоваться графика-ми, приведенными в [1], с. 225. При этом следует учесть, что при h < 200 мм применяются полузакрытые овальные пазы, а при h > 200 мм – открытые прямоугольные пазы.
В машинах серии 2П защищенного исполнения (IP22) при h < 220 мм применяют изоляцию класса нагревостойкости В, закрытого ис-полнения (IP44) – класса F. При расчете А2 и В? для машин закрытого исполнения (IP44) при частотах вращения, отличных от 1500 об/мин необходимо ввести поправочные коэффициентыК4 и К5, а для машин защищенного исполнения (IP22) – дополнительно коэффициенты К1 и К2 (см. [1], с. 226).
Электромагнитные нагрузки связаны с геометрическими размера-ми машины основным расчетным уравнением [1, 2]:
,
где l2 – длина якоря, мм;
P?– расчётная мощность, Вт;
n – частота вращения, об /мин;
?? – расчетный коэффициент полюсной дуги (см. [1], с. 226.)
Из формулы следует, что чем больше А2 и В?, тем меньше габари-ты машины D2н2? l2 при неизменной мощности Р?и частоте вращения n. Выбор больших (по верхним пределам) значений А2 и В? приводит к уменьшению габаритов машины, но одновременно увеличивается нагрев и снижается КПД. При выборе низких значений А2 и В? увели-чиваются габариты машины. Но и при выбранных электромагнитных нагрузках А2 и В? произведение D2н2? l2 ещё не определяет главные размеры, т. к. этому произведению соответствует множество различ-ных значений Dн2 и l2. Поэтому определение главных размеров сводит-ся к выбору соотношений этих размеров ? = l 2/Dн2. Величина ? может изменяться в широких пределах от 0,4 до 1,6. При выборе ? следует учитывать, что в коротких машинах улучшаются условия коммутации, т. к уменьшается величина реактивной ЭДС Eр. Однако из экономиче-ских соображений длину якоря l2 стремятся увеличить, т. к. стои-мость коллектора и подшипников практически не зависит от длины машины, а минимум меди обмотки якоря достигается при приближе-нии ? к 1,5.Значение ? не должно выходить за пределы ?min = 0,9 и ?max = 1,5.
Если в результате расчета полученные значения ? < ?min, то надо перейти на ближайшую меньшую, а если ? > ?max – на ближайшую большую стандартную высоту оси вращения h.
Необходимо отметить, что в следующих разделах проекта воз-можны некоторые изменения главных размеров машины. В этом слу-чае пересчета главных размеров производить не следует, достаточно дать обоснование их изменения.
Величина воздушного зазора ? у машины без компенсационной обмотки (КО) выбирается достаточной для того, чтобы знак магнитно-го поля по длине полюсной дуги не изменялся. В противном случае может произойти опрокидывание поля. Однако увеличение ? приво-дит к увеличению мощности и габаритов обмотки возбуждения (ОВ). В [1], с. 230 рекомендуется применение эксцентричного зазора для уменьшения размагничивающего действия реакции якоря (РЯ) и уменьшения уровня магнитного шума. Средние значения ?, применяе-мые на практике, приведены в [1], с. 231.
При выборе сердечников якоря, главных (ГП) и добавочных (ДП) полюсов, а также станины, необходимо следовать рекомендациям, приведенным в [1], с. 228…233. Высота ГП hп рассчитывается предва-рительно, а затем, после расчета ОВ и вычерчивания эскиза межпо-люсного окна с расположением катушки, величина hп уточняется. При расчете ширины ГП bп используется предварительное значение маг-нитной индукции В п.
