книги / Расчет на ПЭВМ параметров магнитной цепи и характеристик генератора постоянного тока независимого возбуждения
..pdfМинистерство образования Российской Федерации
Пермский государственный технический университет
Э. В. Любимов
РАСЧЕТ НА ПЭВМ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ И ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Допущено |
Министерством |
образования |
РФ |
в |
качестве |
учебного пособия |
для студентов вузов |
||
электромеханических специальностей |
|
|
Пермь 2001
Рецензенты:
проф., д-р. техн. наук, чл.-кор. ЭАНРФ А. Т. Пластун', канд. техн. наук В. Ф. Шутъко (кафедра электрических машин Уральского государственного технического университета); проф., д-р. физ.-матем. наук, академик С. В. Русаков', канд. техн. наук А. И. Дерябин (кафедра информатики и инфор мационных технологий в системах управления Пермского военного ин ститута ракетных войск)
Любимов Э. В.
Расчет на ПЭВМ параметров магнитной цепи и характеристик ге нератора постоянного тока независимого возбуждения: Учеб, посо бие с дискетой для индивид, практ. занятий по курсу “САПР элек трических машин”/ Перм. гос. техн. ун-т, Пермь. 2001. 36 с.
ISBN 5-88151-256-1
Даны методика и алгоритмы расчета параметров основной маг нитной цепи, обмоток и характеристик генератора постоянного то ка независимого возбуждения. Приведены примеры расчета и ис пользования компьютерной графики для генератора мощностью 35 кВт и заданы исходные данные для 20 вариантов расчета генерато ров мощностью от 8,5 до 190 кВт. Пособие реализовано в про граммной среде Windows с использованием пакетов Word, Mathcad и AutoCAD и записано на дискете 3 V2”, 1.44 Mbyte.
Учебное пособие ориентировано на студентов вузов электроме ханических специальностей, изучающих курс автоматизированного проектирования электрических машин, и преподавателей, ведущих данный курс с применением технических средств обучения.
ISBN 5-88151-256-1 |
© Пермский государственный |
|
технический университет, 2001 |
|
Оглавление* |
|
^ |
Предисловие |
4 |
□ |
1. Исходная информация............................................................. |
5 |
D |
2. Методические указания к расчету.. |
9 |
D |
3. Алгоритмы и контрольные примеры . |
12 |
|
3.1. Исходные данные контрольных примеров .. |
12 |
D |
3.2. Чертеж магнитной цепи генератора. . . . |
14 |
D |
3.3. Расчет параметров петлевой обмотки якоря......................... |
15 |
D |
3.4. Схема петлевой обмотки якоря генератора и ее анализ . . . |
16 |
D |
3.5. Расчет параметров волновой обмотки якоря . |
17 |
D |
3.6. Схема волновой обмотки якоря . |
18 |
D |
3.7. Анализ схемы волновой обмотки якоря генератора........... |
19 |
□3.8. Расчет параметров магнитной цепи генератора и его ха
|
рактеристики холостого х од а ............................................................. |
20 |
|
3.9. Построение внешней характеристики генератора................ |
30 |
|
3.10. Построение регулировочной характеристики генератора |
33 |
D |
Заключение . . . |
35 |
^ |
Библиографический список |
36 |
* Для открытия раздела электронной версии нужно указатель мыши подвести под кнопку, которая расположена в оглавлении слева, рядом с названием раздела, и сделать левой клавишей мыши двойной щелчок. Для выхода из раздела необходимо нажать од новременно на клавиатуре клавиши Ctrl и F4.
3
Э. В. Любимов «Расчет на ПЭВМ параметров магнитной цепи и характеристик генера тора постоянного тока независимого возбуждения»
Предисловие
В настоящем пособии, имею щ ем электронную версию , даны м етодика, алгоритмы и примеры расчета параметров основной магнитной цепи, об моток и характеристик генератора постоянного тока независимого возбу ждения, а также использования компью терной графики на IBM - совместимых персональных компьютерах с процессорами 80386, 80486 или Pentium в программной среде M icrosoft® W indows™ версии 3.1, 3.11. 95 или M icrosoft®W indows-NT™ с использованием пакетов W ord версии 6,7,95, M athcad версии plus 5.0, 6.0, 7.0 и AutoCA D версии 9-14 [1-7].
В основу расчетов положен теоретический материал, излож енны й в учебнике М. П. Костенко и Л. М. Пиотровского [1], при этом предполага ется, что студент имеет начальные навыки работы с програм м ной средой W indows и пакетами W ord, M athcad и AutoCAD, полученны е в процессе изучения информатики на младших курсах.
Учебное пособие предназначено для углубленного изучения курсов: ’’Электрические маш ины” и “Инженерное проектирование и С А П Р элек трических машин” студентами электротехнических специальностей. Д е тальное рассмотрение в нем примеров расчета и маш инной граф ики для генератора мощностью 35 кВт позволит выполнить расчеты и граф ику с другими исходными данными и получить сведения о принципах построе ния расчетных и графических подсистем электротехнических С А П Р.
При работе над учебным пособием использованы м атериалы индивиду альных практических занятий лекционного курса, прочитанного автором в 1996-1999 гг. на кафедре электротехники ПГТУ.
Автор выражает глубокую признательность А. М аясину, Д. Теплоухову, В. Мезину, А. Невлеру, А. Печенкину и всем студентам П ерм ского госу дарственного технического университета - слуш ателям курса “И н ж ен ер ное проектирование и САПР электрических м аш ин”, общ ение и работа с которыми помогли написать данное пособие.
Учебное пособие записано на дискете 3 '/г”, 1.44 Mbyte в упакованном через диско вый компрессор виде.
Справки по использованию дискеты можно получить по адресу:
РФ-614000 г. Пермь, Пермский государственный технический университет, Комсо мольский проспект, 29 а;
тел. +7 (3422) 1980 28 факс+7 (3422) 3111 47 e-mail Lis@pstu.ac.ra.
4
1. Исходная информация
1. Исходная информация
Учебное пособие представлено в виде 20 вариантов индивидуальных за даний, выполняемых студентами при очной системе обучения на практи ческих занятиях в компьютерном классе, под наблюдением преподавателя, а при заочной системе обучения - самостоятельно, на собственном или арендованном компьютере.
При выполнении задания требуется:
5
Э. В. Любимов «Расчет на ПЭВМ параметров магнитной цепи и характеристик генера тора постоянного тока независимого возбуждения»
Технические данные для 20 вариантов расчета параметров магнитной цепи генератора и его характеристик приведены в табл. 1.1 [8].
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
Но |
Ном. |
Ном. |
Ном. |
Ном. |
Чис |
Зазор На- |
ВнуДли- Чис |
Чис |
Вы |
|||
мер |
мощ |
нап |
ток |
час |
ло |
под |
руж. |
трен. |
на |
ло |
ло |
сота |
вари |
ность ряже 1н,А |
тота |
пар |
осн. |
диа |
диа |
сер |
рад. |
пазов |
паза |
||
анта |
Рн, |
ние |
|
вращ. осн. |
по |
метр |
метр |
деч |
вент. |
якоря hn, мм |
||
|
кВт |
ин,в |
|
пн, об/ по |
лю |
якоря якоря ника |
кана |
2 |
|
|||
|
|
|
|
мин |
лю |
сами |
Da, |
Da вн? |
якоря лов |
|
|
|
|
|
|
|
|
сов р |
5, мм |
ММ |
мм |
la, ММ Пв |
|
|
|
1 |
48 |
115 |
420 |
1500 |
2 |
4 |
320 |
155 |
140 |
- |
71 |
23 |
2 |
120 |
230 |
525 |
650 |
3 |
3 |
520 |
259 |
286 |
3 |
84 |
34 |
3 |
80 |
230 |
353 |
800 |
2 |
4,5 |
400 |
143 |
320 |
4 |
43 |
36 |
4 |
40 |
230 |
178 |
970 |
2 |
3 |
400 |
193 |
170 |
- |
49 |
31 |
5 |
70 |
230 |
310 |
970 |
2 |
4 |
400 |
126 |
190 |
2 |
48 |
30 |
6 |
14 |
230 |
64 |
1300 |
2 |
2 |
245 |
60 |
120 |
- |
35 |
36 |
7 |
65 |
460 |
140 |
580 |
2 |
4 |
380 |
150 |
200 |
2 |
41 |
36 |
8 |
25 |
230 |
112 |
1860 |
2 |
2 |
245 |
60 |
120 |
- |
35 |
36 |
9 |
63 |
230 |
280 |
1000 |
2 |
4 |
410 |
115 |
150 |
- |
49 |
40 |
10 |
17 |
230 |
74 |
1300 |
2 |
2 |
245 |
60 |
120 |
- |
35 |
36 |
11 |
8,5 |
115 |
78 |
1350 |
2 |
2 |
245 |
60 |
80 |
- |
35 |
36 |
12 |
41 |
230 |
182 |
1470 |
2 |
2 |
295 |
85 |
140 |
- |
31 |
36 |
13 |
110 |
230 |
482,5 |
1450 |
2 |
2,5 |
327 |
100 |
240 |
- |
46 |
34 |
14 |
150 |
230 |
658 |
1450 |
2 |
3 |
368 |
115 |
215 |
- |
42 |
34 |
15 |
190 |
230 |
832 |
1450 |
2 |
3 |
368 |
115 |
265 |
- |
50 |
34 |
16 |
19 |
230 |
85 |
1850 |
2 |
1.5 |
210 |
65 |
125 |
- |
33 |
27 |
17 |
25 |
230 |
110 |
1800 |
2 |
1,5 |
210 |
65 |
165 |
- |
27 |
27 |
18 |
138 |
230 |
620 |
970 |
2 |
4,5 |
475 |
125 |
220 |
- |
63 |
46 |
19 |
35 |
230 |
155 |
1450 |
2 |
2 |
245 |
75 |
175 |
- |
29 |
27 |
20 |
50 |
230 |
220 |
1450 |
2 |
2 |
294 |
85 |
150 |
- |
29 |
34 |
6
1. Исходная информация
Окончание табл. 1.1
Но |
Ши |
Число Число Нар. |
Внут. |
Длина Ши |
Длина Коэф. |
Соп- |
Ток |
||||
мер |
рина |
акт. |
пар |
диа |
диа |
сер |
рина |
ярма |
по |
ро- |
возб. |
вари |
паза |
про |
парал. |
метр |
метр |
деч |
сер- |
U мм |
люс |
тивлепри |
|
анта |
Ьп, мм |
вод |
вет |
ярма |
ярма |
ника |
деч. |
|
ной |
ние |
1=1н |
|
|
ников |
вей |
Du мм D2, мм осн. |
осн. |
|
дуги |
цепи |
iiio, о.е. |
||
|
|
N |
обм. |
|
|
полю полю |
|
а |
якоря |
|
|
|
|
|
а |
|
|
са |
са |
|
|
Ra, Ом |
|
|
|
|
|
696 |
|
U, мм |
Ьм, мм |
240 |
0,716 |
|
0,15 |
1 |
7,5 |
142 |
1 |
610 |
140 |
137 |
0,08 |
||||
2 |
9 |
505 |
3 |
872 |
760 |
280 |
172 |
460 |
0,772 |
0,01 |
0,12 |
3 |
П,5 |
170 |
1 |
784 |
680 |
215 |
150 |
520 |
0,714 |
6,012 |
0.13 |
4 |
11 |
294 |
1 |
754 |
660 |
170 |
160 |
270 |
0,67 |
0,046 |
0,15 |
5 |
12,3 |
480 |
2 |
780 |
700 |
180 |
160 |
440 |
0,72 |
0,024 |
0,14 |
6 |
7,9 |
556 |
1 |
495 |
440 |
120 |
80 |
240 |
0,163 |
0,187 |
0,1 |
7 |
12 |
492 |
1 |
750 |
660 |
190 |
155 |
340 |
0,7 |
0,126 |
0,1 |
8 |
7,9 |
420 |
1 |
495 |
440 |
120 |
80 |
240 |
0,63 |
0,09 |
0,12 |
9 |
10 |
294 |
1 |
800 |
680 |
150 |
150 |
220 |
0,65 |
0,037 |
0,14 |
10 |
7,9 |
556 |
1 |
495 |
440 |
120 |
80 |
240 |
0,63 |
0,18 |
0,13 |
11 |
7,9 |
420 |
1 |
495 |
440 |
80 |
80 |
200 |
0,63 |
0,11 |
0,15 |
12 |
11 |
372 |
1 |
595 |
530 |
140 |
100 |
290 |
0,65 |
0,06 |
0,1 |
13 |
7,7 |
276 |
2 |
655 |
575 |
240 |
120 |
450 |
0,66 |
0,015 |
0,1 |
14 |
9,2 |
252 |
' 2 |
722 |
630 |
215 |
145 |
455 |
0,68 |
0,01 |
0,14 |
15 |
8,1 |
200 |
2 |
722 |
630 |
265 |
145 |
505 |
0,64 |
0,007 |
0,15 |
16 |
7,3 |
396 |
1 |
456 |
410 |
125 |
60 |
265 |
0,63 |
0,136 |
0,13 |
17 |
8,7 |
324 |
1 |
456 |
410 |
165 |
60 |
305 |
0,63 |
0,093 1 0,12 |
|
18 |
9 |
372 |
2 |
ЭЮ |
770 |
220 |
155 |
320 |
0,65 |
0,00<Г |
0,15 |
19 |
10 |
290 |
1 |
516 |
465 |
175 |
75 |
345 |
0,64 |
0,073 |
0,14 |
20 |
11,4 |
290 |
1 |
592 |
530 |
150 |
100 |
335 |
0,65 |
0,048 |
0,1 |
7
Э. В. Любимов «Расчет на ПЭВМ параметров магнитной цепи и характеристик
генератора постоянного тока независимого возбуждения»
Для рассмотрения и анализа схем якорных обмоток генератора использу ются данные, приведенные в табл. 1.2.
|
|
Петлевая обмотка |
|
Номер |
Число |
Число |
Показа |
вари |
элемен |
пар по |
тель |
анта |
тарных |
люсов |
слож |
|
пазов |
Р |
ности |
|
|
обмотки |
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
1 |
28 |
2 |
2 |
2 |
24 |
3 |
1 |
3 |
20 |
2 |
1 |
4 |
24 |
2 |
2 |
5 |
22 |
2 |
1 |
6 |
21 |
2 |
2 |
7 |
22 |
1 |
1 |
8 |
34 |
2 |
1 |
9 |
39 |
2 |
2 |
10 |
33 |
2 |
2 |
11 |
32 |
2 |
1 |
12 |
20 |
1 |
1 |
13 |
28 |
2 |
1 |
14 |
36 |
3 |
1 |
15 |
22 |
2 |
2 |
16 |
41 |
2 |
2 |
17 |
19 |
1 |
1 |
18 |
24 |
2 |
1 |
19 |
36 |
2 |
2 |
20 |
20 |
1 |
1 |
Ход Число обмотки элемен
тарных
пазов
2э
Левая |
19 |
|
Правая |
20 |
|
Левая |
34 |
|
__п __ |
41 |
|
Правая |
19 |
|
__п __ |
16 |
|
__п __ |
41 |
|
__п __ |
22 |
|
Левая |
32 |
|
__i f __ |
37 |
|
__и __ |
||
31 |
||
Правая |
30 |
|
__t t __ |
39 |
|
__f t __ |
32 |
|
__и __ |
||
34. |
||
__r t __ |
||
20 |
||
Левая |
24 |
|
__u __ |
25 |
|
Правая |
30 |
|
__f t __ |
33 |
|
Таблица 1.2 |
|
Волновая обмотка |
|
|
Число |
Показа |
Ход |
пар по |
тель |
обмотки |
люсов |
слож |
|
Рности
обмотки
2 |
m |
Левая |
|
1 |
|||
2 |
1 |
Правая |
|
2 |
2 |
Левая |
|
2 |
1 |
__п __ |
|
2 |
1 |
Правая |
|
2 |
1 |
__п __ |
|
3 |
1 |
__I t __ |
|
2 |
2 |
__f t __ |
|
2 |
2 |
Левая |
|
3 |
1 |
__t t __ |
|
2 |
1 |
__t r __ |
|
2 |
2 |
Правая |
|
2 |
1 |
__t t __ |
|
2 |
1 |
__t t __ |
|
3 |
1 |
__и __ |
|
__/#__ |
|||
1 |
1 |
||
2 |
2 |
Левая |
|
2 |
1 |
__I f __ |
|
2 |
1 |
Правая |
|
2 |
1 |
__ft __ |
А теперьрассмотрим, какрационально организовать свою
8
2.Методические указания к расчету
2.Методические указания к расчету
Учебное пособие построено таким образом, что студент должен начать работу с контрольного варианта. Получить на компьютере все результаты расчетов и графику, а затем, соответственно заданию, выполнить собст венный вариант.
Рекомендации для выполнения пунктов задания:
1. При выполнении чертежа магнитной цепи генератора сред ствами AutoCAD следует ориентироваться на рис. 3.1. На черте же должен быть указан масштаб и даны все размеры в милли метрах. Для снижения трудоемкости выполнения чертежа жела тельно использовать опцию копирования его одинаковых частей.
2. Примеры развернутых схем петлевой и волновой об моток якоря генератора приведены соответственно на рис. 3.2 и 3.3. На схеме изображаются основные полюса шири ной ат. Щетки следует расположить на геометрических нейтралях коллектора, т. е. против осей основных полю сов. Ширина щеток принимается равной ширине Ш кол лекторных пластин. Считая, что якорь движется относи тельно полюсов влево и полюса располагаются над обмот кой, нужно определить и показать стрелками направление ЭДС в проводниках верхнего и нижнего слоев обмотки и обозначить полярность щеток. При определении состава параллельных ветвей следует иметь в виду, что каждая ветвь обмотки представляет цепь из ряда последовательно соединенных секций,от щетки одной полярности до щетки другой полярности. Короткозамкнутые секции не входят в состав параллельных ветвей. Такие секции для наглядно сти нужно выделить линиями большей толщины. Для сни жения трудоемкости выполнения чертежа желательно использовать опцию копирования изображений секций, коллекторных пластин, полюсов и щеток.
9
Э. В. Любимов «Расчет на ПЭВМ параметров магнитной цепи и характеристик генера тора постоянного тока независимого возбуждения»
3. Расчет магнитной цепи генератора вы полняется по формулам, приведенным в контрольном примере. Е д и ницы измерения - в системе СИ. П ри расчетах следует принять:
•материал полюсов - сталь 1211;
•материал якоря - сталь 1212;
•материал ярма - литая сталь;
• коэффициент заполнения пакетов сталью к с = 0,9;
• коэффициент рассеяния полю сов |
= 1,2; |
• ширина вентиляционного канала Ь в= 10 мм;
•форма паза - прямоугольная.
Сцелью сокращения объемов информации следует для аппроксимации кривых намагничивания и характеристик генератора использовать кубические сплайны. Причем при построении характеристики холостого хода генерато
ра принимается, что в интервале от E Q = 0 до Ео = 0 ,5 U H она прямолинейна, т. к. магнитная цепь в этих пределах ненасыщена. Число точек и интервалы между точками на криволинейном участке характеристики (от Ео - 0,5U Hдо
EQ—1,0U„ и от Ео = 1,0UHдо Е о = 1,25UH) подбираю тся в процессе расчета опытным путем таким образом, чтобы абсциссы точек располагались примерно равномерно и сплайн имел монотонный характер.
4. |
Для построения |
по |
кривой |
холостого хода |
ео = |
f(iB) внешней u |
= |
f(i) и |
регулировочной |
iB= f(i) |
характеристик генератора используется метод |
характеристического треугольника [1]. В представлен ном алгоритме координаты вершин характеристическо го треугольника определяются аналитически, путем ре шения трансцендентного уравнения. Число точек и ин тервалы между точками для тока якоря (в о. е.) необхо димо брать такими же, что и для ЭДС.
10