Кафедра: «электроэнергетических систем и

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА: «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Электрические машины постоянного тока»

по дисциплине «Электрические машины»

Выполнил:

студент группы

Нечаев И.В.

Шифр: ЭЭ-15-005

Проверил:

Преподаватель

Князев О.А.

Новосибирск

Г.

Расчетно-пояснительная записка

1. Введение. Цель курсового проекта. 3

2. Описание конструкции и принципы действия машин постоянного тока. 4

3. Задача 1. Построение схемы обмотки якоря. 10

4. Задача 2. Построение внешней характеристики генератора постоянного тока. 17

5. Построение скоростной характеристики двигателя постоянного тока. 23

6. Заключение. 26

7. Список используемой литературы. 27

Введение. Цель курсового проекта.

В данной курсовой работе представлены решение задания по дисциплине «Электрические машины», необходимый теоретический материал, поясняющие примеры.

Работа над курсовым проектом преследует цели практического закрепления лекционного материала.

Описание конструкции и принципы действия машин постоянного тока.

Устройство статора

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора, называемого в машинах постоянного тока якорем. Эскиз машины постоянного тока показан на рис. 1.1, а общий вид с разрезом — на рис.1.2.

Статор состоит из станины 1 (рис. 1.1), главных полюсов 2 (рис. 1.1), дополнительных полюсов 3 (рис. 1.1), подшипниковых щитов 4 (рис. 1.2) и щеточной траверсы со щетками 6 (рис. 1.2.).

Станина имеет кольцевую форму и изготовляется из стального литья или стального листового проката. Она составляет основу всей машины и, кроме того, выполняет функцию магнитопровода.

Главные полюсы служат для создания постоянного во времени и неподвижного в пространстве магнитного поля. С этой целью по обмотке полюсов пропускается постоянный ток, называемый током возбуждения (в машинах малой мощности в качестве полюсов могут использоваться постоянные магниты).

Дополнительные полюсы устанавливаются между главными и служат для улучшения условий коммутации.

Подшипниковые щиты закрывают статор с торцов. В них впрессовываются подшипники, и укрепляется щеточная траверса, которая с целью регулирования может поворачиваться. На щеточной траверсе закреплены пальцы, которые электрически изолированы от траверсы. На пальцах установлены щеткодержатели со щетками, изготовленными из графита или смеси графита с медью.

Устройство якоря

Вращающаяся часть машин – якорь 9 (рис. 1.1, 1.2, а, б) состоит из сердечника 7 (рис. 1.1), обмотки 8 (рис. 1.1) и коллектора 5 (рис. 1.2.).

Сердечник имеет цилиндрическую форму. Он набирается из колец или сегментов листовой электротехнической стали, на внешней поверхности которых выштампованы пазы. В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.

Коллектор (рис. 1.3) набран из медных пластин клинообразной формы 1 (рис. 1.3.), изолированных друг от друга, и корпуса 3 (рис. 1.3.) миканитовыми прокладками 2 (рис. 1.3.), образующими в сборе цилиндр, который крепится на валу якоря.

Рис. 1.3

Принцип действия генератора.

Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 1.4, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e1 и e2, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, – к нам. По ходу витка ЭДС складываются, результирующая ЭДС е = е1 – е2.

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него – к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя – отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя – с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя.

То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под действием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний - влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Рис. 1.5

Направление тока в проводниках витка изменяется на противоположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

Исходные данные

Дано:

По таблице 3 (Вариант 5)

По таблице 4 (Вариант 0)

Таблица 3 – Исходные данные к выполнению задачи 2

Номинальные данные машины при U=230B и частоте вращения n=1500 об/мин
Номинальная мощность, Рн.и, кВт	Ток возбуждения при холостом ходе Iв.о.и, A	Реакция якоря при номинальном токе нагрузки в масштабе тока возбуждения, Iв.а.и, A	Сопротивление обмотки якоря, rя.и, Om	Сопротивление обмотки добавочных полюсов, rд.п.и, Om	Сопротивление обмотки возбуждения, rв.и, Om
19	1,5	0,25	0,092	0,03	77

Таблица 4 –Заданные значения напряжения и частоты вращения машины постоянного тока

Номинальная частота вращения, nн, об/мин	Номинальное напряжение в генераторном режиме, Uн, B	Номинальное напряжение в двигательном режиме, Uнд, B
750	230	220

Расчет исходных данных:

А) Номинальная мощность:

Б) Ток возбуждения при холостом ходе:

В) Реакция якоря при номинальном токе якоря в масштабе тока возбуждения:

Г) Сопротивление обмотки якоря:

Д) Сопротивление обмотки добавочных полюсов:

Е) Сопротивление обмотки возбуждения:

Таблица 5- Уточнённые исходные данные к задаче 2

Рн, кВт	n, об/мин	Uн, В	Iв.о, А	Iв.а, А	Rя , Ом	Rд.п , Ом	Rв , Ом
9,5	750	230	1,5	0,25	0,368	0,12	77

Исходные данные

Исходные данные определяются

- U _Н.Д =220В, по мощности, по реакции якоря в масштабе тока возбужде­ния, по сопротивлению обмотки якоря, добавочных полю­сов и возбуждения - из таблицы 5.

Методические указания

Скоростная характеристика - это зависимость частоты вращения от тока нагрузки при постоянстве сопротивлений цепи якоря и возбуждения. При отсутствии добавочных сопротивлений в этих цепях скоростная характеристика называется естественной; при наличии добавочных сопротивлений скоростные характеристики становятся искусственными.

В решаемой задаче проводится расчёт естественной скоростной характеристики

n = φ(Iя).

Скоростная характеристика строится в следующем порядке:

- Определить номинальный ток якоря

- назначить несколько текущих значений тока нагрузки I_я в пределах от 0 до 2I_ЯН (6 + 7 значений, включая номинальное);

- определить э.д.с. якоря для каждого значения тока нагрузки

где ∆U_щ = 2В - падение напряжения на щётках;

- определить ток возбуждения

- определить часть тока возбуждения, связанную с созданием магнитного потока в воздушном зазоре

для каждого значения I^‛_В по характеристике холостого хода на рисунке 9 определить э.д.с. Е’_В, которая была бы при вращений ротора с номинальной частотой п_н.

- определить действительную частоту вращения при текущем значении тока нагрузки и соответствующей ему э.д.с. Е

Действительная частота вращения при текущем значении тока (43,18 A), и соответствующей ему э.д.с.

Результаты расчётов заносятся в таблицу 9 и по её данным строится график скоростной характеристики, примерный вид кото­рой изображен на рисунке 10.

Таблица 8 –Данные для построения скоростной характеристики

IЯ, А	0	15	25	43,18	50	55	60
EА, В	218	210,68	205,8	196,93	193,6	191,16	188,72
I’В, А	112,26	0,9	1,5	2,6	3,01	3,31	3,61
E’А, В	11,5	183	230	250,15	276	282	285
n, об/мин	653,6	631,66	617,02	590,43	580,45	573,13	565,82

Рисунок 10 – Внешняя характеристика

6. Заключение

При написании курсовой работы я узнал устройства машин постоянного тока, также узнал, что достоинство машин постоянного тока параллельного возбуждения заключается:

- большой диапазон скоростей;

- удобно и экономично регулировать величины тока возбуждения;

Недостаток:

- сложность конструкции;

- наличие скользящего контакта в коллекторе;

- необходим источник постоянного тока;
Я так же узнал, что чаще всего неисправность в машинах постоянного тока связана с коллектором.

7. Список используемой литературы

1 http://electrono.ru/elektricheskie-mashiny/ustrojstvo-mashin-postoyannogo-toka

2 http://electrono.ru/elektricheskie-mashiny/princip-dejstviya-mashin-postoyannogo-toka

3 http://www.radioingener.ru/category/prostaya-volnovaya-obmotka/

4 https://www.electromechanics.ru/direct-current/578-simple-wave-winding.html

5 О.А. Князев «Электрические машины» методические указания по выполнению контрольных работ. НГАВТ, 2012.

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА: «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ