Аппроксимация кривых намагничивания сталей и использование результатов аппроксимации при проектировании электрических машин

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)”

(СПбГЭТУ)

Факультет электротехники и автоматики

Кафедра электрические машины

 

 

 

 

 

ОТЧЁТ

ПО УЧЕБНОЙ ПРАКТИКЕ

 АППРОКСИМАЦИЯ КРИВЫХ НАМАГНИЧИВАНИЯ СТАЛЕЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АППРОКСИМАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

 

 

 

 

Студент	Касьяненко М.Г.
Группа	2403
Научный руководитель	Матюхов В.Ф.

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2014

Содержание

Введение3

1. Классификация электрических машин4
1. Конструкция и принцип действия электрических машин постоянного тока4
2. Конструкция и принцип действия электрических машин переменного тока3
2. Материалы применяемые в электрических машинах5
3. Кривые намагничивания3
1. Аппроксимация кривых намагничивания3

Заключение3

Список использованной литературы3

Приложение3

 

 

Введение

История развития электромашиностроения, начиная со времен открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции (1831 г.) и до 80-х годов прошлого столетия, представляет собой по существу историю развития машины постоянного тока. За это время она прошла 4 этапа развития, а именно: 1) машины магнитоэлектрического типа с постоянными магнитами, 2) машины электромагнитного типа с независимым возбуждением, 3) машины электромагнитного типа с самовозбуждением и элементарным типом якоря и           4) машины многополюсного типа с усовершенствованным якорем.

Электротехническая промышленность является ведущей отраслью промышленности России. Электрические машины используются во всех промышленных, военных, сельскохозяйственных и бытовых установках. Качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.

Электрические машины в общем объёме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важное значение для экономики нашей страны.

Проектирование электрических машин – это искусство, соединяющие знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

При создании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении трудоемкость и расход  материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала  высокой надёжностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом машина должна соответствовать условиям применения её в электроприводе. При проектировании электрических машин необходимо учитывать соответствие их технико-экономических показателей современному уровню при соблюдении требований  государственных и отраслевых стандартов, а также назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструкторских материалов, КПД, технологию производства, надёжность в работе и патентную чистоту. Расчёт и конструирование электрических машин неотделимы от технологии их изготовления. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоёмкости изготовления электрических машин.

 

4. Классификация электрических машин

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Электрические машины делятся на два вида – коллекторные и бесколлекторные.

 

 

 

 

По принципу действия выделяют нижеперечисленные виды машин:

1. Машина постоянного тока — электрическая машина, питаемая постоянным током и имеющая коллектор.
2. Синхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частоты вращение ротора и магнитного поля в зазоре равны.
3. Асинхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля в воздушном зазоре на частоту скольжения.

 

1. Конструкция и принцип действия электрических машин постоянного тока

Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный.

 

Принцип действия

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило, предназначены заводом изготовителем для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.

Электродвигатель

Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле — это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор отопителя салона и др.

В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).

Генератор

В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.

Конструктивное выполнение машины. Основными частями машины постоянного тока являются: остов (станина), полюсы, якорь, щеточный аппарат и некоторые вспомогательные детали, служащие для конструктивного оформления машины. Электрические машины общего применения (рис. 1) обычно имеют цилиндрическую форму и снабжены приливами для установки на фундамент или фланцами для крепления.

 

 

Рис. 1 Устройство машины постоянного тока: 1 — коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря; 4 — главный полюс; 5 — катушка обмотки возбуждения; 6 — остов; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмотка якоря

 

Коллектор (рис. 2, а) выполнен из отдельных пластин 2 толщиной до 5—8 мм, изготовленных из твердотянутой меди или кадмиевой бронзы клинообразного сечения. Пластины изолируют одну от другой миканитовыми прокладками 4. К выступающей части коллекторной пластины припаивают провода от обмотки якоря. Для этого в ней имеется соответствующая прорезь. Узкие края пластины имеют форму ласточкина хвоста, после сборки коллектора эти края зажимаются между двумя нажимными шайбами. Пластины изолируют от нажимных шайб 3 и вала якоря миканитовыми манжетами 1 и цилиндрами. Когда коллектор окончательно собран, его поверхность обтачивают на токарном станке и тщательно шлифуют. Чтобы миканитовые прокладки при износе коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора (рис. 2,б). Эту операцию называют продороживанием коллектора.

Рис. 2. Общий вид коллектора машины постоянного тока (а); расположение коллекторных пластин и изоляционных прокладок (б) и коллектор в пластмассовом корпусе (в).

Щетки предназначены для соединения коллектора с внешней цепью. Они представляют собой прямоугольные призмы шириной 4—32 мм (рис. 3, а). Рабочую поверхность щеток пришлифовывают к коллектору, чтобы обеспечить надежный контакт. Каждая щетка имеет определенную марку. Щетки различных марок различаются составом, способом изготовления и физическими свойствами.

Рис. 3. Неразрезные щетки электрических машин: 1 – кабельный наконечник; 2 щеточный канатик; 3 — щетка; 

 

Якорь. Машина постоянного тока имеет якорь, состоящий из сердечника, обмотки, коллектора и вала. Сердечник якоря (рис. 4) собран из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при пересечении якорем магнитного поля, листы изолируют один от другого. Листы собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря. Пакет удерживается в сжатом состоянии нажимными шайбами. В теле якоря делают вентиляционные каналы для прохода охлаждающего воздуха. В машинах постоянного тока большой мощности с якорями большого диаметра листы, из которых собирают сердечник якоря, имеют форму сегментов 8. Сегменты собирают на шпильках, образуя полную окружность якоря, и сжимают нажимными шайбами; при сборке пакета якоря стыки между сегментами одного слоя располагаются против середины сегментов предыдущего слоя, благодаря чему уменьшается магнитное сопротивление сердечника якоря.

Якорные листы имеют зубчатую форму, поэтому при сборке их в пакеты образуются пазы (впадины), в которые укладывают обмотку якоря. Пазы бывают открытые и полузакрытые. Тяговые электрические машины имеют открытые пазы. Для улучшения коммутации и снижения магнитного шума в некоторых машинах применяют якоря со скошенными пазами, т. е. пазы по длине сердечника смещаются на одно зубцовое деление.

В тяговых двигателях сердечник якоря, нажимные шайбы и коллектор обычно насаживают не на вал, а на промежуточную втулку, которую затем запрессовывают под давлением на вал. Применение промежуточной втулки дает возможность сменить неисправный вал без полной разборки якоря.

Рис. 4. Сердечник якоря машины постоянного тока без обмотки (а); сборка якоря (б); стальные листы якоря (в): 1 – вал якоря; 2 – место для установки коллектора; 3, 5 – нажимные шайбы (обмотко-держатели); 4 – сердечник якоря; 6 – лаковая пленка; 7 – стальной лист; 8 – сегмент сердечника.

 

Обмотку якоря (рис. 5) выполняют из медной изолированной проволоки, в машинах большой мощности — из медных стержней. Обычно обмотка якоря состоит из отдельных якорных катушек, которые обматывают изоляционными лентами из миканита, асбеста, стеклоткани или хлопчатобумажной ткани и укладывают в пазы якоря. В каждом пазу укладывают обычно две стороны различных якорных катушек, одна поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам.

Рис. 5. Устройство обмотки якоря: а, б- укладка якорных катушек; в – изоляция; 1 – якорные катушки; 2 – коллектор 3 — сердечник якоря; 4,5- верхняя и нижняя стороны катушки; 6,7,9 – покровная корпусная и витковая изоляция; 8 – медные проводники

 

Полюсы. В современных стационарных и тяговых машинах постоянного тока устанавливают главные и добавочные полюсы.

Главные полюсы (рис. 6, а), на которых расположены катушки обмотки возбуждения, служат для создания в машине магнитного потока возбуждения. Часть сердечника главного полюса со стороны, обращенной к якорю, выполнена более широкой и называется полюсным наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки, а также для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря.

Сердечники главных полюсов для уменьшения вихревых токов изготовляют шихтованными — из отдельных стальных листов толщиной 0,5—1,5 мм. По краям полюсов устанавливают более толстые торцовые боковины, которые посредством заклепок удерживают полюсные листы в спрессованном состоянии.

Возникновение вихревых токов в сердечниках главных полюсов объясняется изменением (пульсацией) магнитного поля в полюсных наконечниках, прилегающих к якорю при его вращении. Вследствие зубчатости якоря магнитное поле в местах, расположенных против зубов, усиливается (индукция возрастает), а в местах, расположенных против пазов, ослабляется (индукция уменьшается). Это и вызывает появление вихревых токов в стали наконечника.