Полный текст:
I. 2. Расчет баланса электроэнергии на автомобиле ЗИЛ 5301
Расчет баланса электроэнергии имеет целью определить потенциальные возможности генератора, обеспечивать баланс электроэнергии при заданных режимах эксплуатации.
Исходные данные:
Грузовой автомобиль ЗИЛ 5301
Колесная формула: 4><2
Допустимая полная масса - 6950 кг.
Двигатель Д-245.12СММЗ
Номинальная мощность двигателя - 80 кВт
Обороты холостого хода двигателя - 600 об/мин
Напряжение бортовой сети: 14 В
АКБ - батарея 6СТ-180АЗ (2 шт.)
Регулятор напряжения: 65.3702
Стартер Р =1,3 кВт, Iхх=35А (при U=12 в)
Статический радиус шин (мм.) под нагрузкой: Rк=353,4
Коробка передач (на высшей передаче): iкп=1,0
Главная передача (задний мост): iзм=3,273
Привод генератора: iг = 2,4
РАСЧЕТНЫЕ РЕЖИМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
1. Расчетная нагрузка от потребителей определяется для следующих типовых режимов работы.
Для автомобилей и автобусов общего назначения, не имеющих установки кондиционирования воздуха:
а) режим движения по шоссе, ночью, зимой;
б) режим движения по шоссе, днем, зимой;
в) режим движения в городе, ночью, зимой;
г) режим движения в городе, днем, зимой;
Для автомобилей и автобусов общего назначения, оборудованных установками для кондиционирования воздуха (потребляющим электроэнергию), режимы а, б, в и г проверяются также и для условий движения летом (с работающим кондиционером) и. если для лета получается большее значение расчетной нагрузки, то в расчетах принимаются значения расчетной нагрузки для лета.
2. Расчетная нагрузка Iн. от потребителей, включенных при движении и на коротких остановках с работающим двигателем, определяется суммированием эквивалентных токов потребителей по формуле:
Iн = ?Iэкв. = ? Iпотр.•Kt •Кн
где Iэкв. - эквивалентный ток потребителя, А;
Iпотр. - ток потребителя. А;
Kt - коэффициент времени работы потребителей по отношению ко времени работы
двигателя;
Кн. - коэффициент нагрузки (для потребителей, имеющих несколько ступеней включения, соответствующих работе с различной нагрузкой).
ТАБЛИЦА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ АВТОМОБИЛЯ
(I потр. лето, город, шоссе, день, ночь)
№
Потребители
лето kt
kt
Iпотр
А
Iпотр•kt•kн
город
шоссе
город
шоссе
день
ночь
день
ночь
день
ночь
день
ночь
1
Фары дальнего света
0
1,0
0
1,0
7,2
0
7,2
0
7,2
2
Фары ближнего света
0
1,0
0
1,0
6,2
0
6,2
0
6,2
3
Фары противотуманные
0,2
0,2
0,3
0,3
8,6
1,72
1,72
2,58
2,58
4
Фары дополнительные
0,2
0,2
0,3
0,3
10
2
2
3
3
5
Фара прожектор поворотная
0
0
0
0,3
4
0
0
0
1,2
6
Фонарь задний противотуманный
0
0,3
0,5
0,5
3,7
1,11
1,11
1,85
1,85
7
Фонари габаритные передние
0,3
0
1,0
0
0,74
0
0,74
0
0,74
8
Фонари габаритные задние
0
0
1,0
0
1,48
0
1,48
0
1,48
9
Стоп сигналы
0
0,15
0,05
0,05
3,7
0,56
0,56
0,19
0,19
10
Указатели поворота
0
1,15
0,10
0,10
4,07
0,61
0,61
0,235
0,235
11
Электродвигатель отопителя основной
0,15
1,0
1,0
1,0
11
0
0
0
0
12
Электродвигатель отопителя дополнительный
0,15
1,0
1,0
1,0
13
0
0
0
0
13
Электродвигатель отопителя с автоматическим включением
0
1,0
1,0
1,0
14
0
0
0
0
14
Электродвигатель стеклоочистителя ветрового стекла
0,25
0,25
0,25
0,25
4,75
1,19
1,19
1,19
1,19
15
Электродвигатель с мотонасосом обмыва стекла
0,05
0,05
0,05
0,05
3
0,15
0,15
0,15
0,15
16
Питание приборов
1,0
1,0
1,0
1,0
1,67
1,67
1,67
1,67
1,67
17
Освещение приборов
0
1,0
0
1,0
0,92
0
0,92
0
0,92
18
Зажигание
1,0
1,0
1,0
1,0
4,6
4,6
4,6
4,6
4,6
19
Освещение номерного знака
0
1,0
0
1,0
0,74
0
0,74
0
0,74
20
Климатическая установка
0
0
0
0
11
11
3,3
11
3,3
21
Электрохолодильник
0
0
0
0
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
22
Радиоаппаратура
0,5
0,5
0,7
0,7
1
0,5
0,5
0,7
0,7
23
Магнитола стереофоническая
0,5
0,5
0,7
0,7
2,1
1,05
1,05
1,47
1,47
24
Антиблокировочная система тормозов АБС
0,15
0,15
0,05
0,05
3,0
0,45
0,45
0,15
0,15
25
Подогрев кресел
0,7
1,0
0,7
1,0
15
10,5
15
10,5
15
26
Система управления двигателем
1,0
1,0
1,0
1,0
5
5
5
5
5
27
Освещение салона, фургона
0
1,0
0
1,0
14,8
0
14,8
0
14,8
28
Электродвигатель вентилятора
0
0
0
0
9,17
0
0
9,17
9,17
29
Реле электродвигателя отопителя
1,0
1,0
1,0
1,0
0,25
0
0
0
0
30
Топливный насос
1,0
1,0
1,0
1,0
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5
Суммарный эквивалентный ток потребителей:
39,60
63,98
50,11
80,69
ТАБЛИЦА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ АВТОМОБИЛЯ
№
Потребители
зима kt
kt
Iпотр
А
Iпотр•kt•kн
город
шоссе
город
шоссе
день
ночь
день
ночь
день
ночь
день
ночь
1
Фары дальнего света
0
1,0
0
1,0
7,2
0
7,2
0
7,2
2
Фары ближнего света
0
1,0
0
1,0
6,2
0
6,2
0
6,2
3
Фары противотуманные
0,2
0,2
0,3
0,3
8,6
1,72
1,72
2,58
2,58
4
Фары дополнительные
0,2
0,2
0,3
0,3
10
2
2
3
3
5
Фара прожектор поворотная
0
0
0
0,3
4
0
0
0
1,2
6
Фонарь задний противотуманный
0,3
0,3
0,5
0,5
3,7
1,11
1,11
1,85
1,85
7
Фонари габаритные передние
1,0
0
1,0
0
0,74
0,74
0
0,74
0
8
Фонари габаритные задние
1,0
0
1,0
0
1,48
1,48
0
1,48
0
9
Стоп сигналы
0,15
0,15
0,05
0,05
3,7
0,56
0,56
0,19
0,19
10
Указатели поворота
0,15
1,15
0,10
0,10
4,07
0,61
0,61
0,235
0,235
11
Электродвигатель отопителя основной
1,0
1,0
1,0
1,0
11
11
11
11
11
12
Электродвигатель отопителя дополнительный
1,0
1,0
1,0
1,0
13
13
13
13
13
13
Электродвигатель отопителя с автоматическим включением
1,0
1,0
1,0
1,0
14
14
14
14
14
14
Электродвигатель стеклоочистителя ветрового стекла
0,25
0,25
0,25
0,25
4,75
1,19
1,19
1,19
1,19
15
Электродвигатель с мотонасосом обмыва стекла
0,05
0,05
0,05
0,05
3
0,15
0,15
0,15
0,15
16
Питание приборов
1,0
1,0
1,0
1,0
1,67
1,67
1,67
1,67
1,67
17
Освещение приборов
0
1,0
0
1,0
0,92
0,92
0,92
18
Зажигание
1,0
1,0
1,0
1,0
4,6
4,6
4,6
4,6
4,6
19
Освещение номерного знака
0
1,0
0
1,0
0,74
0
0,74
0
0,74
20
Климатическая установка
0
0
0
0
11
0
0
0
0
21
Электрохолодильник
0
0
0
0
5,5
0
0
0
0
22
Радиоаппаратура
0,5
0,5
0,7
0,7
1
0,5
0,5
0,7
0,7
23
Магнитола стереофоническая
0,5
0,5
0,7
0,7
2,1
1,05
1,05
1,47
1,47
24
Антиблокировочная система тормозов АБС
0,15
0,15
0,05
0,05
3,0
0,45
0,45
0,15
0,15
25
Подогрев кресел
0,7
1,0
0,7
1,0
15
10,5
15
10,5
15
26
Система управления двигателем
1,0
1,0
1,0
1,0
5
5
5
5
5
27
Освещение салона, фургона
0
1,0
0
1,0
14,8
0
14,8
0
14,8
28
Электродвигатель вентилятора
0
0
0
0
9,17
0
0
0
0
29
Реле электродвигателя отопителя
1,0
1,0
1,0
1,0
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
30
Топливный насос
1,0
1,0
1,0
1,0
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5
Суммарный эквивалентный ток потребителей:
78,08
110,2
80,26
113,6
(I потр. зима, город, шоссе, день, ночь)
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ГЕНЕРАТОРА
Для предварительного выбора типа и размеров генератора определяется большее из полученных значений расчетной
нагрузки от потребителей.
В нашем случае это режим движения автомобиля по шоссе, ночью, зимой:
Iн = ?Iэкв. = ? Iпотр.•Kt •Кн = 113,6 (А)
Определяем требуемый максимальный ток генератора Iг.макс, А, по формуле для грузовых автомобилей:
Iг.макс = 1,25 • Iн = 1,25 • 113,6 = 142 (А)
Ввиду того, что при таком значении максимального тока, суточный баланс получился отрицательным, пришлось увеличить мощность генератора с небольшим запасом для питания непредусмотренных потребителей:
Iг.макс = 160 (А)
Требуемая мощность генератора Рг определяется как произведение номинального напряжения Uн.= 14 В на максимальный ток Iг. макс:
Pг = Uн. • Гг.макс
Pг =14 • 160 = 2240 (Вт)
вЫБОР КРИВОЙ СКОРОСТНОГО РЕЖИМА ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА ДАННОГО
АВТОМОБИЛЯ
Подсчитывается для проектируемого автомобиля фактический коэффициент оборотности генератора по формуле:
iг • iкп • iзм
Кг = 2660_______________
Rк
где: iг - передаточное отношение привода генератора:
iкп - передаточное отношение коробки перемены передач, на высшей передаче при движении в городе;
iзм - передаточное отношение главной передачи (заднего моста) с учетом добавочных или бортовых редукторов, если они имеются;
Rк - статический радиус ведущих колес в мм. (с учетом смятия шин).
D = 16 • 25,4 + 2 • 168,75 = 406,4 + 337,5 = 743,9
Н = 225 •75 • 0,01 = 168,75
Rк = 0,5 •743,9 • 0,95 = 353,4
iг • iкп • iзм 2,4•1,0•3,273
Кг = 2660_________________ = 2660________________ = 60
Rк 353,4
Выбранная расчетная кривая скоростного режима обычно пересчитывается на фактический коэффициент оборотности генератора. Пересчет производится умножением абсцисс кривой на отношение Кг/60 по формуле:
nф = n • Кг/60
где
n - абсцисса кривой, соответствующей Кг.= 60;
nф - пересчитанная абсцисса, соответствующая фактическому значению Кг.
При пересчете кривых на фактический коэффициент оборотности генератора абсцисса начальной части кривой должна быть определена по формуле:
nх = nдв.х. • iг = 600 • 2,4 = 1440
При этом частота вращения двигателя на холостом ходу nдв.х.х. принимается по заводским данным, но не ниже следующих значений:
для грузовых автомобилей с дизельным двигателем.......................600 мин-1
Для установления связи между nх и Iг мах используем аппроксимированную экспонентную кривую токоскоростной характеристики (ТСХ) с учетом коэффициента оборотности Кг.
Iг = Iг макс • ( 1 - е ( n- nхх/ nхх ))
Iг макс = 160 (А)
nхх = 800
I1 =160*( 1 - е 800-800/800 )=0
I2=160*( 1 - е 800-1000/800 )=35.4
I3=160*( 1 - е 800-1200/800 )=63
I4=160*( 1 - е 800-1450/800 )=89
I5=160*( 1 - е 800-1700/800 )=108
I6=160*( 1 - е 800-1950/800 )=122
I7=160*( 1 - е 800-2200/800 )=132,1
I8=160*( 1 - е 800-2450/800 )=139,6
I9=160*( 1 - е 800-2700/800 )=145,1
I10=160*( 1 - е 800-2950/800 )=149,1
I11=160*( 1 - е 800-3200/800 )=152
I12=160*( 1 - е 800-3450/800 )=154,2
I13=160*( 1 - е 800-3750/800 ) =156
I14=160*( 1 - е 800-4000/800 )=157
I15=160*( 1 - е 800-4500/800 )=158,4
I16=160*( 1 - е 800-5000/800 )=159,2
I17=160*( 1 - е 800-5500/800 )=159,5
I18=160*( 1 - е 800-6000/800 )=160
По окончательной расчетной кривой скоростного режима,, для каждого интервала скоростей ?n1 , ?n2 ….. ?nn шириной по 250 об/мин определяется соответствующее относительное время работы генератора в каждом интервале ?n1, ?n2 ….. ?nn. Время выражается в долях часа работы двигателя внутреннего сгорания.
Для тех же интервалов оборотов ?n1 ?n2 ?nn, по ТСХ, определенной в соответствии с рис. 1, находим графически величину тока генератора, соответствующую середине каждого интервала (таблица 1).
Таблица 1
?n, об/мин
Iг, А
?n, об/мин
Iг, А
?n
Iг, А
?n
Iг, А
800
0
1950-2200
125
3200-3450
154
5000-5500
158,5
1000-1200
44
2200-2450
136
3450-3750
155
5500-6000
159
1200-1450
72,5
2450-2700
142
3750-4000
156
1450-1700
98
2700-2950
146
4000-4500
157
1700-1950
115
2950-3200
150
4500-5000
158
Перемножением тока генератора Iг и относительного времени
работы в интервале оборотов определяем часовую отдачу генератора
I г • ? Т*, А•ч для каждого интервала оборотов ( графа 4 таблицы 2).
Суммированием чисел графы 4 таблицы 2, определяем часовую отдачу генератора
qг = Iг •?Т*
т.е. максимальное число А•ч„ которое может отдать генератор при работе на своей токоскоростной характеристике в заданном скоростном режиме в течение часа.
Таблица 2
n
об/мин
Iг, А
?Т*
Iг •?Т*
800
0
0,02
0
1000-1200
44
0,06
2,64
1200-1450
72,5
0,08
5,8
1450-1700
98
0,11
10,78
1700-1950
115
0,11
12,65
1950-2200
125
0,11
13,75
2200-2450
136
0,13
17,68
2450-2700
142
0,09
12,78
2700-2950
146
0,08
11,68
2950-3200
150
0,06
9
3200-3450
154
0,05
7,7
3450-3750
155
0,04
6,2
3750-4000
156
0,02
3,12
4000-4500
157
0,01
1,57
4500-5000
158
0,01
1,58
5000-5500
158,5
0,01
1,585
5500-6000
159
0,01
1,59
120,105
Вычитая из часовой отдачи генератора qг расчетный ток нагрузки потребителя для
дневного Iнд и, соответственно, ночного режима Iнн, получим часовой заряд (+) или разряд (-) батареи в дневном и ночном режимах:
qбд = qг – Iнд
qбн = qг – Iнн
Подсчитываем суточный баланс электроэнергии но формуле:
Qcyт.= qбд • tд + qбн • ? tн -Qcт-Qo =
(120,1- 78,08) • 5 + (120,1 – 110,22) • 5 - 18 = + 241,5 /А•ч/,
где
qбд, qбн - число ампер часов, полученное (+) и отданное (-) батареей за один час дневной
или, соответственно, ночной эксплуатации;
tд, tн - число часов движения за сутки при дневной и, соответственно, ночной эксплуатации;
Расход емкости батареи на пуски двигателя за сутки:
Qcт = 0,1• 180 = 18 ( А• ч)
Расход емкости батареи на питание потребителей, используемых во время стоянок с неработающим двигателем, включая пусковой подогреватель:
Qo= 0
Число часов движения за сутки днем и ночью tд и tн принимаем:
зимой tд = tн =5ч.; летом tд = 8 час, tн = 2ч.
Суточный расход емкости батареи на пуски двигателя стартером Qcт. принимаем равным 0.1 Q n , где Qn - номинальная емкость батареи.
1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ ГЕНЕРАТОРА.
Поскольку генератор проектируется под конкретную существующую модельавтомобиля, выбор главных размеров производится в соответствии с анализомтехнической документации на автомобиль и с учетом унификации присоединительныхразмеров. Исходной величиной является номинальная мощность генератора:
Pdн = Idn ·Udn = 160 · 14 = 2240 Вт
Размеры следует определять в следующем порядке:1. Определяем объем расточки статора Vpc .
Для этого выбираем машинную постоянная Са из диапазона: Са = (1-1,35)10-3 м3мин-1/Вт:
Са = 0,89 м3мин-1/Вт.
Частота вращения:
n= 800 мин-1
Vpc = 1,24Pdн Са/n = 4*10-4
2. Определяем диаметр расточки статора Di:
Di=3v(Vpc/kii) = 118*10-3 м
и его активную длину Li:
Li = Dikii = 39*10-3 м
,где отношение активной длины к диаметру расточки
выбирается в пределах Li/Di =(0,25-0,35).
3. Выбираю величину рабочего воздушного зазора между пакетом статора и индуктором ротора, обычно выбирается в пределах (0.25-0,35)10-3 м:
? = 0,5*10-3 м
4. Определяем наружный диаметр индуктора ротора DР:
DР = Di - 2 ? = 117*10-3 м
5. Определяем наружный диаметр статора Dнар.
Для этою следует задаться отношением внутреннею диаметра пакета статора Di к наружному Dнар в пределах Di/ Dнap = 0,73 - 0,79. После этого, используя известную величину Di, можно определить Dнар:
Dнар = 158*10-3 м
6. Определяем наружный диаметр втулки ротора DBT.
Диаметр втулки следует определить через Di, задавшись отношением DBT/Di, в пределах 0,5-0,55:
DBT = 71*10-3 м
7. Определяем длину втулки ротора LВТ
Длина втулки ротора обычно близка к величине активной длины статора или превышает ее на (3-5)10-3 м:
LBT = Li + 3 = 44*10-3 м
8. Определяем толщину сборного кольца hсб. к.
Толщина сборного кольца определяется возможностью изготовления полюсных половин методом холодной штамповки на прессах приемлемой мощности. Обычно она составляет (12 - 13)*10 -3 м:
hсб. к. = 13*10-3 м
9. Число пар полюсов р в настоящее время стабилизировалось и составляет р=6.
10. Ширина полюса определяется через полюсное деление ?:
? = ?Di/(2p) = 31*10-3 м
Средняя ширина полюса b р ср = ? а1, где величина а1, лежит в пределах 0,61-0,72:
b р ср = ? а1 = 20*10-3 м
Максимальная ширина полюса b р мак обычно близка к ?, а минимальная величина b р мин составляет (0,32-0,38) ?:
b р мак = 36*10-3 м
b р мин = 11*10-3 м
11. Угол внутреннего скоса клюва ? следует принять в пределах (14-18°):
? = 16 °
12.Угол скоса торцевой части полюсной системы составляет:
?1 = 45°
13. Величина выхода полюса из пакета статора (якоря) аксиальная может быть принята в пределах ?Я = (3-6)10 -3 м:
?Я= 5*10 -3 м
14. Длина индуктора:
Lи = Lвт + 2hсб.к. = 70*10 -3 м
15. Длина полюса:
Lп= Li + ?Я= 44*10 -3 м
16. Аксиальная длина конической части полюсной системы:
Lпц = 0,5(Lи - Li)- ?Я= 10*10 -3 м
17. Внутренний диаметр исхода клюва Dm= Dp-( Li + Lвт)tg ? -(2-6)10-3 :
Dm= Dp-( Li + Lвт)tg ? -( 2 )10-3 = 91*10 -3 м
18. Диаметр основания конической части полюсной системы:
Dp1 = Dp-2 Lпц tg ?1 = 96*10 -3 м
19. Внутренний диаметр ярма статора Dяp = (1,2 - l,25)Di :
Dяp = (1,2)Di = 142*10 -3 м
19. Высота зубца статора:
hz = 0,5(Dяp - Di) = 11,9*10 -3 м
21. Раскрытие паза статора, для прохода провода при намотке ас = (2,4-3)10-3м.
Выбираю:
ас = 2,9*10-3 м
22. Число зубцов (пазов) статора:
Z1 = 36
23. Ширина зубца статора bz= (0,42-0,52)tz,
где зубцовое деление статора:
tz = ?Di/Z1 = 10*10-3 м
bz = 4,2*10-3 м
24. Число витков фазы обмотки статора Wф определяется по величине линейной нагрузки Ан, соответствующей выбранной величине машинной постоянной по таблице1 приложения:Wф = Ан ? Di /(2m Iфн) . Число фаз m =3.
Величина силы фазного тока Iфн определяется через номинальный ток
генератора:
Iфн = ki Idн = 68,8 А
, где коэффициент ki = 0,43 для соединения фаз в "треугольник". Число
витков фазы Wф должно быть целое число, которое делится на 6 без остатка или с остатком 0.5:
Wф = Ан ? Di /(2m Iфн) = 48
25. Диаметр провода обмотки статора по меди определяется через плотность тока в обмотке joс, величина которой лежит в пределах для номинального тока joс = (20-24)106 A/м2 :
doс = v(4 Iфн /( ? kjос)) = v(4* 68,8 /( ? *20*106)) = 2*10-3 м
где k=l для одинарных "звезды" или "треугольника и к=2 для двойных "звезды" или "треугольника".
26. Диаметр провода обмотки возбуждения по меди определяется через плотность тока в обмотке j0B, величина которой лежит в пределах
jOB= (10-15)106 А/м2 :
doв = v(4 Iв / jOB ? ) = v(4*5 / 12*106? ) = 0,7*10-3 м
Ib выбирается как наибольший допустимый ток регулятора напряжения.
Выбранные размеры являются предварительными и по необходимости корректируются: при расчете характеристики холостого хода, и токоскоростной характеристики.
Далее сводим полученные данные в таблицу и переходим к рассмотрению расчета характеристики холостого хода генератора для грузового автомобиля ЗИЛ 5301.
Таблица с исходными и предварительными данными расчета генератора для грузового автомобиля ЗИЛ 5301.
Исходные данные.
Номинальное напряжение
Udn = 14 В
Номинальный ток
Idn= 160 А
Номинальная мощность генератора
Pdн = 2240 Вт
Размеры и обмоточные данные статора (якоря):
Наружный диаметр пакета
Dнар =158*10-3 м
Диаметр внутренней расточки пакета
Di =118*10-3 м
Длина пакета
Li =39*10-3 м
Число зубцов (пазов):
Z1 = 36
Ширина зубца
bz = 4,2*10-3 м
Воздушный зазор
?= 0,5*10-3 м
Паз трапецеидальной формы. Высота зубца
hz =11,9*10 -3 м
Схема соединения фаз якоря
треугольник ?
Шаг обмотки по пазам
y = 3
Число витков в фазе
Wф = 48
Число витков в одной катушке
( 6 катушек соединены последовательно)
Wк =
Диаметр провода
doс = 2*10-3 м
Материал магнитопровода
Сталь Э11
Размеры и обмоточные данные ротора (индуктора):
Число пар полюсов
2p = 12
Диаметр ротора
DР=117*10-3м
Диаметр основания конической части
Dp1 = 96*10 -3 м
Длина торцевой конической части полюсной системы
Lпц = 10*10 -3 м
Максимальная ширина полюса
b р мак = 36*10-3 м
Минимальная ширина полюса
b р мин = 11*10-3 м
Длина полюса
Lп = 44*10 -3 м
Величина выхода полюса из пакета якоря
?Я = 5*10 -3 м
Угол внутреннего скоса полюса
? = 16 °
Угол скоса торцевой конической части полюса
?1 = 45° = ?/2
Ширина сборного кольца
hсб. к. = 13*10-3 м
Внутренний диаметр полюсной системы
Dm = 91*10 -3 м
Диаметр катушки
Dк =
Диаметр втулки
DBT = 71*10-3 м
Длина втулки
LBT =44*10-3 м
Длина ротора
Lи = 70*10 -3 м
Материал магнитопровода
Ст – 10
Число витков обмотки возбуждения
Wов = 345
Длина катушки возбуждения
Lк =
Диаметр провода
doв = 0,7*10-3 м
1.4 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА
1.4.1 Расчет магнитных проводимостей рассеяния
1. Для определения магнитной проводимости межполюсного рассеяния рассчитываем:
Относительную длину полюса:
?п = Lп/ DР = 0,375
Коэффициент полюсного перекрытия:
?p=(bp max + bp min)/ 2 ? = 0,7
Полюсное деление:
? = ?Di/2р = 31,07*10-3 м
Рис. 1.4.1 Номограммы для определения удельной магнитной проводимости для p = 6 и ?p = 0,7
По графикам ??п = f (?п , ?)
(Рис. 1.4.1) определяем удельную магнитную проводимость полюса:
??п = 1,4
Магнитная проводимость межполюсного рассеяния:
G?п =?0 DР ? ?п = 0,20*10-6 Гн
2. Для определения магнитной проводимости поперек листов якоря предварительно рассчитываем:
Максимальное полюсное перекрытие:
?m = bp max / ? = 1,15
Относительные величины:
зазора: ?Д = ? / DР = 0,004
выхода (входа) полюса из пакета якоря: ?я = ?Я /DР = 0,042
аксиальной длины конической части полюса: ?пц = Lпц / DР = 0,089
Функции условных параметров:
W0 = ?(2 – ?m) / 4p?Д = 25,9
Ws = Wo / ((??я / 2?Д) + 1) = 1,55
Wm = Wo / ((? +2 ?1) ?пц / 2?Д cos ?1 + ( ? ?я / 2?Д) + 1) = 0,29
Рис. 1.4.2 Функция Q0 = f(W , ?m).
Величины Q0 = f(Wo , ?m), Q0 = f(,Ws, ?m) и Q0 = f(Wm , ?m) определяем по графикам (Рис. 1.4.2):
При W0 = 25,9 и ?m = 1 Q0 = 9
При Ws = 1,55 и ?m = 1 Q0 = 3,5
При Wm = 0,29 и ?m = 1 Q0 = 6,5
Полюсная система проектируемого генератора длиннее пакета якоря (Li = L?),(Рис.1.4.3), поэтому ??я определяем по формуле:
??я = 1\p(Q0(W0, ?m)- 2?1/(? + 2?1)Q0(Ws, ?m) - ?/(? + 2?1)Q0(Wm, ?m)) = 0,75
Магнитная проводимость поперек листов якоря:
G?я = ?0 DР ?я = 0,110*10-6 Гн
3.Для определения магнитной проводимости рассеяния вокруг машины по воздуху предварительно рассчитываем:
Удельную магнитную проводимость внешнего потока рассеяния:
??вн = (ln(? / ?и)) / (2(1- ?и/ ?)) = 1,02
где ?и = Lи \ DР = 0,59
Магнитная проводимость рассеяния вокруг машины по воздуху:
G?вн = 1\p ?0 DР ??вн = 0,025*10-6 Гн
4.Для определения магнитной проводимости рассеяния по пространству предварительно рассчитываем:
Удельную магнитную проводимость рассеяния по пространству, отведенному под катушку возбуждения:
??к = ?(2 Dm2 - Dm Dвт – Dвт2) / 12DР LBT =0,26
Магнитная проводимость рассеяния по пространству:
G?к = 1\p ?0 DР ??к = 0,0065*10-6 Гн
1.4.2.Расчет магнитной цепи и характеристики холостого хода вентильного генератора.
Расчет проводим по упрощенной схеме замещения магнитной цепи
(Рис.1.4.4):
Рис. 1.4.4 Упрощенная схема замещения магнитной цепи.
Рис. 1.4.4 Обозначения размеров магнитной системы.
1) Магнитный поток в воздушном зазоре определяем при частоте вращения ротора генератора 800 об/мин:
1 Ф? = Еф / [ 4 kф pn/60 Wфkоб1] = 0,586*10-4 Еф, Вб
Подсчитываем обмоточный коэффициент по первой гармонике, учитывающий уменьшение первой гармонической ЭДС за счет распределения проводников обмотки по пазам, за счет укорочения шага обмотки, а также за счет наличия скоса полюса и зубцов:
Число пазов на полюс и фазу:
q = Z1/ (2pm) = 1
т.к. при q = 1 и диаметральной обмотке (у = 3):
Коэффициент распределения обмотки:
kр1 = 1
Коэффициент укорочения обмотки:
kу1 = 1
Коэффициент скоса обмотки:
kск1 =1
Обмоточный коэффициент:
kоб1 = kр1 kу1 kск1 =1
2) Индукция в воздушном зазоре:
2 В? = Ф ? / S ? = 0,062 Еф, Тл,
где площадь воздушного зазора:
S ? = (bР мах + bР min ) L ? = 936*10-6 м2
3) Магнитное напряжение воздушного зазора:
3 2F? = 2*0,8*k ? *?*В ?*106 = 58,97Еф, А,
где ? – величина воздушного зазора,
коэффициент воздушного зазора:
k ? = (t1+ 5? * t1 / ас)/( t1 - ас + 5? t1 / ас) = 1,17 ,
где ас – раскрытие паза,
зубцовое деление:
t1 = ?Di /Z1 = 10*10-3
4) Магнитный поток, приходящийся на зубцовое деление:
Фt = В? Li t1 = 25,4*10-6 Еф, Вб
5) Индукция в зубцах якоря:
4 Вz = Фt / S z = 0,156 Еф, Тл,
где сечение зубца якоря:
S z = bz Li kс = 161*10-6 м2 ,
где коэффициент заполнения пакета якоря сталью( в зависимости от толщины пластины):
kс = 0,9 – 0,95
6) Магнитное напряжение зубцов якоря:
6 2Fz = 2hzawz = 23*10-3 awz ,
где awz - удельное магнитное напряжение зубца, определяемое по таблице намагничивания электротехнической стали марки Э11.
7) Индукция в ярме якоря:
7 Вя = Ф ? \ 2 S я = 0,099 Еф, Тл
где сечение ярма якоря:
S я = ((Dнар - Di)/2 - hz) Likс = 294*10-6 м2
8) Магнитное напряжение ярма якоря:
9 Fя = Lя awя = 39,3 awя , А
где средняя длина индукционных линий в ярме:
Lя = ((Dнар – hс)?)/2р = 39,3 м,
где высота ярма статора:
hс = ((Dнар – Di) - hz = 7,9*10-3 м,
awя - удельное магнитное напряжение ярма якоря, определяемое по таблице намагничивания электротехнической стали марки Э11.
9) Магнитный поток рассеивания полюсных наконечников (клювов):
11 Ф?п = U1-1’ G ?п = 0,20 *10-6U1-1’ , Вб,
где магнитное напряжение на клювах разной полярности (точки 1-1’) схемы замещения (Рис. 1.4.4)
10 U1-1’ = 2F ? + 2Fz + Fя
10) Магнитный поток, в расчетном сечении S1:
12 Ф1 = Ф? + Ф?п , Вб
11) Индукция в расчетном сечении S1:
13 В1 = Ф1 / S 1 = 0,21*104 Ф1, Т,
где сечение в основании полюса (клюва):
S 1 = b р мак v( ((DР -Dm)/2 )2 + (hсб. к.-Lпц)2) = 478*10-6 м2
12) Магнитное напряжение полюсных наконечников (клювов):
15 2Fп = 2Fкл = 2 L1aw1 = 46*10-3 aw1 , А,
где длина средней силовой линии по полюсу (клюву):
L1 = (DР –Dm)/4sin 14° = 23*10-3 м,
aw1 – удельное магнитное напряжение в сечении основания полюса, определяемое здесь и ниже по таблице намагничивания электротехнической стали марки 10.
13) Магнитный поток рассеивания изгиба клюва, проходящий поперек листов пакета якоря:
17 Ф?я = U2-2’ G ?я = 0,110 *10-6U2-2’ ,Вб,
где магнитное напряжение на изгибе клювов разной полярности (точки 2-2’ ) схемы замещения (Рис. 1.4.4):
16 U2-2’ = 2F? + 2Fz + Fя +2F п = U1-1’ + 2F п , А
14) Магнитный поток изгиба клюва:
18 Ф2 =Ф1 + Ф?я , Вб
15) Индукция изгиба клюва:
19 Визг.кл. = Ф2 / S изг.кл. = 0,209*104Ф2, Т,
где сечение изгиба клюва:
S изг.кл = b р мак v( ((DР -Dm)/2 )2 + hсб. к.2) = 476*10-6 м2
16) Магнитное напряжение изгиба клюва:
21 2F изг.кл = L изг.кл aw изг.кл = 14*10-3aw изг.кл ,А
где длина магнитной силовой линии изгиба клюва:
L изг.кл = Lпц /2cos ?1 = 7*10-3 м
17) Магнитный поток внешнего рассеивания:
23 Ф?вн = U3-3’ G ?вн = 0,025*10-6 U3-3’ , Вб ,
где магнитное напряжение у основания клювов разной полярности (точки 3-3’) схемы замещения ( Рис. 1.4.4):
22 U3-3’ = U2-2’ + 2F изг.кл , А
18) Магнитный поток сборного кольца:
24 Ф3 =Ф2+Ф?вн , Вб
19) Индукция сборного кольца:
25 Всб.к. = Ф3 / S сб.к. = 2,06*103Ф3 , Т
где сечение сборного кольца:
S сб.к. = S 3 = hсб. к(? DBT / р) = 484*10-6 м2
20) Магнитное напряжение сборного кольца:
27 2F сб.к. =2L сб.к. aw сб.к. = 23*10-3 aw сб.к., А
где длина магнитной силовой линии сборного кольца:
L сб.к. = ((DР1 + Dm)/2 - DBT) 0,5 = 11*10-3 м,
aw сб.к - удельное магнитное напряжение сборного кольца.
21) Магнитный поток рассеивания по пространству, отведенному под катушку возбуждения:
29 Ф?к = U4-4’ G ?к = 0,0065*10-6 U4-4’ , Вб,
где магнитное напряжение на сборных кольцах разной полярности ( точки 4-4’ ) схемы замещения (Рис. 1.4.4):
28 U4-4’ = U3-3’ + 2F сб.к., А
22) Магнитный поток втулки:
30 Ф4 = Фв = Ф3 + Ф?к , Вб
23) Индукция изгиба втулки:
31 Визг. вт. = Ф4 / S изг. вт. = 0,141*104 Ф4 , Т
где сечение изгиба втулки:
S изг. вт. = ? DBT /2 рv (Dвт2/4 + hсб. к.2) = 706*10-6 , м2
24) Магнитное напряжение изгиба втулки:
33 2Fизг. вт. =2Lизг. вт. awизг. вт = 27*10-3 awизг. вт
где длина магнитной силовой линии изгиба втулки:
Lизг. вт. = v ( ( hсб. к. /2) 2 + (Dвт / 6)2 = 13*10-3 м
awизг. вт – удельное магнитное напряжение изгиба втулки.
25) Индукция стыка втулки с полюсной системой:
34 Вст = Ф4 / S ст = 0,150*10-4 Ф4 , Т
где сечение стыка втулки с полюсной системой
S ст = S вт = ? DBT2 /4 р = 664*10-6 м2
26) Магнитное напряжение стыка втулки:
35 2Fст =2*0,8 ? ст Вст 106= 0,056*10-3Вст , А
Генератор выполняется по старой технологии, поэтому считаем, что вкличина зазора стыка равна средней величине:
? ст = 0,035*10-3 м
27) Индукция во втулке:
34 Ввт = Ф4 / S ст =0,150*10-4 Ф4 , Т
28) Магнитное напряжение втулки:
37 Fвт = L вт awвт = 44*10-3awвт, А,
где awвт – удельное магнитное напряжение втулки.
29) Намагничивающая сила обмотки возбуждения:
38 Fв = U4-4’ + 2Fизг. вт + 2Fст + Fвт
Для расчета характеристики холостого хода задаемся несколькими значениями Еф (для треугольника в пределах 0-0,9Udном) и определяем необходимую для наведения Еф намагничивающую силу обмотки возбуждения.
По расчетным формулам составлена таблица, на основании которой построена характеристика холостого хода при n = 800 об/мин:
Еф = f (Fв) и Еd = f (Fв), (Рис.1.4.5)
или
Еф = f (Iв) и Еd = f (Iв), при n = const и Iф = 0, (Рис. 1.4.6)
I. 5 РАСЧЕТ ТОКОСКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Расчет Т.С.Х. проводим для нагретого генератора при независимом возбуждении. Некоторые данные для расчета сведены в таблицу:
Среднее значение выпрямленного напряжения:
Ud = UdH = 14 В
Пороговое напряжение диода (0,8-1)
U0 = 0,8 В
Температура рабочих обмоток
t = 75 °С
Частота вращения ротора на холостом ходу:
nрт.х. = 800 мин -1
Коэффициент выпрямления для идеального выпрямителя, зависящий от числа и схемы соединения фаз, равный Ud/Uф:
ku = 1,34 (для ?)
Коэффициент выпрямления по току для идеального выпрямителя:
kI = 0,815
Магнитная проницаемость воздуха:
?0 = 0,4?*10-6
Коэффициент дифференциального рассеяния при q = 1:
kдф = 0,096
Обмоточный коэффициент:
k о1 = 1
Коэффициент демпфирования (0,6-0,8):
k дм = 0,7
Коэффициент воздушного зазора
k?
Коэффициент насыщения магнитной цепи(1,5-2,5)
k?
Коэффициент формы поля продольной реакции якоря
kd = 0,78
Температурный коэффициент для меди
?М =0,004
Коэффициент, учитывающий коммутацию(1-0)
k ?
Порядок расчета Т.С.Х.
1.Поскольку в пазу находятся одна катушечная сторона и паз полузакрытый, то удельная проводимость пазового рассеяния:
?пз = (2h1/3(bпз1+ bпз2)) + (2h3 / (ас + bпз1)) + (h1 /ас) = 1,4
2. Из расчета характеристики холостого хода определяем коэффициент насыщения магнитной цепи (1,5-2,5):
k?= FB / F? = 1700/750 = 2.14
Следовательно, удельная проводимость дифференциального рассеяния:
?дф = m q k о1 2 ?пол kдф k дм / (k ? ? k? ?2) = 0,36
3. Если обмотка статора охватывает три зубца (у =3) и
Lлоб = 0,5 ? у ?1 = 0,048*10-3 м, то
Удельная проводимость лобового рассеяния:
?лоб = k лоб (Lлоб - 0,64 ? ?пол) q / Li = 0,49
4. Проводимость коронок зубцов:
?к = 7,25?/ 5ас = 0,12
5.Синхронное индуктивное сопротивление фазы при nрт = nрт.х:
Хф.х = ( ( ?0 nрт.х Li Wф2 )/ 30) * [((m Di k о1 2 k d )/ (k ? ? k? p)) + ((2? (?пол+ ?дф + ?лоб + ?к))/q)] = 0,16 Ом.
6.Активное сопротивление фазы:
Rф = 2р (Li + Lлоб)Wф [ 1 + ?М (t- 20)] / ( S1k) = 0,1Ом.
7.Расчитываем Id для Т.С.Х., задавая значения nрт.: от nрт.х., до nрт мах
Расчет производим по формуле:
Id = ((Ud + 2U0) ((nрт / nрт.х.) - 1))) / ku kI k ?2 v Rф2 + Хф.х2(nрт / nрт.х.)2
Результаты расчета сведены в таблицу № 1.5.1.
Таблица № 1.5.1.
nрт
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2500
3000
4000
5000
6000
nрт / nрт.х.
1
1,2
1,4
1,6
1,85
2
2,5
3
4
5
6
k ?2
1
0, 97
0, 95
0,94
0,93
0,92
0,91
0,9
0,89
0, 88
0, 87
Id , A
38
68
87
90
118
127
144
153
160
163
164
Расчетная и назначенная токоскоростные характеристики представлены на рис. 1.5.1.
Вывод:
Поскольку расчетная Т.С.Х. идет выше Т.С.Х. назначенной (полученной при расчете баланса) , спроектированный
генератор является оптимальным по всем параметрам для автомобиля ЗИЛ 5301.