Расчет универсального коллекторного электродвигателя

РАСЧЕТ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Основой для расчета универсальных коллекторных электродвигателей являются следующие данные:

Номинальная потребляемая мощность Р2=270 Вт

Напряжение сети U=127 В

Частота вращения якоря n=8000 об/мин

Частота сети f1=50 Гц

Режим работы - продолжительный.

Основные размеры двигателя

2.1.1 Расчетная мощность электродвигателя:

- для двигателей при длительном режиме работы

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru Вт (1.1)

где h - коэффициент полезного действия, который выбирается по кривым (рис. 1) или принимается следующим:

для двигателей мощностью

Р2£ 100 Вт h = 0,5 ¸ 0,53;

Р2£ 200 Вт h = 0,55 ¸ 0,6;

Р2£ 300 Вт h = 0,6 ¸0,65;

Р2 - номинальная потребляемая мощность по заданию.

Ток и ЭДС якоря при нагрузке

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru А (1.2)

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru В (1.3)

где U – напряжение сети по заданию;

cosj - коэффициент мощности вибирается по кривым ( рис.2):

в случае 2р = 2 коэффициент трансформации k = 0,1 ¸0,15,

в случае 2p = 4 коэффицинет трансформации k = 0,05¸0,075.

Универсальные коллекторные электродвигатели мощностью до 150¸200 Вт обычно выполняются двухполюсными, а свыше этих мощностей - четырехполюсными.

Машинная постоянная

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (1.4)

где Вd – амплитудное значение индукции в воздушном зазоре, выбирается по кривым ( рис. ): при длительном режиме работы двигателя Вd может находится в пределах (0,3¸0,6) Тл.

АS – линейная нагрузка якоря, которая выбирается по кривым (рис. ), может находиться в пределах (40¸200) А/см;

a = 0,6 ¸ 0,7 – коэффициент полюсного перекрытия.

Диаметр и расчетная длина пакета якоря, см

Dа = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (1.5)

L0 = x×Dn = 1 · 3,9 = 3,9 (1.6)

где x= L0/Dа = (0,4¸1,6) – отношение длины пакета якоря к его диаметру;

n - частота вращения двигателя по заданию.

Полюсный шаг, см

t2 = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (1.7)

где р – число пар полюсов

Частота перемагничивания стали якоря

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru Гц (1.8)

Обмотка якоря

Полезный магнитный поток

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 0,00087 Вб (2.1)

где Вd - из формулы.

b0 = a ×t2 – полюсная дуга

b0 = 0,63 · 3,6 = 2,3 (2.2)

где a – из формулы.

Число проводников обмотки якоря

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (2.3)

где а = 1,

Е - ЭДС якоря при нагрузке из формулы (1.2),

n – по заданию.

Число пазов якоря

Z2 = (2,5¸4) Dа = 9,75÷15,6 (2.4)

Z2 = 12

c округлением до ближайшего целого непарного числа.

Число коллекторных пластин

К = (2¸3) Z2 = 2 · 12 = 24 (2.5)

при этом, как правило К = 2 · Z2 при 2р=2

Число витков в секции обмотки

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (2.6)

где N – из формулы (2.2),

К - из формулы (2.4).

Окончательная величина линейной нагрузки якоря

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru А/см (2.7)

где Da – из формулы (1.4),

I2 - из формулы (1.2).

Полученная величина АS не должна отличаться от предыдущей, полученной ранее по формуле, более, чем на 5%.

Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря

Предварительный выбор плотности тока в обмотке якоря.

Удельная тепловая нагрузка боковой поверхности якоря при продолжительном режиме работы двигателя при нормальном давлении воздуха

q = Qm××a1×(1+0,1ν) = 65·0,0017·(1+0,1·16,3) = 0,3 (3.1)

где Qm = 650,

a1 = 0,0017 Вт/см2´град.,

линейная скорость якоря, м/с

ν = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (3.2)

Допустимая плотность тока в обмотке якоря

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (3.3)

Окончательная плотность тока в проводе обмотки якоря

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru А/мм2 (3.5)

где S2 – стандартное значение;

I2 – из формулы (1.2).

Средняя длина одного проводника обмотки якоря, мм

La = L0 +1,2Da = 39+1,2·39 = 85,8 (3.6)

Коллектор и щетки

Предварительная величина диаметра коллектора, мм

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = (0,5¸0,9)Da = 0,6·39 = 23,4 (4.1)

2.4.2. Предварительная ширина коллекторной пластины, мм расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (4.2)

где K - из формулы (2.4).

Принимаем стандартное значение ширины самой коллекторной пластины bст =1,2 мм, учитывая ширину изоляции bи = 0,6 мм.

Предварительная площадь сечения щетки и ее размеры

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru мм2 (4.6)

где p - число пар полюсов.

Высота щетки

hщ = (2¸3)aщ = 2,5·7 = 17,5 мм (4.9)

Размеры щеток окончательно уточняются по ГОСТ 10244-62.

Длина коллектора

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = (1,5 ¸2)aщ = 2·7 = 14 мм (4.10)

LK = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru + (3¸5)d2 = 14+5·1,3 = 20,5 мм (4.11)

где d2 - диаметр голого провода.

Длина воздушного зазора

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru (5.1)

Высота сердечника якоря

ha = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru мм (5.2)

где диаметр вала

dвл = (0,18¸0,24)Da = 0,18·39 = 7 мм (5.3)

высота паза

hп = (0,22¸0,32)Dа = 0,3·39 = 11,7 мм (5.4)

Ширина сердечника полюса

bпол = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru мм (5.9)

где k2 = 0,95 - коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах; в случае цельных полюсов k2 = 1.

2.6. расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru Расчет обмотки возбуждения

Средняя длина витка катушки

Lср = 2(bпол + Lпол + 2dк) = 2(0,22+39+39·2)=94,04 мм (6.4)

где bпол из формулы (5.6),

Lпол = L0 из формулы (1.4),

dк предварительно принимается 0,1L0.

2.6.5. Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при Q = 20С0

RВ = Кq расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 1,22 расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 2,08 Ом (6.5)

где Кq = 1,22 – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании ее от 20° до 75°С.

WВ - из формулы (6.1),

Lср - из формулы (6.4),

SВ - выбранное ранее стандартное значение .

Потери и КПД двигателя

Масса станины

Gcс = 22(Da + 2hпол + hc)hcL0 расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 22(3,9+2·13,65+2,05)2,05·6,6 расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru =5,4 кг (7.4)

Масса полюсов

Gcпол = 2p×7,8×Sпол×hпол×10-3= 2·7,8·7,9·13,65·10 расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru 1,7 кг (7.5)

Масса сердечника якоря

Gca = 5,5(Da - 2hп)2×L0×10-3= 5,5(3,9-2·1,17) расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ·3,9·10 расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 0,05 кг (7.6)

где hп из формулы (5.2).

Масса зубцов якоря

Gca = 7,8×z×zср×hп×L0×10-3= 7,8·12·0,48·3,9·10 расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 0,17 кг (7.7)

где z - число пазов якоря,

zср = tср - bпол= 0,7 – 0,22 = 0,48 мм (7.8)

tср = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru мм (7.9)

Удельные потери в стали

рс = 2e( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) + 2,5r( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru )2= 2·0,8( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) +2,5·1,3( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru =1,61 Вт/кг (7.10)

где e и r выбираются по ГОСТ 802-58 в зависимости от марки стали и толщины листа ( для стали Э44 с толщиной листа 0,2 мм e = 0,8 и r = 1,3)

ра = 2e( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) + 2,5r( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru )2= 2·0,8( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) +2,5·1,3( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 27 Вт/кг (7.11)

где f2- частота перемагничивания стали якоря, Гц

рз = 1,5e( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) + 3r( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru )2= 1,5·0,8( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) + 3·1,3( расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ) расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = 31 Вт/кг (7.12)

Потери в стали станины

Рсс = рсс)2G = 1,61·(0,26) 2·5,4= 0,6 Вт (7.13)

Потери в стали полюсов

Рспол = рспол)2Gcпол = 1,61·(1,16) расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru ·1,7 = 3,6 Вт (7.14)

Потери в стали зубцов якоря

Рсз = рззср)2G= 16·(0,65) 2 ·0,17= 1,14 Вт (7.16)

Масса якоря

Gа= расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru кг (7.19)

где средняя объемная масса якоря и коллектора gа = gк = 8,5·10-3 кг/м3

Общие потери в двигателе

SР = z0(Pма + Pмв + Рщкс + Рмх) = 1,22(0,72+9,36+56,16+1,8+6,44)=91 Вт (7.23)

где z0 = 1,12 - коэффициент, учитывающий добавочные механические потери.

ВЫВОД

В ходе своей курсовой работы я изучил устройство, принцип действия коллекторных двигателей. В курсовой работе я сделал описание двигателя, принципа его работы. В дальнейшем сделал расчет самого электродвигателя, высчитал его основные размеры. Также просчитал размеры зубцов, пазов и проводов якоря. Нашол необходимые для построения величины обмоток якоря, коллектора и щеток. Произвел расчет магнитной системы двигателя, расчет обмотки возбуждения. В результате я получил такие данные:

- общие потери в двигателе 91Вт

- КПД при номинальной нагрузке двигателя 84%

РАСЧЕТ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Основой для расчета универсальных коллекторных электродвигателей являются следующие данные:

Номинальная потребляемая мощность Р2=270 Вт

Напряжение сети U=127 В

Частота вращения якоря n=8000 об/мин

Частота сети f1=50 Гц

Режим работы - продолжительный.

Основные размеры двигателя

2.1.1 Расчетная мощность электродвигателя:

- для двигателей при длительном режиме работы

расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru = расчет универсального коллекторного электродвигателя - student2.ru Вт (1.1)

где h - коэффициент полезного действия, который выбирается по кривым (рис. 1) или принимается следующим:

для двигателей мощностью

Р2£ 100 Вт h = 0,5 ¸ 0,53;

Р2£ 200 Вт h = 0,55 ¸ 0,6;

Р2£ 300 Вт h = 0,6 ¸0,65;

Р2 - номинальная потребляемая мощность по заданию.

Наши рекомендации