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

= 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

= А (1.2)

= 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

(1.4)

где В_d – амплитудное значение индукции в воздушном зазоре, выбирается по кривым ( рис. ): при длительном режиме работы двигателя В_d 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

D_а = (1.5)

L₀ = x×D_n = 1 · 3,9 = 3,9 (1.6)

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

n - частота вращения двигателя по заданию.

Полюсный шаг, см

t₂ = = (1.7)

где р – число пар полюсов

Частота перемагничивания стали якоря

= Гц (1.8)

Обмотка якоря

Полезный магнитный поток

= = 0,00087 Вб (2.1)

где В_d - из формулы.

b₀ = a ×t₂ – полюсная дуга

b₀ = 0,63 · 3,6 = 2,3 (2.2)

где a – из формулы.

Число проводников обмотки якоря

= (2.3)

где а = 1,

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

n – по заданию.

Число пазов якоря

Z₂ = (2,5¸4) D_а = 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

= (2.6)

где N – из формулы (2.2),

К - из формулы (2.4).

Окончательная величина линейной нагрузки якоря

= А/см (2.7)

где D_a – 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 = Q_m××a¹×(1+0,1ν) = 65·0,0017·(1+0,1·16,3) = 0,3 (3.1)

где Q_m = 65⁰,

a¹ = 0,0017 Вт/см²´град.,

линейная скорость якоря, м/с

ν = = (3.2)

Допустимая плотность тока в обмотке якоря

= = (3.3)

Окончательная плотность тока в проводе обмотки якоря

А/мм² (3.5)

где S₂ – стандартное значение;

I₂ – из формулы (1.2).

Средняя длина одного проводника обмотки якоря, мм

L_a = L₀ +1,2D_a = 39+1,2·39 = 85,8 (3.6)

Коллектор и щетки

Предварительная величина диаметра коллектора, мм

= (0,5¸0,9)D_a = 0,6·39 = 23,4 (4.1)

2.4.2. Предварительная ширина коллекторной пластины, мм

= (4.2)

где K - из формулы (2.4).

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

Предварительная площадь сечения щетки и ее размеры

= мм² (4.6)

где p - число пар полюсов.

Высота щетки

h_щ = (2¸3)a_щ = 2,5·7 = 17,5 мм (4.9)

Размеры щеток окончательно уточняются по ГОСТ 10244-62.

Длина коллектора

= (1,5 ¸2)a_щ = 2·7 = 14 мм (4.10)

L_K = + (3¸5)d₂ = 14+5·1,3 = 20,5 мм (4.11)

где d₂ - диаметр голого провода.

Длина воздушного зазора

(5.1)

Высота сердечника якоря

h_a = = мм (5.2)

где диаметр вала

d_вл = (0,18¸0,24)D_a = 0,18·39 = 7 мм (5.3)

высота паза

h_п = (0,22¸0,32)D_а = 0,3·39 = 11,7 мм (5.4)

Ширина сердечника полюса

b_пол = мм (5.9)

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

2.6. Расчет обмотки возбуждения

Средняя длина витка катушки

L_ср = 2(b_пол + L_пол + 2d_к) = 2(0,22+39+39·2)=94,04 мм (6.4)

где b_пол из формулы (5.6),

L_пол = L₀ из формулы (1.4),

d_к предварительно принимается 0,1L₀.

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

R_В = К_q = 1,22 = 2,08 Ом (6.5)

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

W_В - из формулы (6.1),

L_ср - из формулы (6.4),

S_В - выбранное ранее стандартное значение .

Потери и КПД двигателя

Масса станины

G_cс = 22(D_a + 2h_пол + h_c)h_cL₀ = 22(3,9+2·13,65+2,05)2,05·6,6 =5,4 кг (7.4)

Масса полюсов

G_cпол = 2p×7,8×S_пол×h_пол×10^-3= 2·7,8·7,9·13,65·10 1,7 кг (7.5)

Масса сердечника якоря

G_ca = 5,5(D_a - 2h_п)²×L₀×10^-3= 5,5(3,9-2·1,17) ·3,9·10 = 0,05 кг (7.6)

где h_п из формулы (5.2).

Масса зубцов якоря

G_ca = 7,8×z×z_ср×h_п×L₀×10^-3= 7,8·12·0,48·3,9·10 = 0,17 кг (7.7)

где z - число пазов якоря,

z_ср = t_ср - b_пол= 0,7 – 0,22 = 0,48 мм (7.8)

t_ср = = мм (7.9)

Удельные потери в стали

р_с = 2e( ) + 2,5r( )²= 2·0,8( ) +2,5·1,3( ) =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)

р_а = 2e( ) + 2,5r( )²= 2·0,8( ) +2,5·1,3( ) = 27 Вт/кг (7.11)

где f₂- частота перемагничивания стали якоря, Гц

р_з = 1,5e( ) + 3r( )²= 1,5·0,8( ) + 3·1,3( ) = 31 Вт/кг (7.12)

Потери в стали станины

Р_сс = р_с(В_с)²G_cс = 1,61·(0,26) ²·5,4= 0,6 Вт (7.13)

Потери в стали полюсов

Р_спол = р_с(В_пол)²G_cпол = 1,61·(1,16) ·1,7 = 3,6 Вт (7.14)

Потери в стали зубцов якоря

Р_сз = р_з(В_зср)²G_cз= 16·(0,65) ² ·0,17= 1,14 Вт (7.16)

Масса якоря

G_а= = кг (7.19)

где средняя объемная масса якоря и коллектора g_а = g_к = 8,5·10^-3 кг/м³

Общие потери в двигателе

SР = z₀(P_ма + P_мв + Р_щк +Р_с + Р_мх) = 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

= 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.