Расчет микродвигателя постоянного тока


Курсовая работа

по дисциплине "Электрические машины "

на тему «Расчет микродвигателя постоянного тока»


Содержание


Введение

.Задание на расчет.

2.Основные размеры электродвигателя.

.Обмотка якоря.

.Размеры зубцов, пазов, проводов и электрические параметры якоря.

.Коллектор, щеткодержатели и щетки.

.Магнитная система электродвигателя.

.Расчет обмотки возбуждения.

.Мощность потерь и коэффициент полезного действия.

.Рабочие характеристики электродвигателя.

10.Упрощенный тепловой расчет.

. Поперечное сечение рассчитанного электродвигателя

Заключение

Список литературы


Введение


Электрический аппарат - это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Электрические аппараты служат для коммутации, сигнализации и защиты электрических сетей и электроприемников, а также управления электротехническими и технологическими установками и находят исключительно широкое применение в различных областях народного хозяйства: в электроэнергетике, в промышленности и транспорте, в аэрокосмических системах и оборонных отраслях, в телекоммуникациях, в коммунальном хозяйстве, в бытовой технике и т. д. При этом в каждой из областей диапазон используемой номенклатуры аппаратов очень широкий. Можно определенно сказать, что не существует области, связанной с использованием электрической энергии, где бы не применялись электрические аппараты.

Помимо знания конструкции и принципа работы электрических аппаратов, необходимо уметь выбрать аппаратуру для конкретной схемы электрической установки; в практике электромонтера этот вопрос имеет большую значимость.


1. Задание на расчет


) Исходные данные:

мощность на валу P2 = 50 Вт;

напряжение сети U = 110 В;

частота вращения n = 4000 об/мин;

возбуждение - параллельное;

режим работы - продолжительный;

исполнение - закрытое;

температура окружающего воздуха - ? 0 = 20 ºС.


2. Основные размеры электродвигателя


Расчетная или внутренняя электромагнитная мощность машины


Вт,


где по кривой рис. 2.2.1 для Р2 = 50 Вт принято ? = 0,53.

Ток якоря электродвигателя при параллельном возбуждении


А


где ток возбуждения


А


Э.Д.С. якоря электродвигателя


В


Машинная постоянная


,


где принято ? = (0,6÷0,70)=0,6 и по кривым рис. 2.2.2. для


В? = 0,33 Тл; AS = 76·102 А/м


Примем предварительно

Диаметр расточки полюсов и расчетная длина пакета якоря будут


м

м


Окончательный диаметр якоря


м,


где принято ? = (0,2÷0,4)·10-3 = 0,3·10-3

Окружная скорость якоря


м/сек


Полюсный шаг и расчетная полюсная дуга


м

м,


где 2р = 2

Приближенно длина воздушного зазора


м


Действительная полюсная дуга


м


Частота перемагничивания стали якоря


Гц.


3. Обмотка якоря


Вылет лобовой части обмотки по оси вала


м


Полезный поток полюса при нагрузке машины


Вб


Число проводников обмотки якоря


,


где а = 1

Число пазов якоря



Число коллекторных пластин



Число витков в секции обмотки якоря



Число проводников в пазу якоря



Шаги петлевой обмотки якоря по элементарным пазам и коллектору


;


Рис. 1 Схема петлевой якорной обмотки


Линейная нагрузка якоря


А/м


Результат отличается не больше 5 % от ранее выбранного 7600 А/м.


4. Размеры зубцов, пазов, проводов и электрические параметры якоря


При напряжении машины 110 В для обмотки якорей электродвигателей постоянного тока малой мощности подходят провода марок ПЭЛШО и ПЭЛШКО. электродвигатель постоянный ток якорь

Удельная тепловая загрузка наружной цилиндрической поверхности пакета якоря


Вт/м2


В случае закрытого исполнения машины без вентилятора


Вт/м2 при .


Допустимая плотность тока в обмотке якоря при 2р=2 и n до 5000 об/мин:


А/м2


Момент на валу электродвигателя


Н·м


Предварительное сечение провода обмотки якоря


м2


Окончательное сечение и диаметр провода:


м2

м

м


Окончательная плотность тока в проводнике обмотки якоря


А/м2


Площадь паза, занимаемая изолированными проводниками


м2,


где принято

Площадь паза, занимаемая пазовой изоляцией


м2,


где толщина пазовой изоляции принята м при напряжении 110 В, периметр паза


м


Площадь паза, занимаемая клином


м2,


где принято:

ширина клина


м


высота клина


м


Общая требуемая площадь паза


м2


Коэффициент заполнения паза изолированным проводом


,


где площадь поперечного сечения провода с изоляцией


м2


Высота сердечника якоря


м


Диаметр вала


м


Ширина прорези паза


м


Высота коронки и зубцовый шаг якоря


м

м


Диаметр паза якоря


м


Размеры зубца


м


При трапецеидальном пазе ширина зубца получается большей, поэтому выбираем трапецеидальный паз и далее расчеты ведем для него.

Для трапецеидального паза:

Ширина зубца якоря


м > 1 мм,

где Тл


Размеры паза


м

м

м


Высота паза


м


Проверка максимальной индукции в минимальном сечении зубца

для трапецеидального паза


Тл


Средняя длина проводника обмотки якоря при 2р = 2


м


Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии при расчетной температуре ? =75 ºС.


Ом


Падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке


В


Результат составляет примерно 10÷20 % от номинального напряжения U = 6 В.


5. Коллектор, щеткодержатели и щетки


Толщина тела коллектора


м


Предварительный диаметр коллектора


м


Коллекторное деление


м


Ширина коллекторных пластин


м


Толщина изоляции


т. к. U = 110 В

м


Окончательно коллекторное деление


м


Окончательно диаметр коллектора


м


Окружная скорость коллектора


м/с


В нашем случае окружная скорость коллектора составляет 0,8 от величины окружной скорости якоря м/с

Так как U = 110 В выбираем меднографитные щетки марки МГ-4:

Допустимая плотность тока


А/м2


Переходное падение напряжения на пару щеток при номинальном токе и окружной скорости 15 м/с


В


Коэффициент трения при V = 15 м/с



Удельное нажатие


Н/м2


Площадь сечения щетки


м2


Ширина щетки по дуге окружности коллектора


м


Длина щетки по оси коллектора


м


Высота щетки


м


Уточненные по таблице 2.5.2. размеры: щетка прямоугольная для радиальных щеткодержателей со спиральной пружиной Ф8-А1


м

м

м


Окончательная плотность тока под щетками


А/м2


Активная длина коллектора по оси вала


м


Полная длина коллектора по оси вала


м


Ширина коммутационной зоны


м,

где - число секционных сторон в одном слое паза;

м

м


В нашем случае условие благоприятной коммутации выполняется:



Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния секции обмотки



где длина лобовой части проводника якорной обмотки для 2р = 2


м


Среднее значение реактивной Э.Д.С. в короткозамкнутой секции якоря


В


Э.Д.С. реакции якоря:



где средняя длина силовой линии поперечного потока реакции якоря в междуполюсном пространстве машины


м


Среднее значение результирующей Э.Д.С. в короткозамкнутой секции якоря


В


Условие благоприятной коммутации выполняется:


В


6. Магнитная система электродвигателя

Высота сердечника якоря


м


Проверка индукции в сердечнике якоря


Тл


Осевая длина полюса


м


Высота сердечника полюса машин малой мощности


м


Поперечное сечение сердечника


м2,


где ? = (1,08÷1,12) ? 1,1 - коэффициент магнитного рассеяния для машин малой мощности;

ВПЛ = (1÷1,5) ? 1,25 Тл - магнитная индукция в сердечнике полюса

Ширина сердечника полюса


м,


где К2 = 0,93 - коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах.

Поперечное сечение станины


м2


где Вс = (1÷1,4) ? 1,2 Тл - магнитная индукция в станине в машинах для продолжительного режима работы;

Осевая длина станины с отъемными полюсами


м


Высота станины


м


Средние длины путей магнитного потока в каждом участке магнитной системы:

а) длина станины



б) длина сердечников полюсов


м


в) длина воздушного зазора


м


г) длина зубцов якоря


м


д) длина сердечника якоря


м


Коэффициент воздушного зазора



М.д.с. для воздушного зазора


А


Магнитная индукция и м.д.с. в зубце


Тл

А,


где напряженность магнитного поля в зубце - определяется по кривым для найденного Вз

Магнитная индукция в сердечнике якоря


Тл


М.д.с. для сердечника якоря


А


где - определяется по кривым для найденного Ва

Магнитная индукция в сердечнике полюса


Тл


М.д.с. для сердечников шихтованных полюсов


А


где - определяется по кривым для найденного Впл

Магнитная индукция в сплошной станине


Тл


К2 = 1,0 - для сплошной станины.

М.д.с. для станины


А


где - удельная м.д.с определяется по кривым для найденного Вс

Магнитная индукция в зазоре стыка


Тл


М.д.с. для воздушного зазора в стыке между станиной и отъемными полюсами


А


где длина эквивалентного воздушного зазора в месте стыка при шлифованных поверхностях соприкосновения станины и полюса


м


Таблица 2. Расчет кривой намагничивания машины

ВеличиныЭДС холостого хода, В0,5Е0,8ЕЕ1,15Е1,3Е1,5Е1,7Е2 ЕФ Вб0,2016· 10-30,323· 10-30,4033 10-30,464· 10-30,524· 10-30,605· 10-30,686·10-30,8·10-3 Тл0,1650,2640,330,380,430,50,560,66Вз Тл0,651,041,31,4951,691,952,212,6Вa Тл0,3210,510,6420,7380,8350,9631,091,284ВПЛ Тл0,6110,9781,2231,41,591,832,082,446Вс Тл0,580,9281,161,3341,51,741,972,32Вс? Тл0,6110,9781,2231,41,591,832,082,446А132,01211,2264,02303,6343,2396,03448,8528,04Hз А/м1,5·1023,45·1029,5·10225·10278·102--- А5,111,7332,385265,2---Hа А/м0,75·1020,95·1021,3·1021,4·1021,75·1022,35·102-- А3,534,4766,68,2411,07--Hпл А/м1,2·1022,55·1028·10213·10244·102--- А4,28,922845,5154---Hс А/м1,1·1022,2·1027·10210·10226·102--- А 14,8529,794,5135351--- А36,257,972,483,2696,2108,6123144,8 А195,9323,92497,22658,961217,8--- А68,5111,46148,16194,3304,2---

А


Общая м.д.с. возбуждения на пару полюсов для ЭДС Е:



Построим кривую намагничивания:


Рис. 2. Кривая намагничивания


Поперечная м.д.с. якоря AWq определяется из переходной характеристики , построенной по данным табл. 2.:


Рис. 2.2 Переходная характеристика


Откуда


А


Продольная составляющая м.д.с. якоря


А

где м


Ток одной параллельной ветви


А


Ток одной щетки


A


Средняя эквивалентная индуктивность секции якоря


Гн

с

Ом


Продольная коммутационная м.д.с. якоря


А


Суммарная м.д.с. реакции якоря электродвигателя


А


Полная м.д.с. возбуждения машины при нагрузке на пару полюсов


А


7. Расчет обмотки возбуждения


Предварительно средняя длина витка катушки возбуждения при Ск =0


м


Сечение провода обмотки возбуждения


м2


Ближайшие большие сечение и диаметр провода обмотки возбуждения:


м2

м

м


Плотность тока в проводнике обмотки возбуждения


А/м2


Число витков обмотки возбуждения, приходящихся на один полюс



Высота полюсного наконечника


м


Высота катушки


м


Число проводников по высоте катушки


,


где толщина изоляции катушки возбуждения на две стороны м

Число проводников по ширине катушки



Ширина катушки


м


Средняя длина витка катушки возбуждения с учетом Ск


м


Окончательное сечение провода обмотки возбуждения


м2


Ближайшие большие сечение и диаметр провода обмотки возбуждения:


м2

м

м


Окончательная плотность тока в проводнике обмотки возбуждения


А/м2


Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при расчетной температуре


Ом


Ток возбуждения


А


В начале расчета А.

Проверка величины э.д.с. якоря при нагрузке


В,


Что незначительно отличается от ранее рассчитанного Е = 88,86 В.


8. Мощность потерь и коэффициент полезного действия


Потери в меди обмотки якоря


Вт


Потери в меди параллельной обмотки возбуждения


Вт


Переходные потери в контактах щеток и коллекторе


Вт


Масса стали сердечника якоря


кг


Масса стали зубцов якоря


кг


Потери на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника якоря


Вт


Потери на гистерезис и вихревые токи в стали зубцов якоря


Вт


Удельные потери в стали


Вт/кг

Вт/кг


Полные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря


Вт


Потери на трение щеток о коллектор


Вт


Общая площадь прилегания к коллектору всех щеток


м2


Потери на трение в подшипниках


Вт


Масса якоря



где кг/м3 - средняя объемная масса якоря и коллектора

Потери на трение якоря о воздух


Вт


Полные механические потери в машине


Вт


Общие потери в машине при полной нагрузке


Вт


где учитывает добавочные потери в машине.

Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке машины


,


где I=Ia+Iв =(0,729 +0,129)=0,858 А - потребляемый ток в номинальном режиме.

Результат не сильно отличается от ранее выбранного .


9. Рабочие характеристики электродвигателя


Результаты расчета рабочих характеристик приведены в таблице 3.


Таблица 3. Расчет рабочих характеристик

ВеличиныПотребляемый двигателем ток из сети, А0,5I0,8II1,2IIB, A0,1290,1290,1290,129I, A0,49350,71220,8581,004Ia = I-IB, A0,36450,58320,7290,8748?Ua = Ia?ra, B0,691,1071,381,66?Uщ, B1,7522,53?U = ?Ua+?Uщ, B2,443,1073,884,66E = U - ?U, B107,56106,893106,12105,34AW'B = IB?2WB, A528,477528,477528,477528,477AWR, A 15,632531,25737,5AW'p = AW'B - AWR , A512,85503,477497,22491Ф, Вб0,4063·10-30,4053·10-30,4033·10-30,4023·10-3, об/мин 4813479547844761Рм.а= Ia2?ra, Вт0,25210,64511,45Рм.в= U?Iв, Вт14,1914,1914,1914,19Рщ.к= ?Uщ?Ia, Вт0,6381,161,822,62Р1=U?I, Вт 54,2878,3494,4110,44Ва, Тл0,3210,510,6420,77Рса, Вт0,0850,1450,1710,1894Вз, Тл0,651,041,31,56Рс.з, Вт1,031,632,062,261Рс, Вт1,1151,8522,2312,457Ртр.щ, Вт0,0820,1380,1640,193Ртр.п, Вт1,961,841,7361,48Ртр.в, Вт0,2080,3690,4160,505Рмх, Вт1,1581,852,3162,78, Вт16,919,9821,6523,565P2 = P1 - ?P , Вт37,3858,3672,7586,870,690,7450,770,787, H·м0,0740,1160,1450,174

По данным расчета построим рабочие характеристики двигателя:


Рис.3. Рабочие характеристики


10. Упрощенный тепловой расчет


Полные потери в активном слое якоря


Вт


Поверхность охлаждения активного слоя якоря


м2


Среднее превышение температуры якоря над окружающей средой при установившемся режиме


ºС


Окружная частота вращения якоря


м/с


Превышение температуры коллектора. Полные потери на коллекторе


Вт


Поверхность охлаждения коллектора


м2


Среднее превышение температуры коллектора над окружающей средой при установившемся режиме


ºС


Потери в одной катушке обмотки возбуждения


Вт


Поверхность охлаждения одной катушки обмотки возбуждения при станине с отъемными полюсами



Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над окружающей средой при установившемся режиме


ºС , где принято

.


11. Поперечное сечение рассчитанного электродвигателя


Поперечное сечение рассчитанного двигателя показано на рис. 4; рассчитанные размеры приведены в таблице 4.


Таблица 4 Рассчитанные размеры электродвигателя в м.

Диаметр якоря, Da50·10-3Диаметр вала, dвл10·10-3Длина воздушного зазора, ?0,455·10-3Ширина сердечника полюса, bПЛ15·10-3Высота сердечника полюса, hПЛ17,5·10-3Высота полюсного наконечника, hПЛН3,34·10-3Высота катушки, hк14,16·10-3Ширина катушки Ск6,45·10-3Высота станины, hс3,011·10-3Размеры паза: Большая ширина паза bП1 Меньшая ширина паза bП2 5,434·10-3 0,5738·10-3Ширина зубца якоря Zmin2,521·10-3Высота паза, hП17·10-3Ширина прорези паза аП 1,245·10-3Высота коронки, h'к0,75·10-3Ширина клина, bКЛ4·10-3Высота клина, hКЛ0,7·10-3Толщина пазовой изоляции ?И0,4·10-3Толщина изоляции катушки ?ИК1,5·10-3

Рис. 4 Поперечное сечение электродвигателя


Заключение


В данной курсовой работе рассчитан микродвигатель постоянного тока. В ней произведены расчеты основных размеров машины и электрических параметров, а также построены графики основных характеристик электромашины.

В результате расчета при мощности Р2 = 50 Вт получены:

Частота вращения якоря n =4700 об/мин, потребляемый ток I =0,86 А, ?=0,77, момент на валу M2=0,145Нм. Температура нагрева обмоток якоря и возбуждения, а также коллектора не превышают допустимых значений.


Список литературы


1.Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. М., В.Ш., 2007

2.Прохоров С.Г., Хуснутдинов Р.А. Электрические машины. Казань, Издательство КГТУ, 2012

.Хуснутдинов Р.А. , Шарафиева А.Р. Расчет электродвигателей малой мощности. Казань, Издательство КГТУ, 2009.


Теги: Расчет микродвигателя постоянного тока  Курсовая работа (теория)  Физика
Просмотров: 30685
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Расчет микродвигателя постоянного тока
Назад