Xreferat.com » Рефераты по физике » Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Введение


Коллекторные двигатели постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами мощностью до 200 Вт находят широкое применение в системах электроприводов систем автоматики, робототехники и транспортных средств. Двигатели разрабатываются на напряжение 6 – 110 В и частотой вращения 1500 – 6000 об/мин. Для двигателей постоянного тока рассматриваемого диапазона мощности с диаметром корпуса 20 – 80 мм целесообразно использовать конструкцию с радиально расположенными магнитами. При этом целесообразно применять волновую обмотку якоря, не требующую уравнительных соединений. Число полюсов рекомендуется выбирать в диапазоне 2 р = 2 – 6. Увеличение числа полюсов снижает размеры и массу ярма статора и якоря, но увеличивает магнитные потоки рассеяния и потери в стали из-за увеличения частоты перемагничивания. Пазы якоря выбирают овальной или круглой формы, обеспечивающие постоянную толщину зубца не менее 2 мм.

Применение постоянных магнитов с высокой удельной энергией типа феррит бария позволяет улучшить массогабаритные, энергетические и стоимостные показатели двигателя постоянного тока.

Приведен аналитический расчет коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов, позволяющий получить заданные технические параметры при лимитированном габарите и заданном тепловом режиме электродвигателя.


1. Основные размеры двигателя


Определение основных размеров двигателя (диаметра якоря D и длины якоря Iδ) является одним из важнейших этапов в ходе расчета двигателя, так как правильно выбранные размеры якоря обеспечивают требуемый тепловой режим, соответствующий выбранному классу нагревостойкости изоляции, и рациональное использование применяемых в машине материалов.

Ток якоря при нагрузке машины

Ток якоря в двигателе с возбуждением постоянными магнитами одновременно является током двигателя


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где значение КПД принимаем равным 67%, т.е. Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Электромагнитная мощность двигателя


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Диаметр якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где αδ=0,68

Вδ=0,23 Тл

А/=115*102 А/м

λ=1,1

где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности- коэффициент полюсного перекрытия, его значение выбирают из диапазона 0,6 – 0,7;

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности=Bd – магнитная индукция в воздушном зазоре, принимается равной индукции магнита в оптимальной рабочей точке кривой размагничивания предварительно выбранной марки магнита (для феррит бариевых магнитов выбирают из диапазона 0,1–0,22 Тл);

А1 – предварительное значение токовой линейной нагрузки, её значение выбирают в диапазоне (70 – 200) 102 А, м при кратковременном и повторно – кратковременном режимах работы двигателя (большие значения соответствуют большей мощности);

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности – отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру, это значение выбирают из диапазона 0,5 – 1,8.

Полученное значение диаметра якоря округляют до тысячных долей метра и выбирают ближайшее стандартное его значение по приложению А /1/.

По приложению А из стандартного ряда размеров выбираем диаметр якоря D=0,058 м

Расчётная длина якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Окружная скорость вращения якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Полюсное деление


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Расчётная ширина полюса (магнита)

Выбираем конструкцию полюса без полюсного наконечника


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Частота перемагничивания стали якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


2. Обмотка якоря


Обмотка якоря машины постоянного тока является замкнутой. Конструктивно обмотка выполняется барабанной и двухслойной.

Для четырехполюсной конструкции двигателя выбираем простую волновую обмотку с числом параллельных ветвей 2а=2

где 2а - число параллельных ветвей обмотки якоря.

Предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Число пазов якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Число коллекторных пластин

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности, так как 2 р=4

Предварительное число витков в секции обмотки якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


принимаем число витков в секции обмотки якоря равным округлённому значению, то есть Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности.

Уточнённое число проводников обмотки якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Число проводников обмотки якоря в пазу якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Уточнённое значение токовой линейной нагрузки


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


при этом должно выполняться условие


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Условие выполняется.

Шаги обмотки якоря

Для простой волновой обмотки якоря:

а) первый частичный шаг


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


б) результирующий шаг


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


в) второй частичный шаг


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


г) шаг обмотки по пазам

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Обмоточные шаги у1, у2, у, уп должны быть целыми числам. Укорочение шага εк и ε (εк>0; ε>0) выбирают таким, чтобы шаги обмотки были целыми числами. Применение укорочения шага (εк>0) в петлевых обмотках приводит к уменьшению длины и вылета лобовых частей, к уменьшению сопротивления и массы обмотки якоря.


3. Размеры зубцов, пазов и проводников обмотки якоря


В двигателе малой мощности применяют полузакрытые пазы круглой или овальной формы.

Обмотку якоря электродвигателя постоянного тока малой мощности выполняют из круглого медного обмоточного провода с эмалевой изоляцией класса нагревостойкости «F» и укладывают в изолированные пазы якоря.

Выбираем для зубцов якоря проектируемого двигателя овальную форму паза. Якорь выбираем со скосом пазов. Пазовая изоляция – эмалевая на эпоксидной основе, нанесённая методом напыления толщиной 0,25*10-3 м, то есть Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности м.

Принимаем всыпную обмотку, с круглыми проводами, с эмалевой изоляцией класса нагревостойкости В. Выбираем марку провода ПЭТВ ГОСТ 160.505.001–74. Сердечник якоря выполняется, шихтованным из листов электротехнической стали 2013 ГОСТ 21427.2–83 толщиной 0,5 мм.

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря выбирают из диапазона из диапазона (5–20)*106 А/м2 при кратковременном режиме работы S2. Большие значения плотности тока соответствуют большим мощностям электродвигателя.

Для кратковременного режима работы (S2) принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Сечение и диаметр провода обмотки якоря

а) предварительное значение площади поперечного сечения неизолированного провода


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


б) окончательное значение площади поперечного сечения g, диаметр неизолированного провода d и диаметр изолированного провода dиз выбираем из таблицы Б.2 приложения Б /1/.

g=0,099*10-6 м2 , d=0,355*10-3 м, dиз=0,395*10-3 м

Окончательная плотность тока в проводнике обмотки якоря

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Больший диаметр овального паза якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где kc=0,95 – выбираем по таблице В.1 приложения В;

Bz – магнитная индукция в зубце, выбирают из диапазона (0,5–1,9) Тл;

hш=0,5*10-3 м – высота шлица паза якоря;

D/=D-2*hш=0,058–2*0,5*10-3=0,057 м;

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности- центральный угол на один паз;

Принимаем Bz=1,1 Тл.

Принимаем bп1=0,0062 м

Меньший диаметр овального паза принимается равным

bп2=0,0053 м

при этом необходимо, чтобы bп2<bп1

Периметр овального паза


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Высота паза якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Площадь сечения паза якоря

а) овального паза


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности – коэффициент скоса пазов

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности – зубцовое деление


Площадь поперечного сечения паза, заполненного обмоткой

а) площадь сечения пазовой изоляции


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


б) площадь сечения пазового клина

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где bкл=(0,5–0,6)*bп1=(0,5–0,6)*0,0062=(0,0031–0,00372) – ширина клина;

hкл=(0,5–1,5)*10-3 – высота клина;

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

в) площадь сечения паза без изоляции паза и клина


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Коэффициент заполнения паза изолированными проводами


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Выбираем автоматизированную укладку обмотки в пазы якоря так как Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Проверка ширины зубца якоря

Так как пазы выполнены овальными с параллельными стенками, то ширина зубца постоянна по высоте зубца


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


необходимо, чтобы выполнялось условие Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Условие выполняется так как Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Средняя длина полувитка секции обмотки якоря

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности,


где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности- прямолинейный отрезок лобовой части обмотки принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Сопротивление обмотки якоря при максимально допустимой температуре, определяемой классом нагревостойкости изоляции


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности- расчётная температура для изоляции класса F принимается равной 1150С


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности – сопротивление обмотки якоря при температуре 200С


4. Коллектор и щётки


В электродвигателях постоянного тока малой мощности, как правило, применяют коллектор на пластмассе. Коллекторные пластины коллектора изготавливают из твёрдо тянутой меди и изолируют их друг от друга и от вала якоря пластмассой. Конструкция щёткодержателя должна обеспечить правильное положение щёток на коллекторе. Щётка должна выступать из втулки щёткодержателя на 1–2 мм.

Для проектируемого электродвигателя выбираем коллектор на пластмассе.

Предварительный диаметр коллектора:

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Относительное коллекторное деление


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Выбирают значение относительного коллекторного деления

Принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Коллекторное деление


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Ширина коллекторной пластины


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности при Uном>30 В

Принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

По технологическим требованиям необходимо, чтобы Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Условие выполняется так как Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Окончательный диаметр коллектора


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Окружная скорость коллектора


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Площадь поперечного сечения щётки

Выбирают марку щётки ЭГ2А: ΔUщ=2,6 В; jщ=10*104 А/м2


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Размеры щётки

Предварительные размеры щетки


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Уточняем размеры щёток, выбирая стандартные размеры щётки по таблице Д.2 приложения Д: bщ=0,004 м; ащ=0,005 м; hщ=2*ащ=2*0,005=0,01 м

Окончательная плотность тока под щётками


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Длина коллектора

а) активная длина коллектора по оси вала


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


б) полная длина коллектора по оси вала


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Проверка ЭДС


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности В


где ΔUщ – падение напряжения на щётках, берётся из таблицы Д.1. Приложения Д /1/.

При этом должно выполняться условие


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности,

где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности- условие выполняется.


5. Коммутационные параметры


Ширина коммутационной зоны

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Для благоприятной коммутации необходимо выполнение соотношения

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности или 0,0134<0,0137,

условие выполняется.

Удельная магнитная проводимость пазового рассеяния овального паза


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Среднее значение реактивной ЭДС в короткозамкнутой секции якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности,


Среднее значение ЭДС поля якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Среднее значение результирующей ЭДС в короткозамкнутой секции обмотки якоря

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Коммутация благоприятна, так как Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности.


6. Магнитная система машины


Принимаем конструкцию магнитной системы проектируемого двигателя с отъёмными полюсами, представляющую собой внешнее сплошное ярмо, выполненное из Ст 3, к которому крепятся постоянные магниты в виде скоб с радиальной намагниченностью без полюсных наконечников; сердечник якоря выбран зубцовым и набран из пластин электротехнической стали 2013 ГОСТ 21427.2–83 толщиной 0,5 мм с оксидированным изоляционным слоем.

Длина воздушного зазора под полюсом


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Высота ярма якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Индукция в ярме якоря


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


Размеры станины

а) площадь поперечного сечения станины


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности- коэффициент рассеяния магнитной системы;

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

б) осевая длина станины


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


в) высота станины


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


где Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности – для сплошной станины


Предварительные размеры магнита при радиальном расположении в магнитной системе

а) длина магнита


Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности


здесь принимаем Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности – толщина корпуса

б) высота магнита

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

в) ширина магнита

Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Магнитную цепь двигателя можно разбить на пять участков с приблизительно постоянной индукцией на каждом участке: ярмо статора, зубцы якоря, ярмо якоря, воздушный зазор, технологический зазор

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: