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.
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ