Учебная работа. Расчет микродвигателя постоянного тока

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

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 — θ 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 η = 0,53.

ток якоря электродвигателя при параллельном возбуждении

А

где ток возбуждения

А

Э.Д.С. якоря электродвигателя

В

Машинная постоянная

,

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

Вδ = 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 δ = (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

,

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

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 θ =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,

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

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 σ = (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

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 Тл0,580,9281,161,3341,51,741,972,32Всδ 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

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

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, δ0,455·10-3Ширина 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 δИ0,4·10-3Толщина изоляции катушки ΔИК1,5·10-3

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, η=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.

Учебная работа. Расчет микродвигателя постоянного тока