Расчет электродвигателя постоянного тока малой мощности

Задание: провести электромагнитный расчет разработать конструкцию электродвигателя постоянного тока малой мощности с последовательным возбуждением, закрытого исполнения с продолжительным режимом работы, с естественным охлаждением при следующих исходных данных:

Полезная мощность на валу – P₂ = 45 Вт;

Напряжение питающей сети – U = 6 B;

Частота вращения – n = 6500 мин;

ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1. Расчетная мощность двигателя.

= 57.2727 [Вт] ;= 0,55

2. Ток и ЭДС якоря

Ток якоря электродвигателя: = 13.6364 [A] ;

ЭДС якоря электродвигателя: = 4.2 [B] ;

3. Машинная постоянная

= 0,0033, где - коэффициент полюсного перекрытия.

= 0,35 [Тл] и A = 8000 [А/м] при заданном отношении = 0,0069

4. Диаметр расточки полюсов, диаметр якоря и расчетная длина пакета якоря

= 0.0307 [м] ; = 0.0307 [м] .

конструктивный коэффициент - =1.

Диаметр якоря = 0.0301 [м] , где = 0.2754 [мм] - длина воздушного зазора между расточкой полюсов и якорем

Выбрана марка стали 1212.

5. Окружная скорость вращения якоря

= 10.2558 [м/сек.]

6. Полюсное деление и расчетная полюсная дуга

= 0.0482 [м]; = 0.0313 [м], где 2p = 2 - число полюсов машины.

= 0.0323 [м].

7. Частота перемагничивания стали якоря

= 108.33 [Гц].

ОБМОТКА ЯКОРЯ (ОЯ)

В электродвигателях постоянного тока малой мощности при двухполюсном исполнении применяется простая петлевая обмотка.

Вылет лобовой части обмотки по оси вала обычно составляет

= 0.012 [м].

8.Полезный поток полюса при нагрузке двигателя

= 0.0003362 [Вб].

9. Число проводников ОЯ

= 115, где - число параллельных ветвей ОЯ.

10. Число пазов якоря

= 9

11. Число коллекторных пластин

= 18 при ;

12. Число витков в секции ОЯ

= 3;

13. Число проводников в пазу якоря

= 12

N=N_ПZ = 108 – окончательное значение числа проводников обмотки якоря.

14. Шаги ОЯ по секциям у₁ и коллектору у_к .

Для простой петлевой обмотки якоря:

= 9; = 8; ;

15. Окончательная величина линейной нагрузки якоря

= 7791 [А/м].

РАЗМЕРЫ ЗУБЦОВ, ПАЗОВ И ПРОВОДОВ ОЯ.

16. Предварительный выбор плотности тока в ОЯ.

Вращающий момент электродвигателя определяется по уравнению

= 0,0675 [Нм]; = 6 [А/мм²].

17. Сечение и диаметр провода ОЯ

Предварительно = 1.1364 [мм²]. Сечение = 0,785 [мм²] , диаметр провода без изоляции = 1,0 [мм] и диаметр провода с изоляцией = 1,135 [мм]

18. Окончательная плотность тока в ОЯ

= 5.9998 [А/мм²] , где - из поз. 17.

19. Площадь сечения паза якоря

а) площадь паза якоря , занимаемая изолированными проводниками

= 21,47 [мм²] , где - технологический коэффициент, учитывающий неплотность и укладки проводников в пазы.

б) площадь паза, занимаемая пазовой изоляцией = 2,43 [мм²], где - толщина пазовой изоляции: , [мм], при напряжении (6 –12) [В];

и где [мм] - периметр паза

в) площадь паза, занимаемая клином

= 3,675 [мм²] = 5,25 [мм] и его высоту [мм].

г) общая требуемая площадь сечения паза якоря

= 27,575 [мм²]

20. Коэффициент заполнения паза изолированным проводом

= 0,44 , где = 1,0113 [мм²] - площадь поперечного сечения провода с изоляцией;

21. Размеры листов пакета якоря (пазы, зубцы, ярмо).

Выбираем паз круглой формы.

диаметр паза якоря =5,926 [мм];

- зубцовый шаг по окружности якоря, = 10,5 [мм].

Ширина прорези паза: , [мм],

Зубцовые шаги по вершинам, серединам и основаниям зубцов якоря:

= 8,41[мм] ; = 6,33 [мм], где = 5,976 [мм]

высота ярма якоря , [мм]; d_вл – диаметр вала

длина магнитной силовой линии по ярму = 5,2819 [мм]

длина магнитной силовой линии по зубцу L₃ h_n

= 5,5 [мм]; = 2,48 [мм]; = 6,33 [мм],

Проверка максимальной индукции в минимальном сечении зубца

= 1,59 [Тл], где 0,93 - коэффициент, учитывающий лаковую изоляцию между листами пакета якоря .

22. Средняя длина одного проводника ОЯ

= 0,0668 [м]

23. Сопротивление ОЯ в нагретом состоянии при

= 0,054 [Ом],

где 1,4 - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании её от 20 до .

24. Падение напряжения в ОЯ

= 0,7365 [В].

КОЛЛЕКТОР И ЩЕТКИ

25. Предварительная величина диаметра коллектора

=18,06 [мм];

26. Ширина коллекторной пластины

= 3,15 [мм]

Ширина коллекторных пластин _k = 4 [мм].

Толщина миканитовой или пластмассовой изоляции между коллекторными пластинами:

_u = 0,5 [мм];

После выбора _k и _u окончательное коллекторное деление t_k =_k +_u = 4.5 [мм].

27. Диаметр коллектора и его окружная скорость

= 0,0258 [м]; = 8,77 [м/сек] .

28. Сорт щеток и плотность тока под щетками.

Марка щеток - М-1

Допустимая плотность тока, = 15 [А/см² ];

Переходное падение напряжения на пару щеток

= 1,50,5 [В];

Коэффициент трения = 0,25;

Удельное нажатие = 0,16 [H/мм²].

Ширина по окружности коллектора = 8 [мм];

Длина по оси коллектора = 12,5 [мм];

Высота = 25 [мм];

29. Площадь сечения щетки и ее размеры

= 90,9 [мм²];

Тогда окончательно площадь щетки: = 100 [мм²] , ();

30. Окончательная плотность тока под щетками

= 0,1364 [А/мм²],

31. Длина коллектора

= 13,6 [мм].

Полная длина коллектора по оси вала = 17,6 [мм].

32. Проверка коммутации.

Ширина коммутационной зоны

= 11,55 [мм], где = 2- число секционных сторон в одном слое паза; = 9,3 [мм]; = 5,25 [мм]; a=1.

Для благоприятной коммутации необходимо соблюдать соотношение:

= 13,52 [мм].

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния секции ОЯ приближенно определяется по следующей формуле:

= 3,5[Гн/м], где

= 36,12 [мм] при 2p=2;

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ

Магнитная система электродвигателя с привёрнутыми полюсами

33. Длина воздушного зазора под полюсом:

= 0,2 [мм];

34. Высота сердечника якоря

= 0,0123 [м],

где диаметр вала = 0,0063 [м].

Проверка индукции в сердечнике якоря

= 0,4784 [Тл], где 0,93 - коэффициент, учитывающий лаковую изоляцию между листами пакета якоря.

35. Размеры полюса.

Осевая длина полюса = 0,0307 [м].

Высота сердечника полюса машин малой мощности предварительно может быть принята = 0,009 [м].

Индукция в сердечнике полюса = 1[Тл].

Тогда поперечное сечение сердечника полюса будет = 0,000369 [м²] , где - коэффициент магнитного рассеяния для машин малой мощности.

Ширина сердечника полюса = 0,0127 [м], здесь - коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах.

36. Размеры станины:

Поперечное сечение станины = 0,000154 [м²] , где индукция = 1,2 [Тл].

Осевая длина: = 0,0347 [м];

Высота станины 0,0047 [м].

37. Эскиз магнитной системы двигателя

длина станины = 0,0838 [м]

= 0,018 [м] - длина сердечников полюсов;

= 0,0004 [м] - длина воздушного зазора;

= 0,012 [м] - длина зубцов якоря ;

= 0,0184 [м] - длина сердечника якоря;

= 0,0534 [мм].

38. МДС для воздушного зазора

Коэффициент воздушного зазора = 1,1364;

МДС для воздушного зазора = 12,72 [А].

39. МДС для зубцов якоря

Индукция по трем сечениям зубцов якоря в случае прямоугольного или круглого пазов: = 0,7185 [Тл]; = 1,59 [Тл]; = 1,59 [Тл].

МДС для зубцов = 46,26 [A],

где = 130 [A/м], == 4600 [A/м]

40. МДС для сердечника якоря.

Индукция в сердечнике якоря = 0.4784 [Тл].

МДС для сердечника якоря = 3,84 [A], где = 100 [A/м]

41. МДС для сердечника полюсов

Индукция в сердечнике полюса = 0,99 [Тл].

МДС для сердечника полюса = 4,5 [A] где = 250 [А/м]

42. МДС для станины.

Индукция в станине = 1,1928 [Тл].

МДС для станины = 41,9 [А], где = 500 [А/м]

43. МДС для воздушного зазора в стыке между станиной и полюсами.

Индукция в зазоре стыка =0,94 [Тл]. МДС для воздушного зазора в стыке =56,03336 [А], где[м].

44. Характеристика холостого хода (ХХ) двигателя.

Расчет характеристики холостого хода машины

Величины
, [Вб]	0,000168	0,000268	0,000336	0,000386	0,000436
, [Тл]	0,175	0,28	0,35	0,4	0,455
, [Тл]	0,35	0,574	0,7185	0,82	0,93
, [Тл]	0,79	1,27	1,59	1,81	2,06
, [Тл]	0,79	1,27	1,59	1,81	2,06
, [Тл]	0,23	0,38	0,4784	0,524	0,62
, [Тл]	0,49	0,79	1,0006	1,09	1,29
, [Тл]	0,59	0,95	1,1928	1,3	1,54
, [Тл]	0,49	0,79	1,0006	1,09	1,29
,[А/м]	100	110	130	160	200
,[А/м]	150	680	4600	14000	26000
,[А/м]	150	680	4600	14000	26000
,[А/м]	141,6	585	3855	11693	21700
,[А/м]	90	100	100	105	120
,[А/м]	100	150	250	330	760
,[А/м]	110	220	500	780	3800
,[А]	63,63	101,8	127,2	145,46	165,46
,[А]	1,7	7,02	46,26	140,32	260,4
,[А]	3,45	3,84	3,84	4,032	4,6
,[А]	1,8	2,7	4,5	5,94	13,6
,[А]	9,22	18,44	41,9	65,36	318,44
,[А]	156,8	252,8	316,8	348,8	412,8
,[А]	236,6	386,6	540,5	709,91	1175,3

Наконец строится характеристика ХХ (рис. 14):

45. МДС реакции якоря.

Поперечная составляющая МДС якоря определяется по так называемой переходной характеристике машины , = 60 [А]

Продольная составляющая МДС якоря определяется формуле = 3,1164 [А],

где [м].

Продольная коммутационная МДС якоря может быть определена по следующей формуле:

= 113,8876 [А], где = 0,0084 [м]

= 1 - относительная величина тока якоря в долях его номинального значения;

= 1 - относительная величина угловой частоты вращения якоря в долях ее номинального значения;

= 0,0116; = 0,0132; здесь - = 0,0146; = 0,055 [Ом]; = 0,0009 [с];

= 0,0034 [Гн] - средняя эквивалентная индуктивность секции якоря ;

= 13,6364 [А] - ток одной щетки ; = 6,81.

46.Полная МДС возбуждения двигателя при нагрузке на пару полюсов

= 654,38 [А]

РАСЧЕТ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ (ОВ).

47. Число витков ОВ, приходящихся на один полюс

=24 округлить до целого большего значения.

48. Сечение и диаметр провода ОВ.

Плотность тока в обмотке = 5,8 [А/ мм²]

предварительно сечение не изолированного провода = 2,3511 [мм²] .

По ГОСТ 6324-52 окончательно: = 2,06 [мм²] ; диаметры неизолированного и изолированного провода d_в = 1,62 [мм] и d_в.и = 1,755 [мм].

49. Окончательная плотность тока в проводнике ОВ

= 6,62 [А/ мм²].

50. Сопротивление ОВ в нагретом состоянии при .

Средняя длина витка катушки

= 0,0679 [Ом], где =1,4 - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании её от 20 до ;

- средняя длина витка ОВ в [м], ,[мм²] определяемая по эскизу расположения обмотки на полюсе . l_ср  2(l₀ +b₀) = 0,124 [м]

51. Падение напряжения в ОВ

= 0,12 [В].

52. Проверка величины ЭДС якоря при нагрузке

= 4,1365 [В].

53. Требуемая площадь окна для размещения ОВ на полюсе

=90,14 [мм²] , где - коэффициент , учитывающий возможные неточности намотки рядов проволоки в катушке.

54. Фактическая площадь окна для размещения ОВ

= 99,154 [мм²]

ПОТЕРИ И КПД ДВИГАТЕЛЯ

60. Потери в меди ОЯ и ОВ.

Потери в меди ОЯ : = 10,04 [Вт];

Потери в меди последовательной ОВ : = 12,62 [Вт];

61. Переходные потери в контактах щеток и коллектора

= 13,6364 [Вт].

62. Магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря.

Масса стали сердечника якоря: = 0,0556 [кг].

Масса стали зубцов якоря: = 0,0319 [кг].

Потери на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря

= 0,26 [Вт].

Потери на гистерезис и вихревые токи в зубцах якоря

= 1,707 [Вт].

Полные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в якоре

= 1,97 [Вт].

Удельные потери в стали:

= 20,5 [Вт/кг];

= 21,17 [Вт/кг].

= 3,5; = 4,4 .

63. Механические потери в двигателе

а) Потери на трение щеток о коллектор: = 3,47 [Вт],

где и [Нмм²]. - из табл.2 позиции 28 согласно принятой марки щеток; [мм²].- общая площадь прилегания к коллектору всех щеток, определяемая по данным позиции 29 , скорость V_к [м/с].

б) Потери на трение в шарикоподшипниках можно приближенно определить по формуле: = 1,7108 [Вт].

Масса якоря = 0,2632 [кг]..

Средняя объемная масса якоря и коллектора 10³[кг/м³].

в) Потери на трение якоря о воздух можно приближенно определить по следующей формуле :

= 0,45 [Вт].

г) Полные механические потери в машине:

= 5,6 [Вт].

64. Общие потери в машине при полной нагрузке

= 47,37 [Вт],

где - учитывает добавочные потери в машине.

65. Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке двигателя

= 42,1 %,

По результатам проведенного расчета составляем спецификацию и чертим чертеж:

Московский Авиационный Институт

(Государственный Технический Университет)

кафедра 310

Курсовая работа

по дисциплине Электромеханика

Электромагнитный расчет двигателя малой мощности

Выполнил студент

группы:

Принял:

Пенкин В.Т.

Москва, 2006 год

Список использованных источников

1. Н.П. Ермолин. Расчет коллекторных машины малой мощности. 1973 г.

2. Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. Электрические машины и микромашины. 1981 г.

3. Л.И Поспелов. Конструкции авиационных электрических машин, 1982 г.