дпт. ДПТ для бытовых нужд. 1. Задание на расчет Исходные данные
![]()
|
1. Задание на расчет Исходные данные: мощность на валу P2 = 150 Вт; напряжение сети U = 12 В; ![]() частота вращения n = 4000 об/мин; возбуждение -параллельное; режим работы - длительный; исполнение - закрытое; температура окружающего воздуха - θ 0 = 25 ºС. . Основные размеры электродвигателя Расчетная или внутренняя электромагнитная мощность машины: ![]() где по кривой рис. 2.2.1 для Р2 = 150 Вт принято η = 0,65. Ток якоря электродвигателя при параллельном возбуждении: ![]() где ток возбуждения: ![]() Э.Д.С. якоря электродвигателя: ![]() Машинная постоянная: ![]() электродвигатель постоянный ток расчет где принято α = (0,6÷0,70)=0,65 и по кривым рис. 2.2.2. для ![]() Вδ = 0,4 Тл; AS = 100·102 А/м Примем предварительно: ![]() Диаметр расточки полюсов и расчетная длина пакета якоря будут: ![]() ![]() Окончательный диаметр якоря: ![]() где принято δ = (0,2÷0,4)·10-3 = 0,3·10-3 Окружная скорость якоря: ![]() Полюсный шаг и расчетная полюсная дуга: ![]() ![]() где 2р = 2 Приближенно длина воздушного зазора: ![]() Действительная полюсная дуга: ![]() Частота перемагничивания стали якоря: ![]() . Обмотка якоря Вылет лобовой части обмотки по оси вала: ![]() Полезный поток полюса при нагрузке машины: ![]() 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 простой петлевой обмотки якоря по элементарным пазам и коллектору: ![]() ![]() ![]() ![]() Далее вычерчиваем схему якорной обмотки, где п.д. - пазовое деление, к.д. - коллекторное: ![]() Рис. 2.1 Схема простой петлевой якорной обмотки Линейная нагрузка якоря: ![]() Результат отличается не больше 5 % от ранее выбранного 10000 А/м. . Размеры зубцов, пазов, проводов и электрические параметры якоря При напряжении машины 12 В для обмотки якорей электродвигателей постоянного тока малой мощности подходят провода марок ПЭЛ и ПЭТ. Удельная тепловая загрузка наружной цилиндрической поверхности пакета якоря: ![]() В случае закрытого исполнения машины без вентилятора: ![]() ![]() Допустимая плотность тока в обмотке якоря при 2р=2 и n до 5000 об/мин: ![]() Момент на валу электродвигателя: ![]() Предварительное сечение провода обмотки якоря: ![]() Окончательное сечение и диаметр провода выбираем из приложения 1: ![]() ![]() ![]() Окончательная плотность тока в проводнике обмотки якоря: ![]() Площадь паза, занимаемая изолированными проводниками: ![]() где принято ![]() Площадь паза, занимаемая пазовой изоляцией: ![]() где толщина пазовой изоляции принята ![]() периметр паза: ![]() Площадь паза, занимаемая клином: ![]() где принято: ширина клина: ![]() Высота клина: ![]() Общая требуемая площадь паза: ![]() Коэффициент заполнения паза изолированным проводом,где площадь поперечного сечения провода с изоляцией: ![]() Высота сердечника якоря: ![]() Диаметр вала: ![]() Ширина прорези паза: ![]() Высота коронки и зубцовый шаг якоря: ![]() ![]() Диаметр паза якоря: ![]() Ширина зубца якоря: ![]() где ![]() Зубцовые шаги по вершинам, серединам и основаниям зубцов якоря с круглым пазом: ![]() ![]() ![]() где высота паза: ![]() размеры зубца: ![]() ![]() ![]() Для трапецеидального паза: Размеры паза: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Высота паза: ![]() Проверка максимальной индукции в минимальном сечении зубца для трапецеидального паза: ![]() При трапецеидальном пазе ширина зубца получается большей, поэтому выбираем трапецеидальный паз и далее расчеты ведем для него. Средняя длина проводника обмотки якоря при 2р = 2: ![]() Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии при расчетной температуре θ =75 ºС. ![]() Падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке: ![]() Результат составляет примерно 7 % от номинального напряжения U=12 В. . Коллектор, щеткодержатели и щетки Толщина тела коллектора: ![]() Предварительный диаметр коллектора: ![]() Коллекторное деление: ![]() Ширина коллекторных пластин: ![]() Толщина изоляции: т. к. U = 12 В ![]() Окончательно коллекторное деление: ![]() Окончательно диаметр коллектора: ![]() Окружная скорость коллектора: ![]() В нашем случае окружная скорость коллектора составляет 0,76 от величины окружной скорости якоря ![]() Так как U = 12 В выбираем медно-графитные щетки марки МГ: Допустимая плотность тока ![]() Переходное падение напряжения на пару щеток при номинальном токе и окружной скорости 15 м/с: ![]() Коэффициент трения при V = 15 м/с: ![]() Удельное нажатие: ![]() Площадь сечения щетки: ![]() Ширина щетки по дуге окружности коллектора: ![]() Длина щетки по оси коллектора: ![]() Высота щетки: ![]() Уточненные по таблице 2.5.2. размеры: щетка прямоугольная для радиальных щеткодержателей со спиральной пружиной Ф8-А1 ![]() ![]() ![]() Окончательная плотность тока под щетками: ![]() Активная длина коллектора по оси вала: ![]() Полная длина коллектора по оси вала: ![]() Ширина коммутационной зоны: ![]() где ![]() ![]() ![]() 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: ![]() Среднее значение реактивной Э.Д.С. в короткозамкнутой секции якоря: ![]() Э.Д.С. реакции якоря: ![]() где средняя длина силовой линии поперечного потока реакции якоря в междуполюсном пространстве машины: ![]() Среднее значение результирующей Э.Д.С. в короткозамкнутой секции якоря: ![]() Условие благоприятной коммутации выполняется: ![]() ![]() . Магнитная система электродвигателя Высота сердечника якоря: ![]() Проверка индукции в сердечнике якоря: ![]() Осевая длина полюса: ![]() Высота сердечника полюса машин малой мощности: ![]() Поперечное сечение сердечника: ![]() 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: ![]() где К2 = 0,93 - коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах. Поперечное сечение станины: ![]() где Вс = (1÷1,4) ≈ 1,2 Тл - магнитная индукция в станине в машинах для продолжительного режима работы; Осевая длина станины с отъемными полюсами: ![]() Высота станины: ![]() Средние длины путей магнитного потока в каждом участке магнитной системы: а) длина станины: ![]() б) длина сердечников полюсов: ![]() в) длина воздушного зазора: ![]() г) длина зубцов якоря: ![]() д) длина сердечника якоря: ![]() Коэффициент воздушного зазора: ![]() М.д.с. для воздушного зазора: ![]() Магнитная индукция и м.д.с. в зубце: ![]() ![]() где напряженность магнитного поля в зубце ![]() Магнитная индукция в сердечнике якоря: ![]() М.д.с. для сердечника якоря: ![]() где ![]() Магнитная индукция в сердечнике полюса: ![]() М.д.с. для сердечников шихтованных полюсов: ![]() где ![]() Магнитная индукция в сплошной станине: ![]() К2 = 1,0 - для сплошной станины. М.д.с. для станины: ![]() где ![]() Магнитная индукция в зазоре стыка: ![]() М.д.с. для воздушного зазора в стыке между станиной и отъемными полюсами: ![]() где длина эквивалентного воздушного зазора в месте стыка при шлифованных поверхностях соприкосновения станины и полюса: ![]() Таблица 1. Расчет кривой намагничивания машины
![]() Общая м.д.с. возбуждения на пару полюсов для ЭДС Е: ![]() Построим кривую намагничивания: ![]() Рис.6.1 Кривая намагничивания Поперечная м.д.с. якоря AWq определяется из переходной характеристики ![]() ![]() Рис. 6.2 Переходная характеристика Откуда: ![]() Продольная составляющая м.д.с. якоря: ![]() где ![]() Ток одной параллельной ветви: ![]() Ток одной щетки ![]() Средняя эквивалентная индуктивность секции якоря: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Продольная коммутационная м.д.с. якоря: ![]() Суммарная м.д.с. реакции якоря электродвигателя: ![]() Полная м.д.с. возбуждения машины при нагрузке на пару полюсов: ![]() . Расчет обмотки возбуждения Предварительно средняя длина витка катушки возбуждения при Ск =0 ![]() Сечение провода обмотки возбуждения: ![]() Из приложения 1 ближайшие большие сечение и диаметр провода обмотки возбуждения: ![]() ![]() ![]() Плотность тока в проводнике обмотки возбуждения: ![]() Число витков обмотки возбуждения, приходящихся на один полюс: ![]() Высота полюсного наконечника: ![]() Высота катушки: ![]() Число проводников по высоте катушки: ![]() где толщина изоляции катушки возбуждения на две стороны: ![]() Число проводников по ширине катушки: ![]() Ширина катушки: ![]() Средняя длина витка катушки возбуждения с учетом Ск ![]() Окончательное сечение провода обмотки возбуждения: ![]() Из приложения 1 ближайшие большие сечение и диаметр провода обмотки возбуждения: ![]() ![]() ![]() Окончательная плотность тока в проводнике обмотки возбуждения: ![]() Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при расчетной температуре ![]() ![]() Ток возбуждения: ![]() В начале расчета ![]() Проверка величины э.д.с. якоря при нагрузке: ![]() Что незначительно отличается от ранее рассчитанного Е = 10,82353 В. . Мощность потерь и коэффициент полезного действия Потери в меди обмотки якоря: ![]() Потери в меди параллельной обмотки возбуждения: ![]() Переходные потери в контактах щеток и коллекторе: ![]() Потери на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника якоря: ![]() Потери на гистерезис и вихревые токи в стали зубцов якоря: ![]() Полные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря: ![]() Потери на трение щеток о коллектор: ![]() Общая площадь прилегания к коллектору всех щеток: ![]() Потери на трение в подшипниках: ![]() Масса якоря: ![]() где ![]() Потери на трение якоря о воздух: ![]() Полные механические потери в машине: ![]() Общие потери в машине при полной нагрузке: ![]() где ![]() Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке машины: ![]() где I=Ia+Iв =(16,346154+2,8846154)=19,2307694 А - потребляемый ток в номинальном режиме. Результат отличается от ранее выбранного ![]() . Рабочие характеристики электродвигателя Результаты расчета рабочих характеристик приведены в таблице 2. Таблица 2. Расчет рабочих характеристик
По данным расчета построим рабочие характеристики двигателя: ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 9.1 Рабочие характеристики двигателя 10. Упрощенный тепловой расчет Полные потери в активном слое якоря: ![]() Поверхность охлаждения активного слоя якоря: ![]() Среднее превышение температуры якоря над окружающей средой при установившемся режиме: ![]() Окружная частота вращения якоря: ![]() Превышение температуры коллектора. Полные потери на коллекторе: ![]() Поверхность охлаждения коллектора: ![]() Среднее превышение температуры коллектора над окружающей средой при установившемся режиме: ![]() Потери в одной катушке обмотки возбуждения: ![]() Поверхность охлаждения одной катушки обмотки возбуждения при станине с отъемными полюсами: ![]() Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над окружающей средой при установившемся режиме: ![]() где принято ![]() 11. Поперечное сечение рассчитанного электродвигателя Поперечное сечение рассчитанного двигателя показано на рис. 11.1; рассчитанные размеры приведены в таблице 3. ![]() Рис. 11.1 Поперечное сечение электродвигателя Таблица 3. Рассчитанные размеры электродвигателя в м.
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 = 150 Вт получены: Частота вращения якоря n =4006 об/мин, потребляемый токI=19,231 А, η=0,69 момент на валу M2=0,358 Нм. Температура нагрева обмоток якоря и возбуждения, а также коллектора не превышают допустимых значений. Список литературы 1. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. - М.: ВШ, 1967. . Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. Под общей редакцией П.С. Сергеева. - М.: Энергия, 1969. . Белов И.С., Расчет авиационных электрических машин постоянного тока малой мощности. - Казань: Издательство КАИ, 1963. |