Двигатель постоянного тока малой мощности

Рабочие характеристики электродвигателя. Расчет коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности. Обмотка якоря, размеры зубцов, пазов и проводов. Магнитная система машины. Потери и коэффициент полезного действия. Индукция в станине, её значение.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

История развития электромашиностроения, начиная со времени открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции (1831 г.) и до середины 80-х годов прошлого столетия, представляет по существу историю развития машин постоянного тока. За это время она прошла четыре этапа развития, а именно: 1) машины магнитоэлектрического типа с постоянными магнитами, 2) машины электромагнитного типа с независимым возбуждением, 3) машины того же типа с самовозбуждением и элементарным типом якоря и 4) машины много полюсного типа с усовершенствующим якорем.

Первый этап развития машины постоянного тока, охвативший время с 1831 по 1851 г., неразрывно связан с именами русских ученых Э.Х. Ленца и Б.С. Якоби.

Второй и третий этапы развития машины постоянного тока, охватывающий время с 1851 по 1871 г., характеризуется переходам к машинам электромагнитного типа, с начала с независимым возбуждением, а затем с самовозбуждением, а так же переход от двухполюсной машины к многополюсной.

На четвертом этапе своего развития - с 1871 по 1886 г. - машина постоянного тока приобрела все основные черты современной конструкции. Были предложены и осуществлены: машина с самовозбуждением Грамма, внедрившая в промышленность кольцевой якорь Пачинотти; нормальный в настоящее время тип барабанного якоря (Гефнер - Альтенек, 1871 г.); типы простых петлевых и волновых обмоток в их главных модификациях, последовательно - параллельных обмоток Арнольда, смешанные (лягушачьи) обмотки, уравнительные соединения обмоток (Мардей, 1883 г.,), добавочные полюсы для улучшения коммутации (Метер, 1885 г.) и компенсационные обмотки для компенсации реакции якоря (Менгес, 1884 г.), делитель напряжения М.О. Доливо-Добровольского.

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 2р = 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.

Приведена методика аналитического расчета коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов, позволяющая получить заданные технические параметры при лимитированном габарите и заданном тепловом режиме электродвигателя.

1. Расчет коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

1.1 Задание на проект и исходные данные

Рассчитать и разработать конструкцию двигателя постоянного тока малой мощности со следующими данными.

Полезная мощность Рном=55 Вт. Номинальное напряжение сети Uном=110 В. Номинальная частота вращения вала nном=2400 об/мин. Диаметр корпуса Dкорп=0,07 м. Возбуждение от постоянных магнитов. Исполнение по степени защиты IP 44, по способу охлаждения - с естественным охлаждением без внешнего вентилятора IC0040. режим работы кратковременный S2-30. Изоляция класса нагревостойкости B.

1.2 Определение основных размеров двигателя постоянного тока.

Определение основных размеров двигателя (диаметра якоря D и длины якоря lд) 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.

1.2.1 Ток якоря при нагрузке машины

А

где з - предварительное значение КПД электродвигателя, выбирается из диапазона от 0,6 до 0,75. Выбираем КПД равным 64%, т.е. з=0,64.

1.2.2 Электромагнитная мощность двигателя

Вт.

1.2.3 Диаметр якоря

м

Принимаем D=0,048 м.

где бд=0,647 - коэффициент полюсного перекрытия (его значение выбирают из диапазона 0,6-0,7);

Вд=0,22 Тл - 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 0,1-0,25 Тл);

Аґ=80•102 А/м - предварительное значение токовой линейной нагрузки, её значение выбирают из диапазона 7000-20000 А/м при кратковременном режиме работы двигателя;

л=1,22 - отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру, это значение выбирают из диапазона 0,5-1,8.

По приложению А из стандартного ряда размеров выбираем диаметр якоря D=0,048 м

1.2.4 Расчетная длина якоря

lд= л•D=1,22•0,048=0,059

1.2.5 Окружная скорость вращения якоря

м/с

1.2.6 Полюсное деление

м

принимаем 2p=2

1.2.7 Расчетная ширина полюса (магнита)

Выбираем конструкцию полюса без полюсного наконечника

bд=bм= б д •ф=0,647 •0,075=0,049 м

1.2.8 Частота перемагничивания стали якоря

Гц

1.3 Обмотка якоря

Для двухполюсной конструкции двигателя выбираем простую петлевую обмотку с числом параллельных ветвей 2а=2p

1.3.1 Предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря

принимаем =3088

1.3.2 Число пазов якоря

z=(3 - 4)•D•100=(3 - 4) •0,048•100=14,4 - 19,2

принимаем z=19.

1.3.3 Число коллекторных пластин

k=2z=2•19=38

1.3.4 Предварительное число витков в секции обмотки якоря

принимаем число витков в секции обмотки равное округленному значению, т.е. щс=40

1.3.5 Уточненное число проводников обмотки якоря

N=щс•2•k=40•2•38=3040

1.3.6 Число проводников обмотки якоря в пазу якоря

Уточненное значение токовой линейной нагрузки



при этом должно выполниться условие

0,016<0,1 - условие выполняется

1.3.8 Шаги обмотки якоря

а) первый частичный шаг

б) результирующий шаг

в) второй частичный шаг

y2=y - y1=37 - 19=18

г) шаг обмотки по пазам



Обмоточные шаги должны быть целыми числами. Укорочение шага е и ек выбирают такими, чтобы шаги обмоток были целыми числами.

1.4 Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря

В двигателях малой мощности применяют полузакрытые пазы якоря круглой или овальной формы, форма приведена на рисунке 1.

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

Выбираем для зубцового якоря проектируемого двигателя овальную форму паза. Якорь выбираем со скосом пазов для уменьшения шумности двигателя. Пазовая изоляция - изидофлекс толщиной 0,35•10-3 м, то есть bиз=0,35•10-3 м.

Принимаем волновую обмотку с круглыми проводами с эмалевой изоляции класса нагревостойкости B . Выбираем марку провода ПЭТВ ОСТ 160.505.001-74. Сердечник якоря выполняется шихтованным из листов электротехнической стали 2013 ГОСТ 21427.2-83 толщиной 0,5 мм.

2,5 2,2 0,5

0,8

O 5,1

O3,8

Рисунок 1 - Формы пазов якоря

1.4.1 Предварительное значение плотности тока в обмотки якоря

При кратковременном режиме работы предварительное значение плотности тока в обмотки якоря выбирают из диапазона (5-20)•106 А/м2

Принимаем jґ=8•106 А/м2

1.4.2 Сечение и диаметр провода обмотки якоря

а) предварительное значение площади поперечного сечения неизолированного провода

б) окончательное значение площади поперечного сечения g, диаметр неизолированного провода d, и диаметр изолированного провода dиз выбираем из таблицы Б2 приложения Б по предварительному значению площади поперечного сечения неизолированного провода.

g=0,0491•10-6 м2

d= 0,25•10-3 м

dиз=0,285•10-3 м

1.4.3 Окончательна плотность в проводнике обмотки якоря