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=NПZ = 108 – окончательное значение числа проводников обмотки якоря.
14. Шаги ОЯ по секциям у1 и коллектору ук .
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]; dвл – диаметр вала
длина магнитной силовой линии по ярму = 5,2819 [мм]
длина магнитной силовой линии по зубцу L3 hn
= 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 tk =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 dв = 1,62 [мм] и dв.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 . lср 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 Vк [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
Н.П. Ермолин. Расчет коллекторных машины малой мощности. 1973 г.
Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. Электрические машины и микромашины. 1981 г.
Л.И Поспелов. Конструкции авиационных электрических машин, 1982 г.