Расчет коллекторного двигателя постоянного тока

Содержание

1.1 Выбор главных  размеров электродвигателя……………………………...…2

1.2 Выбор обмотки  якоря электродвигателя………………………………….....3

_{1.3 Расчет геометрии  зубцовой зоны………………………………………........ 4}

1.4 Расчет обмотки  якоря……………………………………………………...…5

1.5 Определение размеров магнитной цепи………………………………….....6

_{1.6 Расчетные сечения  магнитной цепи…………………………………………7}

1.7 Средние длины  машинных линий…………………………………………...8

1.8 Индукция в  расчетных сечениях магнитной  цепи………………………….8

_{1.9 Магнитные напряжения………………………………………………………9}

1.10 Расчет стабилизирующей  обмотки…………………………………….….11

1.11 Расчет параллельной  обмотки возбуждения……………………………...12

1.12 Коллектор  и щетки…………………………………………………………13

_{1.13 Коммутационные параметры……………………………………………...14}

1.14 Расчет обмотки  добавочных полюсов……………………………………17

1.15 Размещение  обмоток главных и добавочных  полюсов………………….18

1.16 Потери и  КПД……………………………………………………………....18

1.17 Рабочие характеристики…………………………………………………...20

1.18 Регулирование  частоты вращения вверх………………………………….21

1.19 Тепловой  расчет…………………………………………………………….22

_{1.20 Вентиляционный расчет…………………………………………………...24}

_{1.21 Механический расчет  вала………………………………………………...26}

_{1.22 Расчет подшипников……………………………………………………….28} 
 

1.1 Выбор главных размеров электродвигателя

Электродвигатель  – коллекторный постоянного тока

Р₂ = 0,7кВт  Р_ном = Р₂  U_ном = U_я = 110В, H=100мм

1. Предварительное  значение КПД двигателя η = 64 % ,

2. Определяем  предварительный ток двигателя:

I_1ном =     

3. Определим  ток якоря: I_ном = (1 – К_в) · I_1ном =(1 – 0,2) · 7,1 = 5,68 А

К_в = 0,2 (мощность машины менее 1 кВт)

4. Определим  электромагнитную мощность:

P’ = Р2 ·   Вт

5. Определяем наружный диаметр сердечника якоря:  D = 93 мм

6. Определяем линейную нагрузку якоря: А= 130А/см = 1,3·10⁴ А/м

7. Определяем индукцию в воздушном зазоре  : В_б = 0,57 Тл

8. Определим  расчетный коэффициент полюсной дуги: α_б = f (D); α_б = 0,58

9. Определим  расчетную длину якоря:

l_б =  

10. Определяем отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру:

λ = l_б /D = 0,105/0,093 = 1,13

11. H=100 мм  следовательно число полюсов, компенсационная обмотка не применяется  ( h ≤ 355мм)

12. Определяем полюсное деление: τ = πD/2р = 3,14 ·0,093/2 = 0,146м

13. Определяем расчетную ширину полюсного наконечника:

b_б = l_б · τ = 0,58·0,146 = 0,08468м = 84,68·10^-3м

14. Действительная  ширина полюсного наконечника  равна расчетной  ширине: b_р = b_б = 84,68·10^-3м.

1.2 Выбор обмотки якоря электродвигателя

1. Выбираем простую волновую обмотку с числом параллельных ветвей  2а=2,  ток якоря до 600А при I_ном = 5,68 А

2. Определяем ток параллельной ветви: I_а= I_ном/2а = 5,68/2 = 2,84 А

3. Определяем предварительное общее число эффективных проводников:

N = =

4. Определим крайний предел чисел пазов якоря:

Z_min =              Z_max =

При Н = 100мм.  t_z1min  = 10мм, t_z1max = 20мм.

Принимаем z =18, следовательно t_z1 =

_{5. Определяем число эффективных проводников в пазу:}

_{Nп = N/Z = 1338/18 = 76}

_{6.Определяем  общее число эффективных проводников:}

_{N = Nп ·Z = 76·18 = 1368.}

_{7. Выбираем паз полузакрытый овальной формы с параллельными сторонами зуба ( Н ≤ 200 мм)}

_{8. Выбираем число коллекторных пластин для различного числа секционных сторон в пазу Uп :}

 

_{9. Уточним линейную нагрузку:} N = = А/м

10. Уточняем  длину якоря: l_б = l_{б предв ·}

11. Определяем наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах:

D_к = (0,65…0,8) D = (0,65…0,8) · 93 · 10^-3 = (60…74) · 10^-3м

Выбираем диаметр  коллектора:  D_к = 71· 10^-3м

12. Определяем окружную скорость коллектора:

υ_к = ( n = 1000 об/мин)

13. Определяем коллекторное деление: t_k = (К=54)

_{14. Определяем полный ток паза:} I_п = =

_{15. Определяем предварительное значение плотности тока в обмотке якоря:}

_{Ia = AJa/А; AJа = 1·10¹¹ А²/м; Jа = 1·10¹¹/13298 = 7,52·10⁶ А²/м}

_{16. Определяем предварительное сечение эффективного провода:}

_{q = Iа/ Jа = 2,84/7,52 ·10⁶ = 0,38·10^-6 м²}

_{1.3 Расчет геометрии зубцовой зоны}

_{1. Определяем  сечение полузакрытого паза:}

S₀ = ; (N_п = 76); (К_з = 0,68…0,72) 2. Определяем высоту паза: h_п = 1,9 · 10^-2 = 19мм, высота шлица паза выбирается в пределах: h_ш ≈ 0,5…0,8мм.

Выбираем  h_ш = 0,7·10^-3 м; Ширину шлица b_ш = 3·10^-3 м;

3. Определяем ширину зубца: (В_б = 0,57 Тл);  (t_z1 = 16,2·10^-3 м); (К_с  = 0,95)

b_z = ;

_{4. Определяем больший радиус:}

r₁ =

_{5. Определяем меньший радиус:}

r₂ =

_{6. Определяем расстояние между центром радиусов:}

_{h1 = hп – hш – r1 – r2 = 19·10^-3 – 0,7 ·10^-3– 4,7 ·10^-3– 2,7 ·10^-3 =  10,9 ·10^-3м}

_{7. Определяем минимальное сечение зубцов якоря:}

_{Sz = z/2р ·αб·bz·lб· Kc = 18/2 · 0,58 · 4,86 · 10^-3 · 0,103 · 0,95 = 24,8 · 10^-4 м²}

_{8. Определяем предварительное значение ЭДС,мощность машины менее 1кВт: Еном = Uя· Кд=110 · 0,75 = 82,5 В Кд = 0,75 .}  

_{9. Определяем предварительное значение магнитного потока на полюс:}

Ф_{б ном} = 0,0036 Вб = 0,36 · 10^-2 Вб

10. Магнитопровод из стали марки 2312, толщина 0,5 мм, листы лакированные. Определяем индукцию в сечении зубцов: В_z = Ф_{б ном} / S_z = 0,36 · 10^-2 / 24,8 · 10^-4  = 1,45 Тл.

1.4 Расчет обмотки якоря

1. Рассчитаем  длину лобовой части витка: 

l_л ≈ 0,9τ≈ 0,9 · 0,146 = 131 · 10^-3 м; 2р=2 τ – полюсное деление.

2. Определяем среднюю длину обмотки якоря:

la_ср = 2 (l_п + l_л) = 2 · (0,103 + 0,131) = 0,468м

3. Определяем полную длину обмотки якоря:

L_ма =N/2 · la_ср= 1368/2 · 0,468 = 320,1 м; (N = 1368)

4. Определяем  сопротивление обмотки якоря  (Q = 20ºC):

R_a  = ρ_a ; (ρ_a = 1/57 ·10^-6 Ом·м);

5. Определяем  сопротивление обмотки якоря (Q = 75 ºC):

R_aн = 1,22·R_a = 1,22 · 3,55 = 4,33 Ом

6. Определим  массу меди обмотки якоря:

m_ма = 8900 · l_{а ср} N q = 8900 · 0,468 · 1368 · 0,792 · 10^-6 = 4,51 кг

7. Расчет шагов  обмотки:

1) шаг по коллектору и результирующий шаг: у_к = у = у₁ – у₂ = ±1; у_к = у = 1

2) первый частичный шаг: у₁ = К/(2р)± = 54/2 – 0 = 27

3) второй частичный шаг: у₂ = у₁ – у = 27 – 1 = 26

4) шаги по пазам всех секций одинаковы: у_z = у₁/U_п = 27/3 = 9

1.5 Определение размеров магнитной цепи

1. Определяем предварительного значения внутреннего диаметра якоря и диаметра вала: D₀ ≈ 27 = 2,1 см = 21 ·10^-3 м

Выбираем   D₀ = 24мм

2. Определяем высоту спинки якоря: (D = 93·10^-3 м) , (h_п = 19 ·10^-3 м)

h_j =

_{3. Для сердечников главных полюсов сталь марки 3413 толщиной 0,5мм,  коэффициент рассеяния σг = 1,15, ширину выступа полюсного наконечника bг.в. =8,47·10^-3м, длину сердечника lг = lб = 0,103м; коэффициент заполнения сталью Кс = 0,95;}

_{4. Определяем ширину сердечника главного полюса:}

_{bг = bp – 2bг.в= 84,68 · 10^-3 - 2·8,47 · 10^-3 = 67,74 · 10^-3 м}

_{5. Определяем индукцию в сердечнике:}

В_г  =

_{6. Определяем сечение станины:}

S_с = , В_с =1Тл (В_с <1,3 Тл)

_{7. Определяем длину станины: lc = lг + 0,4D = 0,103 + 0,4·0,093 = 140·10^-3м}

_{8. Определим длину  станины:}

_{hc = Sc/Hc = 20,7 ·10^-4 /140·10^-3 = 14,8·10^-3м}

_{9. Определяем внешний диаметр станины:}

_{Dвн = 2h – (8…10) ·10^-3= 2·0,18 – 9·10^-3 =191·10^-3м}

_{10. Определяем внутренний диаметр станины:}

_{dc = Dвн – 2hc = 191·10^-3 – 2 · 14,8·10^-3 = 161,4·10^-3м}

_{11. Определим высоту  главного полюса:}

h_г = ; б = 0,4 ·10^-3м.