Проектирование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕПАРТАМЕНТ образования КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Кировское областное государственное

Образовательное бюджетное учреждение

Среднего профессионального образования

«Кировский авиационный техникум»

Дисциплина: «Основы проектирования электротехнических изделий»

Тема: «Проектирование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения»

Автор: Студент 3 курса группы Э-31

Специальность 140446 Электрические машины и аппараты

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения представляет собой электрическую машину, преобразующую электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря. Для данного типа двигателей справедливо равенство: ток, протекающий в якорной обмотке, равен току в обмотке возбуждения, что является его главной отличительной особенностью от остальных типов двигателей.

1. Назчение и область применения

Электродвигатель постоянного тока вращающего движения с ограниченным углом поворота вала 90О.

2. Технические данные

Номинальная мощность-8 Вт

Режим работы-S3 (Периодический повторно-кратковременный режим работы)

Степень защиты IP44 (4-Защита от твердых тел размером >=1,0 мм; 4-Защита от брызг, падающих под любым углом)

Способ монтажа- IM9001 (9-машина на лапах с подшипниковыми щитами; 00-машина устанавливается выходным концом вала влево; 1-имеет один цилиндрический конец вала)

Способ охлаждения-IC0041 (Отсутствует внешний вентилятор)

Условия эксплуатации-УХЛ3 (эксплуатация в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха существенно меньше, чем на открытом воздухе, рабочая температура окружающей среды от минус 45 оС до плюс 40 С.)

3. Схема внутренних соединений

Электродвигатель состоит из следующих основных узлов: корпуса, подшипниковых щитов, якоря и электромагнитной муфты торможения.

Внутри корпуса размещены два кованых полюса с катушками возбуждения, обмотка которых изготовлена из медного провода круглого сечения. Для повышения сопротивления изоляции и обеспечения влагостойкости катушки пропитаны лаком, а доступные части промазаны эмалью. Корпус и полюса, совместно с якорем, образуют совмещенную магнитную систему электродвигателя.

Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали и напрессованного на стальной вал. В пазах якоря размещена петлевая обмотка, концы секций которой впаяны в петушки коллектора. Коллектор состоит из 14 коллекторных пластин (ламелей) специального профиля, изолированных друг от друга прокладками из миканита. Ламели имеют форму ласточкиного хвоста и опрессованы пластмассой. Для защиты от распушения на лобовую часть обмотки со стороны коллектора наложен бандаж из стеклянной нити. Электроизоляционный свойства обмотки якоря, а также ее монолитность достигается пропиткой якоря лаком. Вал якоря вращается в двух шарикоподшипниках. Подшипник со стороны привода является коренным, он насажен на вал, а в корпусе двигателя закреплен фланец, препятствующий осевому перемещению подшипника. Второй подшипник- плавающий, и имеет возможность перемещаться в осевом направлении при температурных изменениях ротора. Чтобы магнитный поток не замыкался на валу, вал выполнен из немагнитной стали 36НХТЮ. Со стороны привода на валу насажен тормозной диск, который жестко закреплен при помощи шпонки и гайки. двигатель ток электрический

Для создания тормозного момента, в тормозной диск упирается подпружиненный четырьмя пружинами якорь муфты торможения, который насажен на три стальных ролика; они удерживают якорь муфты от вращения и позволяют перемещаться под воздействием магнитного потока. Величина воздушного зазора между якорем муфты и корпусом регулируется путем подбора шайб, которые устанавливают между тормозным диском и подшипником.

5. Электромагнитный расчёт

5.1 Расчёт главных размеров

1) Принимаем предварительное значение КПД , %

,

2) Ток электродвигателя, А

,

,

.

4) Электромагнитная мощность, Вт

,

,

,

.

7) Проверяем величину окружной скорости вращения якоря по формуле и рекомендуемым значениям, м/с

,

,

8) Выбираем значения А и Вб по кривым и аi по рекомендациям:

,

,

,

9) Определяем значения расчетной длины якоря, см

,

.

Принимаем =см

==см

10) Отношение расчетной длины якоря к диаметру

,

.

12) Полюсное деление, см

,

.

,

14) Воздушный зазор под главным полюсом, см

.

,

.

16) Проверяем значение

,

.

5.2 Расчет якоря

1) Выбираем простую петлевую обмотку с числом параллельных ветвей

.

2) Ток параллельной ветви, А

,

.

3) Число эффективных проводов

,

.

Nя=336

щя= 168

щся=12

4) Число секционных сторон в пазу

,

5)

,

6) Уточняем линейную нагрузку якоря,

,

.

7) Число коллекторных пластин

.

8) Число пазов

,

,

9) Число эффективных проводов в пазу

,

.

10) Объем тока в пазу, А

,

11) Шаг обмотки по коллектору и результирующий шаг

,

,

,

12) Шаг по пазам

,

12) Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря ,

,

13) Сечение эффективного провод,

,

,

По рекомендации выбираем провод марки ПЭТВ круглого сечения

=0,1257

,

,

Уточняем плотность тока:

,

,

14) Выбираем паз полузакрытый круглой формы с параллельными сторонами зубца

15) Площадь поперечного сечения паза, необходимая для размещения изолированных проводов если

,

,

,

16) Площадь занимаемая пазовой изоляцией

,

,

=0,17 мм

0,7

17) Площадь занимаемая клином,

,

18) Общая потребная площадь паза,

,

,

19) Размеры шлица,

;,

20) Диаметр паза, мм,

,

,

21) Высота паза, мм

,

,

22) Минимальная ширина зубца, мм

,

,

23) Длина лобовой части обмотки, см

,

,

24) Средняя длина полувитка обмотки якоря, см

,

,

25) Полная длина проводников обмотки якоря, см

,

,

26)Сопротивление обмотки якоря в холодном состоянии при t=20oC, Ом

,

,

27) Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии при t=75oC , Ом

,

,

28) Масса меди обмотки якоря, кг

,

,

5.3 Расчет размеров магнитопровода

Выбираем для якоря Сталь 2411, толщиной

1) Высота зубца, см

,

2) Ширина зубца в расчетном сечении, см

,

3) Расчетное сечение зубца, см2

,

,

4) Внутренний диаметр якоря, см

т.к. Dя50 см, то dя=dв

,

,

Принимаем dя=0,38см =3,8 мм

5) Высота спинки якоря, см

,

,

6) Сечение спинки якоря, см

,

,

7) Проверяем высоту спинки якоря hя по допустимой величине индукции в спинке Вя, Тл

,

,

Фя =,

8) По кривым 3.3 выбираем зазор , см

,

Проверяем по условию:

,

,

,

,

9) Сечение сердечника главного полюса, см2

,

,

10) Длина сердечника главного полюса, см

,

11) Ширина сердечника главного полюса, см

,

.

12) Высота сердечника ;

,

13) Ширина полюсного наконечника, см

,

,

,

,

14) Длина полюсного наконечника, см

,

15) Ширина выступа полюсного наконечника, см

,

,

16) Зазор в стыке между главным полюсом и станиной, см

,

17) Индукция в зазоре стыка, Тл

,

18) Сечение станины, см2

,

,

19) Длина станины, см

,

,

20) Высота станины, см

,

.

21) Внутренний диаметр станины, см

,

,

22) Внешний диаметр станины, см

,

,

5.4 Расчет магнитной цепи

1) м.д.с. при нагрузке, В

,

Где ДUн- падение напряжения в цепи якоря при номинальной нагрузке

,

Т.к. Rдн и Rсн неизвестны, определяют ЭДС предварительно:

,

,

2) Магнитный поток в якоре, Вб

,

3) Индукция в воздушном зазоре, Тл

,

,

4) м.д.с. воздушного зазора, А

,

,

,

,

,

5) Индукция в зубце, Тл

,

где:

6) Напряженность магнитного поля в зубце,

,

7) м.д.с. зубца, А

,

,

8) Индукция в спинке якоря,

,

,

9) Напряженность магнитного поля в спинке якоря,

.

10) м.д.с. спинки якоря, А

,

.

Где

.

11) Магнитный поток в главном полюсе, Вб

,

.

12) Индукция в сердечнике главного полюса, Тл

,

,

13) Напряженность в сердечнике главного полюса,

.

14) м.д.с. сердечника главного полюса, А

,

.

15) м.д.с. стыка между главным полюсом и станиной, А

,

,

16) Индукция в станине, Тл

,

,

17) Напряженность магнитного поля в станине,

,

18) м.д.с. станины, А

,

,

Где

.

19) Суммарная м.д.с., А

,

.

20) МДС переходного слоя, А

,

.

Тл

0,5A

.

5.5 Расчет последовательной (сериесной) обмотки возбуждения

1) м.д.с. последовательной обмотки Fc и число витков :

,

.

,

,

2) Сечение меди провода, мм2

,

.

q=0,246 мм2

3) Средняя длина витка обмотки, см

,

.

4) Полная длина обмотки, см

,

.

5) Сопротивление последовательной обмотки в холодном состояниипри t=20oC, Ом

,

.

6)Сопротивление последовательной обмотки в нагретом состоянии при t=75oС, Ом

,

.

7) Общая масса меди последовательной обмотки, кг

,

,

5.6 Расчёт коллектора и щёток

1) Диаметр рабочей поверхности коллектора,

,

,

Проверяем величину по рекомендациям

,

,

,

2)Ширина коллекторной пластинки, см

,

,

3) Толщина заплечника пластины, см

.

4) Выбираем щетки, электрографитированные МГС-7 и радиальный щеткодержатель

5) Ширина щетки предварительно,

,

,

.

6.) Ширина соприкосновения щетки с коллектором, см

.

7) Поверхность соприкосновения щетки с коллектором,

,

,

8) Число щеток на один щёточный болт

,

,

9) Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором,

,

,

10) Активная длина коллектора, см

,

.

11) Реактивная э.д.с. коммутируемой секции, В

,

,

,

,

,

.

12) Э.д.с. от поперечного поля реакции якоря, В

,

.

,

,

,

Коммутацию можно считать удовлетворительной исходя из общих рекомендаций

13) Ширина зоны коммутации, см

,

,

,

.

Проверяем преемлемость , см

.

5.7 Расчёт потерь и КПД

1) Электрические потери в обмотке якоря, Вт

,

.

2) Электрические потери в параллельной обмотке, Вт

,

,

3) Электрические потери в переходном контакте щёток на коллекторе, Вт

,

,

4) Потери от гистерезиса и вихревых токов в спинке якоря, Вт

,

,

,

,

,

,

5) Потери от гистерезиса и вихревых токов в зубцах якоря, Вт

,

.

,

,

,

,

6) Механические потери от трения щеток о коллектор, Вт

,

,

7) Механические потери в подшипниках и от трения якоря о воздух, Вт

,

,

8)Добавочные потери, Вт

,

.

9) Суммарные потери, Вт

,

.

10) Потребляемая из сети мощность, Вт

,

.

11) Коэффициент полезного действия

,

.

12) Потребляемый из сети ток, А

,

.

Предварительно была принята величина тока А, таким образом расхождение весьма незначительное, поэтому перерасчёта машины не требуется

В данном курсовом проекте я рассмотрел устройство электродвигателя постоянного тока, его технические характеристики, принцип действия, конструкцию, назначения и область применения. При расчете электрических машин, кроме общих технических сведений, необходимо знать устройство машины и ее элементов, применяемые для их изгтовления материалы, а так же конструкции современных машин и их расчетные данные.

В соответствии с исходными данными были рассчитаны следующие основные показатели двигателя:

1. А.Г. Морозов «Расчет электрических машин постоянного тока» 1977г.

2. М.М. Кацман «Расчет и конструирование электрических машин» 1984г.