Число оборотов коллекторного двигателя

Число оборотов коллекторного двигателя

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

  1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
  2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

  • независимыми;
  • параллельными;
  • последовательными;
  • смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

  • А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
  • В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
  • С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
  • D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
  • Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

  • снижение КПД;
  • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

  • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
  • динамичность управления;
  • низкая стоимость.

Основные недостатки:

  • малая мощность;
  • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

  • отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Минусы:

  • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
  • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Читайте также:  Воздушный фильтр своими руками для дома

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

  • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
  • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
  • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
  • работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

  • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
  • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является – электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор – неподвижная часть, ротор – вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:

  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

Вращающийся электродвигатель
Само коммутируемый Внешне коммутируемый
С механической коммутацией (коллекторный) С электронной коммутацией 1 (вентильный 2, 3 ) Асинхронный электродвигатель Синхронный электродвигатель
Переменного тока Постоянного тока Переменного тока 4 Переменного тока
  • Универсальный
  • Репульсионный
  • КДПТ с обмоткой возбуждения
    Включение обмотки

  • Независимое
  • Последовательное возбуждения
  • Параллельное
  • Комбинированное
  • КДПТ с постоянными магнитами
    • БДПТ
      (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
    • ВРД
      (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
    • Трехфазный
      (многофазный)
    • АДКР
    • АДФР
  • Двухфазный
    (конденсаторный)
  • Однофазный
    • с пусковой обмоткой
    • с экранированными полюсами
    • с асимметричным магнитопроводом
      • СДОВ
        (с контактными кольцами и щетками) –>
      • СДПМ 5 –>
      • СДПМВ
      • СДПМП
      • Гибридный
    • СРД
    • Гистерезисный
    • Индукторный
    • Гибридный СРД-ПМ
    • Реактивно-гистерезисный
    • Шаговый 5
    • Простая электроника Выпрямители,
      транзисторы
      Более сложная
      электроника
      Сложная электроника (ЧП)
      1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, – датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
      2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
      3. Вентильный электродвигатель постоянного тока – электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
      4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
      5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
      • КДПТ – коллекторный двигатель постоянного тока
      • БДПТ – бесколлекторный двигатель постоянного тока
      • ЭП – электрический преобразователь
      • ДПР – датчик положения ротора
      • ВРД – вентильный реактивный двигатель
      • АДКР – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
      • АДФР – асинхронный двигатель с фазным ротором
      • СДОВ – синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

      Типы электродвигателей

      Коллекторные электродвигатели

      Коллекторная машина – вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

      Универсальный электродвигатель

      Коллекторный электродвигатель постоянного тока

      Бесколлекторные электродвигатели

      У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

      Читайте также:  Сколько живут кролики дома

      Бесщеточная машина – вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

      Асинхронный электродвигатель

      Cинхронный электродвигатель

      Специальные электродвигатели

      Серводвигатель

      Основные параметры электродвигателя

      Момент электродвигателя

      Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) – векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

      ,

      • где M – вращающий момент, Нм,
      • F – сила, Н,
      • r – радиус-вектор, м

      ,

      • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
      • nном – номинальная частота вращения, мин -1 [4]

      Начальный пусковой момент – момент электродвигателя при пуске.

      1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
      1 lb = 4,448222 N (Н)

      момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

      1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
      1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

      Мощность электродвигателя

      Мощность электродвигателя – это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

      Механическая мощность

      Мощность – физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

      ,

      • где P – мощность, Вт,
      • A – работа, Дж,
      • t – время, с

      Работа – скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

      ,

      Для вращательного движения

      ,

      • где – угол, рад,

      ,

      • где – углавая скорость, рад/с,

      Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

      Коэффициент полезного действия электродвигателя

      Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя – характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

      ,

      • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
      • P1 – подведенная мощность (электрическая), Вт,
      • P2 – полезная мощность (механическая), Вт
        При этом потери в электродвигатели обусловлены:

      • электрическими потерями – в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
      • магнитными потерями – потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
      • механическими потерями – потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
      • дополнительными потерями – потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

      КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

      Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

      Частота вращения

      • где n – частота вращения электродвигателя, об/мин

      Момент инерции ротора

      Момент инерции – скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

      ,

      • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
      • m – масса, кг

      1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

      Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

      ,

      • где – угловое ускорение, с -2 [2]

      ,

      Номинальное напряжение

      Номинальное напряжение (англ. rated voltage) – напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

      Электрическая постоянная времени

      Электрическая постоянная времени – это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

      ,

      • где – постоянная времени, с

      Механическая характеристика

      Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

      Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

      Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

      Параметр
      АДКР

      СДПМП

      СДПМВ

      СРД-ПМ

      СДОВ
      Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей
      Момент к току статора
      Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне
      • АДКР – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
      • СДПМП – синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
      • СДПМВ – синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
      • СРД-ПМ – синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель)
      • СДОВ – синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

      В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].

      Области применения электродвигателей

      Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6].

      РАСЧЕТ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

      Основой для расчета универсальных коллекторных электродвигателей являются следующие данные:

      Номинальная потребляемая мощность Р2=270 Вт

      Напряжение сети U=127 В

      Частота вращения якоря n=8000 об/мин

      Частота сети f1=50 Гц

      Режим работы – продолжительный.

      Основные размеры двигателя

      2.1.1 Расчетная мощность электродвигателя:

      – для двигателей при длительном режиме работы

      = Вт (1.1)

      где h – коэффициент полезного действия, который выбирается по кривым (рис. 1) или принимается следующим:

      для двигателей мощностью

      Р2£ 100 Вт h = 0,5 ¸ 0,53;

      Р2£ 200 Вт h = 0,55 ¸ 0,6;

      Р2£ 300 Вт h = 0,6 ¸0,65;

      Р2 – номинальная потребляемая мощность по заданию.

      Ток и ЭДС якоря при нагрузке

      = А (1.2)

      = В (1.3)

      где U – напряжение сети по заданию;

      cosj – коэффициент мощности вибирается по кривым ( рис.2):

      в случае 2р = 2 коэффициент трансформации k = 0,1 ¸0,15,

      в случае 2p = 4 коэффицинет трансформации k = 0,05¸0,075.

      Универсальные коллекторные электродвигатели мощностью до 150¸200 Вт обычно выполняются двухполюсными, а свыше этих мощностей – четырехполюсными.

      Машинная постоянная

      (1.4)

      где Вd – амплитудное значение индукции в воздушном зазоре, выбирается по кривым ( рис. ): при длительном режиме работы двигателя Вd может находится в пределах (0,3¸0,6) Тл.

      АS – линейная нагрузка якоря, которая выбирается по кривым (рис. ), может находиться в пределах (40¸200) А/см;

      a = 0,6 ¸ 0,7 – коэффициент полюсного перекрытия.

      Диаметр и расчетная длина пакета якоря, см

      Dа = (1.5)

      где x= L/Dа = (0,4¸1,6) – отношение длины пакета якоря к его диаметру;

      n – частота вращения двигателя по заданию.

      Полюсный шаг, см

      t2 = = (1.7)

      где р – число пар полюсов

      Частота перемагничивания стали якоря

      = Гц (1.8)

      Обмотка якоря

      Полезный магнитный поток

      = = 0,00087 Вб (2.1)

      где Вd – из формулы.

      где a – из формулы.

      Число проводников обмотки якоря

      = (2.3)

      Е – ЭДС якоря при нагрузке из формулы (1.2),

      Число пазов якоря

      c округлением до ближайшего целого непарного числа.

      Число коллекторных пластин

      К = (2¸3) Z2 = 2 · 12 = 24 (2.5)

      при этом, как правило К = 2 · Z2 при 2р=2

      Число витков в секции обмотки

      = (2.6)

      где N – из формулы (2.2),

      К – из формулы (2.4).

      Окончательная величина линейной нагрузки якоря

      = А/см (2.7)

      где Da – из формулы (1.4),

      Полученная величина АS не должна отличаться от предыдущей, полученной ранее по формуле, более, чем на 5%.

      Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря

      Предварительный выбор плотности тока в обмотке якоря.

      Удельная тепловая нагрузка боковой поверхности якоря при продолжительном режиме работы двигателя при нормальном давлении воздуха

      a 1 = 0,0017 Вт/см 2 ´град.,

      линейная скорость якоря, м/с

      ν = = (3.2)

      Допустимая плотность тока в обмотке якоря

      = = (3.3)

      Окончательная плотность тока в проводе обмотки якоря

      А/мм 2 (3.5)

      где S2 – стандартное значение;

      Средняя длина одного проводника обмотки якоря, мм

      Коллектор и щетки

      Предварительная величина диаметра коллектора, мм

      = (0,5¸0,9)Da = 0,6·39 = 23,4 (4.1)

      2.4.2. Предварительная ширина коллекторной пластины, мм

      = (4.2)

      где K – из формулы (2.4).

      Принимаем стандартное значение ширины самой коллекторной пластины bст =1,2 мм, учитывая ширину изоляции bи = 0,6 мм.

      Предварительная площадь сечения щетки и ее размеры

      = мм 2 (4.6)

      где p – число пар полюсов.

      Высота щетки

      Размеры щеток окончательно уточняются по ГОСТ 10244-62.

      Длина коллектора

      = (1,5 ¸2)aщ = 2·7 = 14 мм (4.10)

      LK = + (3¸5)d2 = 14+5·1,3 = 20,5 мм (4.11)

      где d2 – диаметр голого провода.

      Длина воздушного зазора

      (5.1)

      Высота сердечника якоря

      ha = = мм (5.2)

      где диаметр вала

      Ширина сердечника полюса

      bпол = мм (5.9)

      где k2 = 0,95 – коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах; в случае цельных полюсов k2 = 1.

      2.6. Расчет обмотки возбуждения

      Средняя длина витка катушки

      где bпол из формулы (5.6),

      dк предварительно принимается 0,1L.

      2.6.5. Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при Q = 20С 0

      RВ = Кq = 1,22 = 2,08 Ом (6.5)

      где Кq = 1,22 – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании ее от 20° до 75°С.

      SВ – выбранное ранее стандартное значение .

      Потери и КПД двигателя

      Масса станины

      Gcс = 22(Da + 2hпол + hc)hcL = 22(3,9+2·13,65+2,05)2,05·6,6 =5,4 кг (7.4)

      Масса полюсов

      Gcпол = 2p×7,8×Sпол×hпол×10 -3 = 2·7,8·7,9·13,65·10 1,7 кг (7.5)

      Масса сердечника якоря

      Gca = 5,5(Da – 2hп) 2 ×L×10 -3 = 5,5(3,9-2·1,17) ·3,9·10 = 0,05 кг (7.6)

      где hп из формулы (5.2).

      Масса зубцов якоря

      Gca = 7,8×z×zср×hп×L×10 -3 = 7,8·12·0,48·3,9·10 = 0,17 кг (7.7)

      где z – число пазов якоря,

      tср = = мм (7.9)

      Удельные потери в стали

      рс = 2e( ) + 2,5r( ) 2 = 2·0,8( ) +2,5·1,3( ) =1,61 Вт/кг (7.10)

      где e и r выбираются по ГОСТ 802-58 в зависимости от марки стали и толщины листа ( для стали Э44 с толщиной листа 0,2 мм e = 0,8 и r = 1,3)

      ра = 2e( ) + 2,5r( ) 2 = 2·0,8( ) +2,5·1,3( ) = 27 Вт/кг (7.11)

      где f2– частота перемагничивания стали якоря, Гц

      рз = 1,5e( ) + 3r( ) 2 = 1,5·0,8( ) + 3·1,3( ) = 31 Вт/кг (7.12)

      Потери в стали станины

      Потери в стали полюсов

      Рспол = рспол) 2 Gcпол = 1,61·(1,16) ·1,7 = 3,6 Вт (7.14)

      Потери в стали зубцов якоря

      Масса якоря

      Gа= = кг (7.19)

      где средняя объемная масса якоря и коллектора gа = gк = 8,5·10 -3 кг/м 3

      Общие потери в двигателе

      где z = 1,12 – коэффициент, учитывающий добавочные механические потери.

      ВЫВОД

      В ходе своей курсовой работы я изучил устройство, принцип действия коллекторных двигателей. В курсовой работе я сделал описание двигателя, принципа его работы. В дальнейшем сделал расчет самого электродвигателя, высчитал его основные размеры. Также просчитал размеры зубцов, пазов и проводов якоря. Нашол необходимые для построения величины обмоток якоря, коллектора и щеток. Произвел расчет магнитной системы двигателя, расчет обмотки возбуждения. В результате я получил такие данные:

      – общие потери в двигателе 91Вт

      – КПД при номинальной нагрузке двигателя 84%

      РАСЧЕТ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

      Основой для расчета универсальных коллекторных электродвигателей являются следующие данные:

      Номинальная потребляемая мощность Р2=270 Вт

      Напряжение сети U=127 В

      Частота вращения якоря n=8000 об/мин

      Частота сети f1=50 Гц

      Режим работы – продолжительный.

      Основные размеры двигателя

      2.1.1 Расчетная мощность электродвигателя:

      – для двигателей при длительном режиме работы

      = Вт (1.1)

      где h – коэффициент полезного действия, который выбирается по кривым (рис. 1) или принимается следующим:

      для двигателей мощностью

      Р2£ 100 Вт h = 0,5 ¸ 0,53;

      Р2£ 200 Вт h = 0,55 ¸ 0,6;

      Р2£ 300 Вт h = 0,6 ¸0,65;

      Р2 – номинальная потребляемая мощность по заданию.

      Папиллярные узоры пальцев рук – маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

      Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ – конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

      Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

      Ссылка на основную публикацию
      Adblock detector