Расчеты универсального коллекторного электродвигателя

Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………….……………………………………

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение, конструкция, принцип работы и  правила эксплуатации универсального колекторного двигателя………………………………………

1.2 Применение универсальных колекторных электродвигателей в электоробытовой технике………………. ……………..............................................

2. РАСЧЕТ УНИВЕРСАЛЬНОГО  КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

2.1 Основные  размеры электродвигателя…………………………………………

2.2 Обмотка  якоря…………………………………………………………………..

2.3 Размеры  зубцов, пазов и проводов обмотки якоря…………………………..

2.4 Коллектор  и щетки……………………………………………………………..

2.5 Расчет  магнитной системы двигателя………………………………………...

2.6 Расчет  обмотки возбуждения………………………………………………….

2.7 Потери  и КПД двигателя………………………………………………………

Вывод……………………………………………………………………………….

Список  использованных источников……………………………………………..

Приложение  А……………………………………………………………………… 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ВВЕДЕНИЕ

    При современном развитии техники каждую машину строят по предварительному расчету. При расчете определяют размеры  машины, чтобы она надежно работала при минимальной затрате материалов на ее изготовление. Расчет электрических машин не ограничивается проверкой их механической прочности, электрическая машина должна развивать требуемую мощность, части машины при работе не должны нагреваться выше допустимой температуры, изоляция ее обмоток должна выдерживать расчетный срок службы и не разрушаться под воздействием приложенного напряжения, характеристики машины должны удовлетворять техническим требованиям. Поэтому расчет электрической машины состоит из некоторых частей. При электромагнитном расчете определяют ее основные размеры и обмоточные данные; тепловой расчет – позволяет узнать до какой температуры нагреваются активные части машины; по расчету различных режимов работы строят характеристики машины; расчет изоляции обмоток требуется для выбора соответствующих изоляционных материалов, числа слоев изоляции и необходимых промежутков между частями машины, находящимися под напряжением; механические расчеты необходимы для определения размеров и марки стали вала, числа витков и сечения проволочных бандажей, выбора типа и размеров подшипников, прочности коллектора и других частей машины. Применение новых материалов и усовершенствование методов расчета позволили снизить до 60 кг массу электродвигателя, мощностью 10 кВт вместо 200 кг. Для снижения расхода материалов надо тщательно изучать опыт работы построенных микроэлектродвигателей, совершенствовать методы их проектирования, разрабатывать новые типы электродвигателей и новые методы их изготовления. Целью моей курсовой работы является осуществление проверочного расчета универсального коллекторного двигателя типа УВ. 

    ОБЩАЯ ЧАСТЬ

    1.1 Назначение, конструкция, принцип работы и правила эксплуатации универсального колекторного двигателя.

    Электродвигатели являются одними из основных сборочных единиц бытовых электроприборов и во многом определяют их надежность и эксплуатационные характеристики.

          По роду питающего  напряжения электродвигатели подразделяют на двигатели:

    Постоянного тока;

    Переменного тока;

    Универсальные.

    По  конструктивному исполнению двигатели  могут быть:

    Коллекторными;

    Бесколлекторными.

    Электродвигатели  постоянного тока работают только от источника постоянного тока (сеть постоянного тока, аккумуляторная батарея, сухие элементы, выпрямители). Все двигатели постоянного тока являются коллекторными.

    Универсальные электродвигатели могут работать от источников как постоянного, так  и переменного тока. Такие двигатели  применяют в приборах (например, электрических бритвах), для которых  по условиям эксплуатации возможен переход от одного вида источника питания к другому.

          В зависимости от способа соединения фаз различают  двигатели:

    С последовательным соединением;

    Параллельным  соединением;

    Последовательно-параллельным соединением.

    Частота вращения коллекторных электродвигателей в отличие от бесколлекторных не зависит от частоты питающего тока и составляет 3000…28000 мин^-1. Это позволяет использовать их в бытовых приборах, для

которых необходима высокая частота вращения рабочих органов (пылесосы, полотеры, миксеры, смесители, кофемолки и др.) Кроме того, следует отметить хорошие регулировочные свойства данных двигателей.

    Коллекторный  электродвигатель постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной  – статора(индуктора) и вращающейся  – ротора (якоря), разделенных воздушным зазором.

    Основным  элементом обмотки якоря  является секция, содержащая один или несколько  витков. Начало и конец секции присоединены к двум коллекторным пластинам. Каждая секция имеет активные стороны, расположенные  в пазах сердечника якоря, и лобовые части, посредством которых ее активные части соединяются между собой и с коллекторными пластинами.

    Коллекторные  электродвигатели переменного тока отличаются от коллекторных двигателей постоянного тока тем, что в них  используется шихтованная магнитная система индуктора, уменьшающая потери на гистерезис и вихревые токи. Наибольшее распространение получили электродвигатели переменного тока с последовательным возбуждением.

    Универсальные коллекторные электродвигатели могут  работать от сети как переменного, так и постоянного тока при одинаковой скорости вращения в режиме номинальной нагрузки. По конструкции и принципу действия они аналогичны двигателям постоянного тока последовательного возбуждения.

    Коллекторные  электродвигатели снабжаются устройством для подавления радиопомех, возникающих из-за искрения на щетках. Это устройство обычно представляет собой блок конденсаторов постоянной емкости, подключаемый параллельно щеткам.

    В настоящее время промышленностью  изготавливаются электрические машины постоянного тока, предназначенные для работы в различных условиях. Поэтому отдельные узлы машин могут иметь различную конструкцию, но общая конструктивная схема этих машин одинакова. 
 

    Машина  постоянного тока состоит из неподвижной  части – статора и вращающейся части – якоря, разделенных воздушным зазором. Статор состоит из станины, на внутренней поверхности которой крепятся главные полюса с обмотками. Главные полюса служат для создания магнитного потока, а добавочные – для улучшения коммутации.

    Якорь машины постоянного тока состоит  из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Концы вала находятся в подшипниках, расположенных в подшипниковых  щитах. Для лучшего охлаждения у  большинства машин имеется вентилятор.

    Станина. Станина машины постоянного тока служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов. Кроме того, станина является магнитопроводом, так как через нее замыкается основной магнитный поток машины. Поэтому станины машин постоянного тока изготавливаются из стали – материала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. Для крепления машины к фундаменту станина имеет отлитые или приваренные лапы с отверстиями для крепящих болтов. По окружности станины имеются отверстия для крепления главных и добавочных полюсов. В верхней части станина имеет подъемное кольцо (рым-болт), служащее для подъема машины при ее сборке и монтаже.

    В машинах малой и средней мощности станина представляет собой цельную  конструкцию в виде стальной отливки  или же сваренную из листовой стали. В крупных машинах станины делают разъемными, что облегчает их монтаж и транспортировку.

    Главные полюса. Магнитное поле в машине постоянного тока создается намагничивающей  силой обмотки возбуждения, которая  выполняется в виде полюсных катушек, надетых на сердечники главных полюсов. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник заканчивается полюсным наконечником, посредством которого обеспечивается требуемое распределение магнитного потока на поверхности якоря. 

    Сердечники  главных полюсов изготавливаются в виде пакетов стальных листов толщиной от 1 до 2 мм. Пакет прессуют и стягивают шпильками. Такой конструкцией достигается уменьшение вихревых токов в сердечнике полюса, возникновение которых объясняется изменением (пульсацией) магнитной индукции в полюсных наконечниках при вращении якоря, имеющего зубчатую поверхность.

    Полюса  крепятся к станине болтами или  шпильками. Полюсные катушки выполняются  из медного провода, намотанного  на каркас из изолирующего материала. Иногда катушку делят по высоте на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Такая конструкция обеспечивает лучшее охлаждение катушки.

    Добавочные  полюса. Добавочные полюса применяют  в машинах мощностью свыше 1 квт  с целью уменьшения искрения на щетках.

    Добавочный  полюс состоит из сердечника и катушки, выполненной из медного изолированного провода с сечением, рассчитанным на рабочий ток машины, так как катушки добавочных полюсов включаются последовательно с обмоткой якоря. Сердечник добавочного полюса изготавливается из стали и имеет обычно монолитную конструкцию. Из-за малой величины магнитной индукции в сердечниках добавочных полюсов в них практически не индуцируются вихревые токи. Добавочные полюса устанавливают посередине между главными полюсами и крепят к станине болтами.

    Якорь. Якорь машины постоянного тока состоит  из вала, сердечника, обмотки и коллектора.

    Сердечник якоря представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Листы  изолируют друг от друга лаком или бумагой и собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря. Пакет удерживается в сжатом состоянии нажимными шайбами. Такая конструкция сердечника якоря дает возможность уменьшить потери энергии в нем от действия вихревых токов, возникающих в результате перемагничивания сердечника при вращении якоря в магнитном поле. Для лучшего охлаждения машины обычно в сердечниках якоря устраивают вентиляционные каналы для охлаждающего воздуха. На поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые укладывается обмотка якоря.

    Обмотку якоря выполняют из медного провода  круглого или прямоугольного сечения  и располагают в пазах сердечника якоря, где она тщательно изолируется  от сердечника. Пазы сердечника могут  быть открытыми и полузакрытыми. Открытые пазы применяют в машинах средней и большой мощности, а полузакрытые – в машинах малой мощности.

    Обмотка якоря состоит из секций, концы  которых припаиваются к пластинам  коллектора.

    Для прочного закрепления проводов обмотки  якоря в пазах применяются  деревянные, гетинаксовые или текстолитовые клинья. Применение деревянных клиньев не обеспечивает надежного крепления, так как при высыхании они ослабевают и могут выпасть из паза. В машинах малой мощности пазы не заклиниваются, а прикрываются сверху бандажом. Для того чтобы бандаж не выступал за пределы якоря, место под бандаж делают несколько меньшего диаметра.

    Бандаж  выполняется из стальной или бронзовой  проволоки, наматываемой непосредственно  на сталь якоря.

    Лобовые части обмотки крепятся к обмоткодержателю также посредством проволочного бандажа.

    Коллектор машины выполняют из пластин холоднократной меди, которые изолируют друг друга  прокладками из коллекторного миканита. Выступающую часть коллекторной пластины называют «петушком», к ней  припаивают провода обмотки якоря. Нижние края пластины имеют форму «ласточкиного хвоста». После сборки коллектора эти края оказываются зажатыми между двумя нажимными шайбами, изолированными от коллекторных пластин миканитовыми конусами и цилиндрами. Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании пластин коллектора не выступали над пластинами, что вызвало бы вибрацию щеток, искрение и преждевременный износ щеток, между коллекторными пластинами фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм.

    Коллекторы  электрических машин малой мощности часто выполняются путем запрессовки медных пластин в пластмассу. Пластмасса в этом случае является скрепляющим и изолирующим материалом. Такая конструкция коллектора проста в изготовлении, но может примениться лишь при скорости вращения до 10 000об/мин.

    Щеточное устройство. Для получения электрического контакта с поверхностью коллектора в машине постоянного тока имеются щетки. Для установки щеток в машине служит щеточное устройство, которое состоит из щеточной траверзы, пальце, щеткодержателей.