1
.pdf
1. Выбор двигателя
Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) – электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.
Устройство машин постоянного тока
Устройство статора
Машина постоянного тока состоит из двух основных частей:
неподвижной – статора и вращающейся – ротора, называемого в машинах постоянного тока якорем. Эскиз машины постоянного тока показан на рисунке 1.1, а общий вид с разрезом — на рисунке 1.1, б.
Статор состоит из станины 1, главных полюсов 2, дополнительных полюсов 3, подшипниковых щитов 4 и щеточной траверсы со щетками 6.
Станина имеет кольцевую форму и изготовляется из стального литья или стального листового проката. Она составляет основу всей машины и,
кроме того, выполняет функцию магнитопровода.
Главные полюсы служат для создания постоянного во времени и неподвижного в пространстве магнитного поля. С этой целью по обмотке полюсов пропускается постоянный ток, называемый током возбуждения (в
машинах малой мощности в качестве полюсов могут использоваться постоянные магниты).
Дополнительные полюсы устанавливаются между главными и служат для улучшения условий коммутации.
Подшипниковые щиты закрывают статор с торцов. В них впрессовываются подшипники и укрепляется щеточная траверса, которая с целью регулирования может поворачиваться. На щеточной траверсе закреплены пальцы, которые электрически изолированы от траверсы. На
|
|
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
|
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
|
Разраб. |
Поддубский Р.В. |
Лит. |
Лист |
Листов |
Провер. |
Корниенко А.А. |
|
|
|
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Раздел 1
УО “ВГТУ”, каф. ИСАП гр. Ас-5
пальцах установлены щеткодержатели со щетками, изготовленными из графита или смеси графита с медью.
Рисунок 1.1 – Конструкция ДПТ
Устройство якоря.
Вращающаяся часть машин – якорь 9 (рисунок 1.1 и 1.2, а, б) состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 5.
Сердечник имеет цилиндрическую форму. Он набирается из колец или сегментов листовой электротехнической стали, на внешней поверхности которых выштампованы пазы.
В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам,
образуют замкнутую обмотку якоря.
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 1.2 – Конструкция ДПТ
Коллектор (рисунок 1.3) набран из медных пластин клинообразной формы, изолированных друг от друга, и корпуса 3 миканитовыми прокладками 2, образующими в сборе цилиндр, который крепится на валу якоря.
Рисунок 1.3 – Коллектор ДПТ
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Принцип действия
Рисунок 1.4 – Принцип действия ДПТ
Принцип действия ДПТ основан на взаимодействии магнитных полей обмотки возбуждения и якоря. Можно представить, что вместо якоря у нас рамка, через которую протекает ток, а вместо обмотки возбуждения постоянный магнит с полюсами N и S. При протекании постоянного тока через рамку, на нее начинает действовать магнитное поле постоянного магнита, то есть рамка начинает вращаться, причем, так как направление тока не меняется, то и направление вращения рамки остается прежним.
При подаче напряжения на зажимы двигателя начинает протекать ток в обмотке якоря, на него, как мы уже знаем, начинает действовать магнитное поле машины, при этом якорь начинает вращаться, а так как якорь вращается в магнитном поле, начинает образовываться ЭДС. Эта ЭДС направлена против тока, в связи с этим её называют противоЭДС. Её можно найти по формуле:
E = CeФn |
(1.1) |
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Где Ф – магнитный поток возбуждения, n – частота вращения, Cе -
конструктивный момент машины, который остается для нее постоянным.
Напряжение на зажимах больше, чем противоЭДС на величину падения напряжение в якорной цепи.
U = E + I |
R |
я |
я |
|
(1.2)
А если домножить это выражение на ток, то получим уравнение баланса мощностей.
UI |
|
= EI |
|
+ I |
|
2 |
R |
|
я |
я |
я |
|
я |
||||
|
|
|
|
|
(1.3)
Левая часть уравнения UIя представляет собой мощность, подаваемая электродвигателю, в правой части первое слагаемое EIя представляет собой электромагнитную мощность, а второе IяRя мощность потерь в цепи якоря.
В зависимости от того, как подключен якорь и ОВ, машины постоянного тока разделяются на несколько типов:
-с независимым возбуждением обмоток,
-с параллельным возбуждением обмоток,
-с последовательным возбуждением обмоток,
-со смешанным возбуждением возбуждением обмоток.
Схемы подключения представлены на рисунке 1.5.
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 1.5 - Схемы подключения обмоток статора ДПТ
На производстве применяются двигатели с независимым возбуждением ОВ, которая подключается к отдельному от якоря источнику питания. Между обмотками возбуждения и якоря нет электрической связи.
Схема подключения с параллельным возбуждением по своей сущности аналогична схеме с независимым возбуждением ОВ. С той лишь разницей,
что отпадает необходимость в использовании отдельного источника питания.
Двигатели при включении по обоим этим схемам обладают одинаковыми жесткими характеристиками, поэтому применяются в станках,
вентиляторах и т.д.
Моторы с последовательным возбуждением применяются, когда необходим большой пусковой ток, мягкая характеристика. Они применяются в трамваях, троллейбусах и электровозах. По этой схеме обмотки возбуждения и якоря подключаются между собой последовательно.
При подаче напряжения токи в обоих обмотках будут одинаковы.
Главный недостаток заключается в том, что при уменьшении нагрузки на вал меньше 25% от номинала, происходит резкое увеличение частоты вращения,
достигающее опасных для ДПТ значений. Поэтому для безотказной работы необходима постоянная нагрузка на вал.
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Иногда применяются ДПТ со смешанным возбуждением, при котором
одна обмотка ОВ соединяется последовательно якорной цепи, а другая
параллельно.
Достоинства ДПТ
-Большой пусковой момент;
-Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;
-Возможность использования в качестве двигателя и в качестве генератора.
Недостатки
-Дороговизна изготовления;
-Уменьшенный срок эксплуатации из-за износа щеточно-
коллекторного узла; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- Питание от источника постоянного тока, либо необходимо |
|||||||||||
использовать выпрямители. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для курсового проектирования выбираем двигатель постоянного тока с |
|||||||||||
независимым возбуждением на основании следующих данных: |
|
|
|
|
||||||||
• |
Максимальный момент нагрузки Мс = 0,27 Н·м ; |
|
|
|
|
|||||||
• |
Требуемая наибольшая частота вращения двигателя |
= 2770 |
об |
; |
||||||||
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мин |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
• |
Момент инерции механизма |
|
= 0,0039 кг·м2 ; |
|
|
|
|
|||||
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
Эквивалентная мощность |
= М |
с |
· |
2∙ ∙ |
= 0,27 ∙ |
2∙ ∙2770 |
= |
||||
|
|
|||||||||||
|
экв |
|
|
60 |
|
|
60 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
• |
= 78,3 Вт ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимая запас по мощности не менее 1,3 по справочным данным,
выбираем ДПТ 2ПН90МУХЛ4 со следующими характеристиками:
•Мощность Р = 0,17 кВт;
•Номинальное напряжение на обмотке якоря я ном = 220 В ;
•Номинальное напряжение возмущения возб ном = 110 В ;
•Номинальная частота вращения ном = 750 миноб ;
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
•Максимальная частота вращения = 3000 миноб ;
•КПД η = 48,5% ;
•Сопротивление обмотки якоря я = 27,2 Ом ;
•Сопротивление добавочных полюсов ДП = 16,2Ом ;
•Сопротивление обмотки возбуждения возб = 162 Ом ;
•Индуктивность якорной цепи яц = 514 мГн ;
•Момент инерции J=0,004 кг·м2 .
Рассчитаем параметры двигателя: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
• |
Номинальная скорость вращения |
= |
2∙ ∙ ном |
|
= |
2∙3,14∙750 |
= 78,5 1⁄ |
; |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ном |
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
с |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Номинальный момент М |
= |
Рном |
= |
170 |
= 2,16 Н ∙ м ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ном |
|
|
ном |
78,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
возб ном |
|
|
220 |
|
|
|
|
||||||||||||||
• |
Номинальный |
|
ток возбуждения |
|
|
|
= |
= |
|
= 0,98 А , |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1,28∙162 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
возб ном |
|
∙ |
возб |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
где = 1.28 − температурный коэффициент; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
Номинальный |
|
ток в |
обмотке |
якоря |
|
|
= |
|
1 |
|
∙ ( |
ном |
− |
|
∙ |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я ном |
|
|
|
я ном |
|
|
|
возб ном |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
) = |
1 |
|
∙ ( |
170 |
|
− 110 ∙ 0,98) = 1,1А ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
возб ном |
220 |
0,485 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
• |
Сопротивление якорной цепи |
= |
( |
+ |
|
|
) + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
яц |
|
|
я |
|
дп |
|
|
|
|
щ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Принимая |
= |
∆ щ |
= |
2 |
= 0,74 Ом , получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
щ |
|
|
я ном |
2,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
яц = 1,28(27,2 + 16,2) + 0,74 = 56,3 Ом ;
• На основании выражения электромеханической характеристики:
|
= |
я ном |
− |
яц |
∙ |
|
можно получить: |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
ном |
|
|
Фном |
Фном |
|
я ном |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ф |
|
= я ном− яц· я ном = 220−56,3·1,1 = 1 ; |
||||||||||
ном |
|
|
ном |
|
|
|
157 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
• Коэффициент передачи двигателя по управляющему воздействию:
Кд = |
1 |
= |
1 |
= 1 , |
|
Фном |
1 |
||||
|
|
|
где − конструктивный коэффициент двигателя
Лист
УО “ВГТУ” КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |