Электродвигатель постоянного тока мощностью 400 Вт для бытовой техники (стр. 1 из 9)
Міністерство освіти і науки України
Східноукраїнський Національний Університет
імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ
Кафедра електромеханіки
Пояснювальна записка
до курсового проекту на тему:
Электродвигатель постоянного тока мощностью 400 Вт для бытовой техники
ПК 037.000.000 ПЗ
Студент групи ЕТ-661
Дунда А.С.
Керівник проекту
Губаревич О.В.
2010 р.
Реферат
Розроблено двигун постійного струму з шихтованою станиною для побутової техніки. Приведено розрахунок магнітного ланцюга для номінального режиму і визначені основні розміри електродвигуна. Побудовані робочі характеристики. Виконано тепловий та вентиляційний розрахунки.
Введение
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров - электромехаников, умение применять вычислительную технику, при проектировании новой или улучшении старой, уже выпускаемой машины.
Целью настоящего проекта является разработка электродвигателя постоянного тока мощностью 400Вт с шихтованной станиной для бытовой техники. При этом повышается КПД двигателя, уменьшается металлоемкость и трудоемкость при изготовлении.
В данном проекте произведены расчеты главных размеров электродвигателя, обмотки якоря, обмотки возбуждения, произведены расчеты магнитной цепи и рабочих характеристик машины, выполнены тепловой и вентиляционный расчеты, механический расчет вала.
Электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчёты выполнялись по методикам, изложенным в [1]… [4]. Характеристики к.п.д. , а также кривые индукции, и линейной нагрузки якоря малых машин постоянного тока, приведенные на рис. 3.1-3.3, взяты из [4]. Методика электромагнитного, теплового расчета двигателя , и вентиляционного расчета взяты из [1],[2] с использованием некоторых формул, коэффициентов и характеристик, отражающих особенности проектирования малых машин, приведенных в [4].
1. Технико-экономическое обоснование проекта
1.1 Особенности коллекторных двигателей для бытовых приборов
Коллекторные двигатели постоянного тока и универсальные коллекторные двигатели по целому ряду свойств выгодно отличаются от асинхронных двигателей: они позволяют получать различные частоты вращения; дают возможность просто, плавно и экономично регулировать частоту вращения в широком диапазоне, имеют сравнительно высокий КПД, большие пусковые моменты.
Эти положительные качества способствуют широкому распространению коллекторных двигателей несмотря на наличие у них весьма существенных недостатков, вызываемых наличием щеточно-коллекторного узла, снижающего надежность и требующего дополнительного ухода.
Особенностью коллекторных двигателей является то, что они не имеют дополнительных полюсов и компенсационной обмотки. По конструкции коллекторные двигатели весьма просты, что является несомненным их преимуществом перед рядом других двигателей.
Микродвигатели постоянного тока, выполняются, как правило, двухполюсными. Корпус и ярмо обычно совмещаются. Полюсы и ярма статора штампуются как одно целое из листов электротехнической стали, которые тщательно изолируются. Корпуса в этом случае, если они имеются, выполняются из сплавов алюминия. В двигателях, имеющих бескорпусное исполнение, подшипниковые щиты укрепляются непосредственно на пакете стали статора.
В коллекторных двигателях чаще применяются шариковые подшипники, которые обязательно снабжаются специальными защитными шайбами, уплотнителями, необходимыми для защиты подшипников от угольной пыли, особенно в двигателях с плохой коммутацией, рассчитанных на работу прибольших частотах вращения.
Коллекторы двигателей, как правило, имеют пластмассовую основу. Иногда для увеличения прочности коллекторы снабжаются армирующими кольцами.
1.2 Обоснование проекта
Целью настоящего проекта является разработка электродвигателя постоянного тока с шихтованной станиной. При этом повышается КПД двигателя, уменьшается металлоемкость и трудоемкость при изготовлении. За базовую конструкцию разрабатываемого двигателя принята конструкция двигателя шихтованной станиной квадратного сечения.
При этом необходимо решение следующих задач:
1) максимально возможное расширение диапазона регулирования частоты вращения;
2) максимально возможное уменьшение габаритов и массы двигателя при заданном вращающем моменте (мощности) двигателя при заданном значении высоты оси вращения;
3) улучшение динамических свойств двигателя и их виброакустических характеристик;
4) повышение эксплуатационной надежности.
2. Техническое задание на разработку двигателя
2.1 Наименование КР
Двигатель постоянного тока мощностью 400Вт для бытовой техники.
2.2 Цель выполнения КР и назначение изделия
Цель выполнения - создание электродвигателя для бытовой техники. Применение электродвигателя повышает КПД привода, уменьшает металлоемкость и трудоемкость при изготовлении.
2.3 Технические требования
2.3.1Требования по назначению
Режим работы продолжительный по ГОСТ 2582-81.
Основные номинальные параметры двигателя.
Мощность -400Вт.
Напряжение питания обмотки якоря- 220 В.
Напряжение питания обмотки возбуждения - 220В.
Номинальная частота вращения 3000 об/мин.
Предельные отклонения от номинальных значений параметров по ГОСТ 183-74.
2.3.2 Требования по надежности
Средний срок службы при наработке 30000 часов не менее 15 лет.
Вероятность безотказной работы машины за период 10000 часов эксплуатации (при доверительной вероятности 0,7) - не менее 0,8.
Наработка щеток – 20000 ч.
Коэффициент готовности – 0,9.
2.3.3 Требования по эксплуатации
Двигатели должны изготавливаться в климатическом исполнении УХЛ, рассчитаны на эксплуатацию на высоте над уровнем моря до 1000 м, при температуре окружающего воздуха от 1 до 40 °С и относительной влажности 98% при температуре 35 °С. Двигатели должны соответствовать группе эксплуатации М8 по ГОСТ 17516-77.
Степень защиты двигателя ІР22 по ГОСТ 14254-80.
Способ охлаждения двигателя 1С01 по ГОСТ 20459-75.
2.3.4 Конструктивные требования
Конструктивное исполнение IM1001
Двигатель должен изготавливаться с изоляцией не ниже класса В по ГОСТ 8865-70.
Сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и между пазами должно быть:
а) при нормальных климатических условиях в практически холодном состоянии двигателя - не менее 40 МОм.;
б) в нагретом состоянии – не менее 2,5 МОм.;
в) после испытания на влагоустойчивость - не менее 1 мОм.
3. Расчетная часть для номинального режима
3.1 Выбор главных размеров
Предварительное значение КПД электродвигателя
0,71Ток потребляемый электродвигателем в номинальном режиме (предварительное значение),
400/(0,71×220)= 2,6А.Ток якоря, принимая ток в независимой обмотке возбуждения равным 10…20% от потребляемого тока, (
= 
), 
=0,85× 2,6= 2,21 А.Потери в обмотках и контактах щёток малых электродвигателей продолжительного режима составляют в среднем около двух третьей общих потерь в них. Следовательно, электромагнитная мощность определяется:
400(100+2∙0,71)/(3×0,71)=454,5 Вт.Выбираем линейную нагрузку якоря предварительно по рис. 3.2 для
400/3000=133∙10-3 
,затем уточняем после проверки коммутации в п.3.6.3 и 3.6.4. Окончательно получим
Индукция в воздушном зазоре
12000 А/м. для 133∙10-3 
0,45 Тл.Коэффициент полюсной дуги
0,6…0,72, выбираем 0,72 
Рис. 3.1. Кривые КПД малых машин постоянного тока в зависмости от полезной мощности на валу
Рис.3.2. Индукция в воздушном зазоре и линейная нгрузка якоря
Отношение длины пакета якоря к его диаметру для машин малой мощности находится обычно в пределах
0,4...1,6.Выбираем
=0,6Диаметр якоря
(6×454,5)/(0,72×12000×0,45× 0,6∙×3000)1/3= 0,073 м.При отсутствии радиальных вентиляционных каналов
равна полной длине сердечника якоря 
=lп=0,6∙ 0,073=0,044 м.