Расчеты универсального коллекторного электродвигателя

    Щеточная  траверза обычно крепится к подшипниковому щиту и только в машинах большой мощности она крепится к станине. Между щеточной траверзой и пальцами имеется изоляция. На каждый палец устанавливают комплект щеткодержателей. Число пальцев обычно равно числу главных полюсов в машине. Щеткодержатель состоит из обоймы, в которую помещают передающую давление пружины на щетку. Крепление щеткодержателя на пальце осуществляется посредством зажима. Для присоединения элементов электрической цепи машины к щетке последняя снабжается гибким тросиком. Все щеткодержатели одной полярности соединяют между собой сборными шинами, присоединенными к выводам машины. Одним из условий бесперебойной работы электрической машины является плотный и надежный контакт между щеткой и коллектором. Следовательно, щеточное устройство является ответственным узлом машины: щетка должна иметь надежный контакт с коллектором, давление на щетку должно быть отрегулировано, так как чрезмерный нажим может вызвать преждевременный износ щетки и перегрев коллектора, а недостаточный нажим – искрение на коллекторе.

    Помимо  указанных частей, машина имеет два  подшипниковых щита: передний (со стороны  коллектора) и задний. Щиты с помощью  болтов крепятся к станине. В центральной  части щита имеется расточка, где  располагается подшипник. Обычно в машинах применяются шариковые или роликовые подшипники качения: лишь в некоторых машинах, с целью обеспечения бесшумности в процессе работы, применяют подшипники скольжения.

    Для присоединения обмоток машины к  электрической сети машина снабжается  коробкой выводов, где на изоляционный панели делаются выводы концов обмоток. Обычно панель с выводами располагают на станине, а в некоторых машинах малой мощности – на переднем подшипниковом щите. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.2 Применение универсальных  колекторных электродвигателей в электоробытовой технике

      Универсальные коллекторные двигатели  находят широкое применение благодаря  следующему: могут работать от  источников как постоянного так  и переменного тока; при работе от любого из источников допускают возможность плавного и широкого регулирования частоты вращения изменением подводимого к двигателю напряжения с помощью якорного или полюсного регулирования; позволяют получить при промышленной частоте сети весьма высокую частоту вращения якоря 1000-40000 об/мин, недостижимую при применении асинхронных и синхронных двигателей промышленной частоты без повышающего редуктора.

        Универсальные коллекторные двигатели  используются во многих бытовых  машинах (пылесосах, швейных машинах,  кофемолках, электродрелях), в медицинской технике, в автоматических системах.

      В ряде сложных моделей электрических приборов, например стиральных машин, применяется электронная система управления коллекторным электродвигателем. Она представляет собой цифровой электронный модуль. Регулирование и поддержание заданной скорости вращения электродвигателя производится автоматически. Реверс двигателя осуществляется специальным реле реверса с электронным управлением и двумя переключателями. Контроль скорости вращения осуществляет тахометр. Для этого он производит сравнение фактического числа оборотов двигателя с запрограммированным эталонным значением. Сигнал ошибки тахометра подается на плату управления, которая корректирует фактическую скорость вращения двигателя. Для защиты электродвигателя от перегрузки в системе управления имеется защитное реле. 
 
 
 

2. 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.

    2.1. 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.

    2.1.2. 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.

    2.1.3. Машинная постоянная

    

  (1.4)

    где В_d – амплитудное значение индукции  в воздушном зазоре, выбирается по кривым ( рис.  ): при длительном режиме работы двигателя В_d 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.

    2.1.4. Диаметр и расчетная длина пакета якоря, см

    D_а =

  (1.5)

    L₀ = x×D_n = 1 · 3,9 = 3,9  (1.6)

    где x= L₀/D_а = (0,4¸1,6) – отношение длины пакета якоря к его диаметру;

           n - частота вращения двигателя по заданию.

    2.1.5. Полюсный шаг, см

    t₂ =

=    (1.7)

    где р – число пар полюсов

    2.1.6. Частота перемагничивания стали якоря

    

=  Гц  (1.8) 

    2.2. Обмотка якоря

    2.1.1. Полезный  магнитный поток

    

= = 0,00087 Вб  (2.1)

    где В_d - из формулы.

    b₀ = a ×t₂ – полюсная дуга

    b₀  = 0,63 · 3,6 = 2,3  (2.2)

    где a – из формулы.

    2.2.2. Число проводников обмотки якоря

    

=  (2.3)

    где а = 1,

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

    n – по заданию.

    2.2.3. Число пазов якоря

    Z₂ = (2,5¸4) D_а = 9,75÷15,6  (2.4)

    Z₂ = 12

    c округлением до ближайшего целого  непарного числа.

    2.2.4. Число коллекторных пластин

    К = (2¸3) Z₂ = 2 · 12 = 24  (2.5)

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

    2.2.5. Число витков в секции обмотки

    

=     (2.6)

    где N –  из формулы (2.2),

           К - из формулы (2.4). 

          2.2.6. Окончательная величина линейной нагрузки якоря

    

=  А/см  (2.7)

    где D_a – из формулы (1.4),

            I₂ - из формулы (1.2).

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

    2.3. Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря

    2.3.1. Предварительный выбор плотности тока в обмотке якоря.

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

    q = Q_m××a¹×(1+0,1ν) =  65·0,0017·(1+0,1·16,3) = 0,3  (3.1)

      где Q_m = 65⁰,

            a¹  = 0,0017 Вт/см²´град.,

      линейная скорость якоря, м/с 

    ν =

=     (3.2)

    2.3.2. Допустимая плотность тока в обмотке якоря

    

= =   (3.3)

    2.3.3. Сечение и диаметр провода обмотки якоря

    

= мм²   (3.4)

    где – плотность тока , А/мм²;

    для двигателей продолжительного режима работы         = (6¸12) А/мм²

    Используя полученное сечение, согласно ГОСТ 7262-78 или ГОСТ 6324-80, окончательно принимаем  сечение провода обмотки якоря  S₂ ; отношение диаметра голого провода к диаметру изолированного провода d₂/d_2и .

    Для универсальных коллекторных электродвигателей  применяется медный изолированный  провод марок ПЭТ, ПЭВ-2, ПЭЛШО, ПЕЛШКО.

          2.3.4. Окончательная плотность тока  в проводе обмотки якоря

    

     А/мм²    (3.5)