Основные уравнения двигателя постоянного тока (ДПТ)
В этой статье описаны основные формулы, величины и их обозначения которые относятся ко всем двигателям постоянного тока.
В результате взаимодействия Iя тока якоря в проводнике L обмотки якоря с внешним магнитным полем возникает электромагнитная сила создающая электромагнитный момент М который приводит якорь во вращение с частотой n.
Противо ЭДС двигателя Eя
При вращении якоря пазовый проводник пресекает линии поля возбуждения с магнитной индукцией B и в соответствии с явлением электромагнитной индукции в проводнике наводится ЭДС Eя направленная навстречу Iя. Поэтому эта ЭДС называется противо ЭДС и она прямо пропорциональна Ф магнитному потоку и частоте вращения n.
Ce — постоянный коэффициент определяемой конструкцией двигателя.
Применив второй закон Кирхгофа получаем уравнение напряжения двигателя.
где ∑R — суммарное сопротивления обмотки якоря включающая сопротивление :
- обмотки якоря
- добавочных полюсов
- обмотки возбуждения (для двигателей с последовательным возбуждением)
Ток якоря Iя
Выразим из формулы 2 ток якоря.
Частота вращения якоря
Из формул 1 и 2 выведем формулу для частоты вращения якоря.
Электромагнитная мощность двигателя
Электромагнитный момент
где: ω = 2*π*f — угловая скорость вращения якоря, Cм — постоянный коэффициент двигателя (включает в себя конструктивные особенности данного двигателя)
Момент на валу двигателя, т.е. полезный момент, где М0 момент холостого хода;
Курсовая работа: Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности
Название: Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности Раздел: Рефераты по физике Тип: курсовая работа Добавлен 01:48:31 19 декабря 2010 Похожие работы Просмотров: 272 Комментариев: 17 Оценило: 2 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать | |||||||||
0,25*I | 0,5*I | 0,75*I | 0,9*I | 1*I | 1,1*I | 1,2*I | |||
I | А | 0,156 | 0,577 | 1,153 | 1,73 | 2,076 | 2,307 | 2,537 | 2,768 |
ΔUщ | В | 0,175 | 0,65 | 1,3 | 1,95 | 2,34 | 2,6 | 2,86 | 3,12 |
В | 1,9 | 6,9 | 13,8 | 20,7 | 24,8 | 27,6 | 30,3 | 33,1 | |
E=Uном -ΔU | В | 108,6 | 102,8 | 95,8 | 88,8 | 84,5 | 81,7 | 78,9 | 76 |
Вδ | Тл | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 |
Фδ | 10 -4 Вб | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
об/мин | 3911 | 3724 | 3468 | 3021 | 3058 | 2956 | 2854 | 2754 | |
f2 | Гц | 130,4 | 124,4 | 116,1 | 107,7 | 102,8 | 99,4 | 96,1 | 92,8 |
Va | м/с | 11,88 | 11,33 | 10,57 | 9,82 | 9,36 | 9,06 | 8,760 | 8,45 |
Vк | м/с | 10,34 | 9,87 | 9,21 | 8,55 | 8,15 | 7,89 | 7,63 | 7,36 |
Рэ а | Вт | 0,3 | 3,6 | 14,4 | 32,4 | 46,6 | 57,6 | 69,7 | 82,9 |
Рэ щ | Вт | 0 | 0,4 | 1,5 | 3,4 | 4,9 | 6 | 7,3 | 8,6 |
Рс | Вт | 11,8 | 11 | 9,9 | 8,9 | 8,2 | 7,8 | 7,5 | 7,1 |
Р мх | Вт | 8,5 | 8 | 7,3 | 6,7 | 6,3 | 6 | 5,8 | 5,6 |
Вт | 0,2 | 0,6 | 1,3 | 1,9 | 2,3 | 2,5 | 2,8 | 3 | |
Вт | 20,8 | 23,7 | 34,7 | 54 | 69,6 | 81,66 | 94,6 | 109,54 | |
Р1 =Uном *I | Вт | 17,1 | 63,43 | 126,87 | 190 | 228,36 | 253,76 | 279,1 | 304,48 |
Вт | 0 | 39,819 | 92,5 | 137,1 | 160 | 173,7 | 186,1 | 197,3 | |
Н*м | 0 | 0,102 | 0,254 | 0,406 | 0,497 | 0,557 | 0,618 | 0,678 | |
% | 0 | 62,77 | 72,89 | 72,05 | 70,08 | 68,47 | 66,69 | 64,78 |
По данным таблицы 1 строим при U=Uном рабочие характеристики и для заданного значения полезной номинальной мощности Pном =170 Вт определяем номинальные значения Iном =2,307; Мном =0,557 Н*м; nном =2956 об/мин; ηном =68,47%.
Кратность пускового момента
Электромеханическая постоянная времени электродвигателя
где
9. Тепловой расчёт электродвигателя
Превышение температуры якоря над температурой окружающей среды при кратковременном режиме работы электродвигателя
,
где
Условие выполняется, так как .
Таким образом, превышение температуры обмотки якоря ниже предельного допустимого значения температуры для класса изоляции «F».
В данном курсовом проекте мною приведен аналитический расчет коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов, позволяющий получить заданные технические параметры при лимитированном габарите и заданном тепловом режиме электродвигателя.
Список использованных источников
1. Ерунов В.П. Расчет коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности с возбуждением постоянными магнитами: Учебное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. – Оренбург: ОГУ, 2002. – 109 с.
Коллекторный электродвигатель постоянного тока
Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока
Статор — неподвижная часть двигателя.
Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.
Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.
Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.
Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].
Типы коллекторных электродвигателей
По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.
Коллекторный двигатель с постоянными магнитами
Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора . КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.
- Преимущества:
- лучшее соотношение цена/качество
- высокий момент на низких оборотах
- быстрый отклик на изменение напряжения
- Недостатки:
- постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства
Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения
- По схеме подключения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмотками возбуждения разделяют на двигатели:
- независимого возбуждения
- последовательного возбуждения
- параллельного возбуждения
- смешанного возбуждения
Двигатели независимого и параллельного возбуждения
В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].
В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.
- Преимущества:
- практически постоянный момент на низких оборотах
- хорошие регулировочные свойства
- отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
- Недостатки:
- дороже КДПТ ПМ
- двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля
Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].
Двигатель последовательного возбуждения
В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа < Iном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф
Iа), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:
,
- где M – момент электродвигателя, Н∙м,
- сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
- Ф – основной магнитный поток, Вб,
- Ia – ток якоря, А.
С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].
Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.
- Преимущества:
- высокий момент на низких оборотах
- отсутствие потерь магнетизма со временем
- Недостатки:
- низкий момент на высоких оборотах
- дороже КДПТ ПМ
- плохая управляемость скоростью из-за последовательного соединения обмоток якоря и индуктора
- двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля
Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.
Двигатель смешанного возбуждения
Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].
- Преимущества:
- хорошие регулировочные свойства
- высокий момент на низких оборотах
- менее вероятен выход из под контроля
- отсутствие потерь магнетизма со временем
- Недостатки:
- дороже других коллекторных двигателей
Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.
Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока
Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.
Основные параметры электродвигателя постоянного тока
Постоянная момента
Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:
,
- где Z — суммарное число проводников,
- Ф – магнитный поток, Вб [1]
http://www.bestreferat.ru/referat-220536.html
http://engineering-solutions.ru/motorcontrol/brushdcmotor/