Однофазный коллекторный двигатель

Специф кац я 01.doc

Формат Зона Позиція Позначення Найменування Кіл-сть Приміт.
А3 ДП3961.01.00.СК Складальне креслення 1
ДП3961.05.00 Осердя статора 1
ДП3961.06.00 Обмотка статора 1
ДП3961.10.01 Заклепка М2Х42
Розробив Олексин Статор Літ. Аркуш Аркуші

Специф кац я 00.doc

ФоЗоПозПозначення Найменування КіПриміт.
А4 ДП3961.00.00.ПЗ Пояснювальна записка 1
А3 ДП3961.00.00.СК Складальне креслення 1
ДП3961.01.00 Статор 1
ДП3961.02.00 Щит підшипниковий 1
ДП3961.03.00 Якір 1
ДП3961.04.00 Пакет якоря 1
Розробив Олексин Однофазний колекторний Літ. Аркуш Аркуші
Р.В. двигун потужністю 200 в
Перевірив Гладкий В.

Рамки зміст опис констр вик літ.doc

Машина виконана двохполюсною. Полюси станина а також осердя якоря
шихтовані з листів електротехнічної сталі 2212 товщиною 05 мм. Колектор
виготовляється із пластмасовим корпусом-носієм. Обмотка збудження намотана
безпосередньо на статор стандартним мідним провідником згідно із ГОСТ 2773-
У підшипникових щитах машини встановлені самоцентрувальні
підшипники які захисними шайбами ізолюються від вугільного пилу щіток.
Підшипникові щити кріпляться до станини за допомогою двох винтів М4
згідно із ГОСТ 17473-72.
Список використаної літератури
Розрахунок однофазних колекторних двигунів малої потужності:
Методичні вказівки до курсового та дипломного проектування для студентів
базового напрямку підготовки 6.0922 “Електромеханіка”Укл.: . .
Біляковський В.М. Гладкий. – Львів.: Видавництво Національного
Університету “Львівська політехніка” 2008. – 44с.
Попічко В. В. Проектування електричних машин постійного
струму:навчальний посібник. – Львів: Вид-во ДУ "Львівська політехніка
Гладкий В. М. Розрахунок на комп’ютері характеристик однофазних
колекторних двигунів. - Львів: Видавництво Національного університету
“Львівська політехніка” 2003. – 10 с.
Однофазний колекторний двигун потужністю 200 Вт
Пояснювальна записка
Перевір. Гладкий В.М.
Розробив Олексин Р.В.
Зм. Арк. ( докум. Підпис Дата

Metod OKD.doc

МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАНИ
НАЦОНАЛЬНИЙ УНВЕРСИТЕТ “ЛЬВВСЬКА ПОЛТЕХНКА”
РОЗРАХУНОК НА КОМП’ЮТЕР
ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОФАЗНИХ КОЛЕКТОРНИХ ДВИГУНВ
до курсового проектування
з предмету “Електричні машини електропобутової техніки”
для студентів фахової підготовки за спеціальністю
092205 “Електропобутова техніка”
на засіданні кафедри
“Електричні машини і апарати”
Протокол № 7 від 26.03.2003 р.
Розрахунок на комп’ютері характеристик однофазних колекторних двигунів:
Методичні вказівки до курсового проектування з предмету “Електричні машини
електропобутової техніки” для студентів фахової підготовки за спеціальністю
092205 “Електропобутова техніка” Укл: Гладкий В. М. – Львів:
Видавництво Національного університету “Львівська політехніка” 2003. – 10
Укладач Гладкий В. М. асист. канд. техн. наук
Відповідальний за випуск Гладкий В. М. асист. канд. техн. наук
Рецензенти: Попічко В. В. доцент канд. техн. наук
Біляковський . . доцент канд. техн.
ПЕРЕХДНО ТА МАГНТНО ХАРАКТЕРИСТИК
Перехідною характеристикою [pic] називають залежність магнітної
індукції [pic] у повітряному проміжку від магнітної напруги [pic]
перехідного шару (повітряного проміжку зубцевого шару якоря та ярма
Магнітною характеристикою [pic] називають залежність магнітного потоку
[pic] у повітряному проміжку від магнітнорушійної сили F яка дорівнює сумі
магнітних напруг на усіх ділянках магнітного кола однофазного колекторного
Методика розрахунку згаданих характеристик викладена в [1] тому її не
Розрахунок обох характеристик виконуватимемо на один полюс.
До розрахунку на комп’ютері перехідної та магнітної характеристик
необхідно підготувати дані частину з яких комп’ютерна програма
Char_OKD.exe зчитує з файла Char_OKD.dat а частину – з файла
Paz_kruglyj.dat (у випадку круглих пазів якоря) чи з файла Paz_grusha.dat
(у випадку грушоподібних пазів якоря).
До файла Char_OKD.dat необхідно внести значення (тут і надалі у дужках
вказуватимемо формат введення даних):
) кількості р пар полюсів (3);
) кількості Z пазів якоря (3);
) номінальної швидкості [p
) довжини ( повітряного проміжку м (E10.4);
) кількості а пар паралельних гілок обмотки якоря (3);
) коефіцієнта ( розсіяння полюсів (E10.4);
) умовне позначення марки сталі з якої виготовлений магнітопровід
) форми паза якоря (1 – паз круглий 2 – паз грушоподібний) (3).
Якщо пази якоря круглі то до файла Paz_kruglyj.dat слід внести
) висоти [pic] шліца паза м (Е10.4).
Якщо пази якоря грушоподібні то до файла Paz_grusha.dat слід внести
Комп’ютерна програма Char_OKD.exe розрахунку магнітної та перехідної
характеристик ОКД здійснює їх розрахунок для таких значень ЕРС [pic] в
обмотці якоря: [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] і виводить у табличному
вигляді до файла Char_OKD.res значення магнітного потоку [pic] (Вб)
магнітної індукції [pic] (Тл) у повітряному проміжку суми магнітних напруг
F (А) усіх ділянок магнітного кола та суми напруг [pic] (А) перехідного
шару а також для [pic] значення магнітної індукції та магнітної напруги
усіх ділянок магнітного кола.
Якщо пази якоря круглі то програма виводить до файла Char_OKD.res для
[pic] магнітну індукцію у зубцях якоря у трьох перерізах.
Комп’ютерна програма Char_OKD.exe створює файл Char.dat до якого
виводять лише значення [pic] [pic] [pic] F. Цей файл буде необхідний для
розрахунку робочих характеристик ОКД тому його слід записати на дискету.
РОЗРАХУНОК НА КОМП’ЮТЕР РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Завершальним етапом електромагнітного розрахунку ОКД є розрахунок його
робочих характеристик під якими розуміють залежність споживаної потужності
[pic] струму [pic] якоря момента [pic] на валі швидкості n обертання
якоря коефіцієнта ( корисної дії коефіцієнта [pic] потужності від
потужності [pic] на валі двигуна при незмінних номінальній напрузі [pic]
живлення двигуна та її частоті [pic] тобто
[p [p [pic] при [pic] [pic].
Методика розрахунку робочих характеристик ОКД у літературі присвяченій
проектуванню таких двигунів [1 2] не викладена достатньо чітко тому
опишемо її детально.
Задавшись рядом значень струму [pic] якоря двигуна наприклад [pic]
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] (де [pic] – попереднє
значення струму якоря у номінальному режимі) розраховують для кожного
значення [pic] такі режимні величини:
Поздовжня складова комутаційної магніторушійної сили (МРС) реакції
де [pic] – поздовжня складова комутаційної МРС обмотки якоря на пару
полюсів у номінальному режимі яка обчислюється за [1].
Для МРС [pic] (де [pic] – кількість витків котушки збудження тобто
кількість витків обмотки збудження на один полюс) за магнітною
характеристикою [pic] знаходять магнітний потік [pic] (рис. 1 а) який був
би у машині за відсутності поперечної складової МРС реакції якоря.
Магнітна індукція [pic] яка відповідає потокові [pic]
де [pic] – полюсна поділка.
За перехідною характеристикою [pic] знаходять магнітну напругу [pic]
перехідного шару яка відповідає індукції [pic] (рис. 1 б).
Лінійне навантаження
Знаходять потік [pic] із урахуванням розмагнічувальної дії
поперечної складової МРС реакції якоря за описаною в [3] методикою
де [pic] – магнітна індукція яка визначається за перехідною
характеристикою для МРС [p [pic] – магнітна індукція яка
визначається за перехідною характеристикою для МРС [p [pic] –
розрахункова довжина полюсної дуги.
Рис. 1. До визначення потоку із урахуванням розмагнічувальної дії
поперечної складової МРС реакції якоря
ЕРС обмотки якоря яка наводиться потоками розсіяння якоря
де ( – питома магнітна провідність для потоків розсіяння секції обмотки
ЕРС обмотки збудження яка наводиться потоками розсіяння полюса
де [pic] – коефіцієнт зчеплення поля розсіяння з обмоткою збудження.
ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією поперечного поля якоря з
де [pic] – коефіцієнт Картера.
ЕРС обмотки збудження зумовлена пульсацією головного поля полюса з
Сума напруг на активних опорах обмоток та на щітковому контакті
де [pic] – опір обмотки якоря [pic] – опір обмотки збудження [pic] – спад
напруги на пару щіток.
Реактивна складова напруги живлення
Активна складова напруги живлення
Швидкість обертання якоря
Коефіцієнт потужності
Споживана потужність
Втрати в обмотці якоря
Втрати в обмотці збудження
Втрати в щітковому контакті
Втрати в сталі ярма статора
магнітна індукція у повітряному проміжку в номінальному режимі.
Втрати в сталі полюсів
де [pic] – втрати в сталі полюсів у номінальному режимі.
Втрати в сталі ярма якоря
де [p ( – коефіцієнт
який залежить від марки електротехнічної сталі з якої виготовлений
Втрати в сталі зубців якоря
де [pic] – втрати в сталі зубців якоря у номінальному режимі.
Втрати від тертя щіток з колектором
де [pic] – втрати від тертя щіток з колектором у номінальному режимі.
Втрати від тертя у підшипниках
де [pic] – втрати від тертя у підшипниках у номінальному режимі.
Втрати від тертя якоря з повітрям
де [pic] – втрати від тертя якоря з повітрям у номінальному режимі.
Сумарні втрати потужності
де [pic] – коефіцієнт що враховує додаткові втрати у машині.
Коефіцієнт корисної дії
До розрахунку на комп’ютері робочих характеристик ОКД необхідно внести
до файла Rob_OKD.dat значення:
) номінальної потужності [p
) попередньо обчисленого номінального струму [p
) номінальної напруги [p
) номінальної частоти [p
) довжини ( повітряного проміжку м (Е10.4);
) поздовжньої складової комутаційної МРС [pic] реакції якоря на пару
полюсів у номінальному режимі А (Е10.4);
) питомої магнітної провідності ( для потоків розсіяння секції
обмотки якоря Вб(А(м) (Е10.4);
) коефіцієнта ( розсіяння полюсів (Е10.4);
) коефіцієнта [pic] зчеплення поля розсіяння з обмоткою збудження
) коефіцієнта ( який залежить від марки електротехнічної сталі з
якої виготовлений магнітопровід (Е10.4);
) магнітної індукції [pic] у повітряному проміжку у номінальному
) втрат [pic] від тертя щіток до колектора у номінальному режимі Вт
) втрат [pic] від тертя якоря до повітря у номінальному режимі Вт
) втрат [pic] від тертя у підшипниках у номінальному режимі Вт
Необхідні до розрахунку робочих характеристик магнітну [pic] та
перехідну [pic] характеристики комп’ютерна програма Rob_OKD.exe розрахунку
робочих характеристик ОКД зчитує з файла Char.dat. Цей файл слід переписати
з дискети до директорії де знаходиться програма Rob_OKD.exe.
Програма Rob_OKD.exe виводить у табличному вигляді до файла Rob_OKD.res
значення струму [pic] (А) обмотки якоря споживної потужності [pic] (Вт)
потужності [pic] (Вт) на валі швидкості n (обхв) обертання якоря
коефіцієнта ( корисної дії коефіцієнта [pic] потужності момента М (Нм) на
валі а також значення [pic] [pic] [pic] n ( [pic] М для номінального
Ермолин Н. П. Расчет коллекторных машин малой мощности. – Л.: Энергия
Завалишин Д. А. Бардинский С. И. и др. Электрические машины малой
мощности. – М. – Л.: Госэнергоиздат 1963. – 432 с.
Попічко В. В. Проектування електричних машин постійного струму. –
Львів.: Видавництво ДУ “Львівська політехніка” 1999. – 231 с.
Укладач Гладкий В. М. асист. канд.
Комп'ютерне складання Сухмановської Г. З.

Специф кац я 04.doc

Формат Зона Позиція Позначення Найменування Кіл-сть Приміт.
А3 ДП3961.04.00.СК Складальне креслення 1
ДП3961.04.01 якоря 80
Розробив Олексин Пакет якоря Літ. Аркуш Аркуші

absctract.doc

Олексин Р. В. Однофазний колекторний двигун потужністю 200 Вт.
У курсовому проекті виконано розрахунок однофазного колекторного
двигуна з послідовним електромагнітним збудженням. Конструкція двигуна
розроблена відповідно до вимог державних стандартів України.
Розрахований двигун можна використовувати у побутовій техніці i у
системах автоматики.
Пояснювальна записка містить 25 с. 3 рис. 2 табл. Графічна частина
оформлена на 1 арк. формату А1 і 4 арк. формату А3.
Oleksyn R. V. One-phase collector engine by power 200 Watt.
Calculations of one-phase series motor has been made in the term
paper. The construction of the engine has been made in correspondence to
state standarts of Ukraine.
Designed engine can be used in domestic industry and automation
The explantory note has 25 pages 3 figures 2 tables bibliography –
items. The grafical part is made on 1 sheet of A1 and 4 sheets of A3
інАрк.докум. ПідписДата

анотация.doc

Нестор Т.Г. Однофазний колекторний двигун потужністю 110 Вт.
У курсовому проекті виконано розрахунок однофазного колекторного
двигуна потужністю 110 Вт та швидкістю обертання 6000 обхв.
Розрахований двигун можна використовувати у побутовій техніці i у
системах автоматики.
Пояснювальна записка містить с. 3 рис. 2 табл. Графічна частина
оформлена на 1 арк. формату А1.
Nestor T.H. Single-phase collector motor by power 110 Wt .
Single-phase collector motors calculation with power 110 watt and
rotation speed 6000 revmin are performed in this project.
Designed one-phase collector motor can be used in domestic industry
and automation systems.
The explanatory note has pages 3 figures 2 tables. The graphical
parts consist of 1 sheet of A1.

ОДНОФАЗНИЙ КОЛЕКТОРНИЙ ДВИГУН ПОТУЖНІСТЮ 110 Вт.doc

ОбГРунтування прийнятих рішень
Електромагнітний розрахунок
1. Розрахунок основних розмірів
2. Розрахунок обмоткових даних якоря
3. Розрахунок зубцевого шару якоря і провідників обмотки якоря.
4. Розрахунок колектора та
5. Розрахунок повітряного проміжку полюса і осердя статора
6. Розрахунок магнітного кола
7. Розрахунок втрат і коефіцієнта корисної дії .
8. Розрахунок робочих характеристик
Тепловий розрахунок ..
1. Перевищення температури якоря ..
2. Перевищення температури колектора ..
3. Перевищення температури обмотки збудження ..
Список використаної літератури
Автоматизація різноманітних процесів у промисловості на транспорті в
сільському господарстві та інших галузях техніки а також побуту -
неможлива без застосування різноманітних малопотужних електродвигунів
постійного та змінного струмів. Преважно це електричні машини малої
потужності тобто ті потужності яких не перевищують 700-1000 Вт. Машини ще
меншої потужності близько 10 Вт розмірами меншими 10 см називають
Багато мікромашин виготовляється для побутової техніки. У порохотягах
млинках для кави холодильниках пральних машинах магнітофонах
програвачах міксерах електробритвах фенах та багатьох інших побутових
пристроях застосовуються спеціальні двигуни малої потужності.
Частіше ніж синхронні та аснинхронні мікродвигуни для яких практично
неможливо без додаткових перетворювачів досягнути великої частоти обертання
за малих габаритів широко застосовуються колекторні двигуни малої
На відміну від двигунів середньої та великої потужності в колекторних
мікродвигунах додаткових полюсів та компенсаційних обмоток немає і
більшість з них є двополюсними.
В побутовій техніці найчастіше застосовуються колекторні двигуни
змінного струму з послідовним збудженням. Конструктивно вони відрізняються
шихтованим з листової електротехнічної сталі не лише якорем але й станиною
Значним недоліком колекторних двигунів є низька надайність щітково-
колекторногов вузла а отже погана комутація відносно велике іскріння під
щітками а також підвищений рівень шуму. Однак можливість отримання при
промисловій частоті 50 Гц двигунів з широким діапазоном швидкостей
обертання (20000 25000 обхв) та можливість плавного регулювання
швидкості з0абезпечують їх широке застосування не зважаючи на недоліки.
Колекторні двигуни випускаються для роботи від мереж постійного змінного
струму. Більшість колекторних двигунів змінного струму призначені для
роботи від мереж з промисловою частотою 50 Гц. В побуті використовуються
двигуни з швидкостіми обертання від 5000 до 30000 обхв. х позитивними
рисами є відносно високий ККД великі пускові моменти при відносно
невеликих пускових струмах малі габаритні розміри та маса тощо.
Обрунтування прийнятих рішень
Під час проектування нових електродвигунів слід дотримуватись їх
відповідності певним вимогам зокрема щодо колекторних двигунів змінного
струму для використання в побутовій техніці. Цими вимогами можуть бути:
достатня надійність відповідність характеристик двигуна передбачуваним
умовам його експлуатації мінімальна маса захист від радіозавад висока
кратність пускового моменту постійність експлуатаційних характеристик
ефективне використання активних матеріалів тощо. Цей перелік можна
продовжити у кожному окремому випадку. Окрім того це стосується і
заданого розрахунку слід врахувати можливе здешевлення виготовлення
такого двигуна за рахунок уніфікації з раніше впровадженими у виробництво
колекторними двигунами змінного струму.
Обмотка якоря розміщена у пазах грушоподібної форми оскільки при
розрахунку круглих пазів з’ясувалося що товщина зубця не перевищує 1 мм і
тому виготовлення таких пазів було б недоцільним.
Повітряний проміжок між полюсами і якорем є істотно завищений для
уникнення явища перекидання поля яке спостерігалося при менших значеннях
повітряного проміжку.
Для оптимізації масо-габаритних показників були дещо завищені
значення індукцій та лінійних навантажень що призвело до зниження
коефіцієнта корисної дії. Але з досвіду розрахунків машин такого типу
можна сказати що для застосування у електропобутовій техніці такі
характеристики є оптимальними.
Електромагнітний розрахунок.
Метою електромагнітного розрахунку є визначення основних розмірів
двигуна розрахунок робочих характеристик характеристики перемагнічення
(перехідної); перевірка індукції в різних ділянках двигуна та інших
1. Розрахунок головних розмірів.
Приймаємо попереднє значення к.к.д.
1.1. Електромагнітна потужність
λ= 1- вибирається з меж: 04÷14 ;
Приймаємо стандартне значення з таблиці Da= 0035 м.
2.Розрахунок робочих характеристик
2.1. Напруга на активному опорі
2.2. ЕРС обмотки якоря наведена потоками розсіяння якоря
2.3. ЕРС обмотки збудження наведена потоками розсіяння полюса
2.4. ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією поперечного поля
якоря з частотою [pic]
2.5.ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією головного поля якоря з
2.6.Реактивна складова напруги
2.7. Активна складова напруги живлення
2.8. ЕРС обмотки якоря
2.9. Швидкість обертання якоря
2.10.Коефіцієнт потужності двигуна
2.11.Споживана потужність
2.12.Втрати в обмотці якоря
2.13.Втрати в обмотці збудження
2.14.Втрати в щітковому контакті
2.15.Втрати в сталі статора
2.16. Втрати в сталі ярма полюсів
2.17.Втрати в сталі якоря
2.18.Втрати в сталі зубців якоря
2.19. Втрати від тертя щіток з колектором
2.20. Втрати від тертя щіток у підшипниках
2.21. Втрати від тертя якоря до повітря
2.22. Сумарні втрати потужності
2.17.Потужність на валі
2.18.Коефіцієнт корисної дії
3. Розрахунок провідників обмотки якорязубців і пазів.
3.1. Перший частковий крок
де [pic]приймаємо рівним -1
3.2. Другий частковий крок
3.3 Площа поперечного перерізу провідника
де [pic]вибираємо за кривими рис.1 попередньо визначивши
Вибираємо провід марки ПЭТВ. Діаметр голого провідника [pic]м.
ізольованого [pic]площа поперечного перерізу [pic].
3.4. Уточнюємо кінцеву густину струму в обмотці якоря
3.5. Зубцева поділка
де Вzдоп - вибираємо з меж 13 до 15 Тл. Приймаємо
[pic]- коефіцієнт заповнення пакета якоря сталлю.
де [pic] вибираємо відповідно до діаметра ізольованого
3.8. Більший радіус грушоподібного паза
3.9. Менший радіус грушоподібного паза
де [pic]=00005м.- ширина шліца
3.12. Розраховуємо ширину шліца паза
3.13. Перевірка магнітної індукції в ярмі якоря
3.14. Висота спинки якоря
Dвал=018·Dа=018·0035=0006239 м.
Магнітна індукція в ярмі якоря не повинна перевищувати допустиме
значення [pic] оскільки значення [pic] то ми
продовжуємо розрахунок.
3.16. Середня довжина провідника обмотки якоря
3.17. Опір обмотки якоря при [pic]
де [pic]-коефіцієнт який враховує збільшення опору обмотки при
нагріванні її від [pic]до [pic].
4. Розрахунок колектора і щіток.
4.1. Попереднє значення діаметра колектора
приймаємо остаточне значення діаметру колектора [pic]м.
4.2. Колекторна поділка
4.3. Товщина колекторної пластини
к= tk - із= 0002475 – 00006 = 0001875 м.
де [pic]м. - товщина міканітової ізоляції між колекторними пластинами.
4.4. Товщина тіла малого колектора
4.5. Колова швидкість колектора
4.6 Вибираємо параметри для щітки.
Вибираємо марку щітки ЭГ – 8
Стандартна напруга ΔUщ= 24 В;
Jщ доп. = 10 Асм2 = 100000 Ам2;
4.7. Попереднє значення площі поперечного перерізу щітки
4.8 Попереднє значення ширини щітки
Приймаємо стандарту ширину щітки [pic]м.
4.9. Попереднє значення довжини щітки
Приймаємо стандарту довжину щітки [pic]м.
4.10. Попереднє значення висоти щітки
Приймаємо стандарту висоту щітки [pic]м.
4.11. Уточнюємо значення густини струму під щітками
4.12. Активна довжина колектора
4.13. Повна довжина колектора
де [pic]- діаметр голого провідника якоря.
4.14. Ширина зони комутації
Ширина зони комутації не повинна перевищувати допустиме значення
[pic]=08·(-bo)=08·(0054-0036)=0069 м.
4.15. Лінійна швидкість якоря
4.16. Середнє значення реактивної ЕРС у секції обмотки якоряяка
ер=2·[pic] В. [pic][pic]м.
4.17. Обчислюємо середню довжину силової лінії поперечного поля якоря
у міжполюсному просторі машини
4.18. Середнє значення ЕРС реакції якоря
4.19. Результівна ЕРС у комутованій секції якоря
4.18. Трансформаторна ЕРС у секції обмотки якоряяка комутує
5. Розрахунок повітряного проміжку полюса і осердя статора.
5.1. Обчислюємо величину повітряного проміжку
5.4. Площа поперечного перерізу осердя полюса
де [pic]коефіцієнт магнітного розсіяння машини
5.6. Ширина осердя полюса
5.7. Внутрішній діаметр полюсів
5.8. Площа поперечного перерізу ярма статора
5.9. Довжина ярма статора
5.10. Висота ярма статора
6. Розрахунок магнітного кола та МРС реакції якоря.
6.1. Коефіцієнт що враховує збільшення довжини силової лінії у
повітряному проміжку за рахунок
відгалуження потоку в паз (Картера)
6.2. Середня довжина силової лінії у ярмі якоря
6.3. Середня довжина силової лінії у ярмі якоря
6.4. Магнітний потік у повітряного проміжку
6.5. Магнітна індукція повітряного проміжку
6.6. Магнітна напруга повітряного проміжку
6.7. Магнітна індукція в зубцях якоря
6.8. Напруженість магнітного поля у зубцях якоря
6.9. Магнітна напруга в зубцях якоря
6.10. Магнітна індукція в осерді полюса
6.11. Напруженість магнітного поля в осерді полюса
6.12. Магнітна напруга в осерді полюса
6.13. Магнітна індукція в ярмі якоря
6.14. Напруженість магнітного поля у ярмі якоря
6.15. Магнітна напруга в ярмі якоря
6.16. ндукція в ярмі статора
6.17. Напруженість магнітного поля у статорі
6.18. Магнітна напруга в статорі
6.19. Сума магнітних напруг магнітного кола
Розрахунок магнітного кола для [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] і
[pic]зводимо у таблицю 1.
6.20. Розрахунок поперечної та повздовжньої реакцій якоря.
Рис.2. Перехідна характеристика двигуна
№ Величина E=05EH E=075EH E=09EH E=EH E=115EH E=13EH
E 63 945 1134 1260 1449 1638
[pic] 000024 000036 000044 000049 000056 000063
[pic] 0198 0297 0356 0396 0455 0515
[pic] 0743 1114 1337 1485 1708 1931
[pic] 0481 0722 0867 0963 1107 1252
[pic] 0792 1189 1427 1585 1823 2061
[pic] 075 1125 135 15 1725 195
[pic] 675 1012 1215 1350 1552 1755
[pic] 300 450 540 600 690 780
[pic] 1180 1770 2124 2360 2714 3068
[pic] 11165 167475 20097 2233 256795 29029
[pic] 4075 6113 7335 815 9373 10595
[pic] 516 774 9288 1032 11868 13416
[pic] 587 8805 10566 1174 13501 15262
[pic] 575 8625 1035 1150 1323 1495
[pic] 32995 49492 59391 6599 75888 85787
[pic] 1116 1674 2009 2233 2567 2902
6.21. Визначаємо з графіка рис.2. [pic] та [pic] на їх основі
6.22. Поперечна складова МРС
6.23. Повздовжня складова МРС
6.24. Повздовжня комутаційна МРС якоря
де [pic]- перехідне падіння напруги в контакті щіток
6.25. Сумарна МРС обмотки збудження двигуна при навантаженні
7. Розрахунок обмотки збудження.
7.1. Кількість витків обмотки збудження на полюс
Приймаємо [pic] = 325 .
7.2.Площа поперечного перерізу провідника обмотки збудження
де [pic]- допустима густина струму в обмотці збудження.
Вибираємо провід марки ПЭТ. Діаметр голого провідника [pic]
7.3 Остаточне значення густини струму в обмотці збудження
7.4. Середня довжина витка обмотки збудження
де [pic] - ширина котушки обмотки збудження.
Опір обмотки збудження при 75 [pic]
8. Розрахунок коефіцієнта потужності.
8.1. Напруга на активному опорі
8.2. ЕРС обмотки якоря наведена потоками розсіяння якоря
8.3. ЕРС обмотки збудження наведена потоками розсіяння полюса
8.4. ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією поперечного поля
ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією головного поля якоря з
8.6.Активна складова напруги
8.7.Реактивна складова напруги
8.8.Напруга на затискачах двигуна
Коефіцієнт потужності
8.Розрахунок втрат потужності і коефіцієнта віддачі двигуна.
8.9. Втрати в обмотці якоря
8.10. Втрати в обмотці збудження
8.11. Втрати в щітковому контакті
8.12. Втрати в сталі ярма статора
[pic]коефіцієнт який враховує збільшення втрат внаслідок
недосконалості технології виготовлення;
[pic]питомі втрати на одиницю маси.
8.13. Маса ярма статора
де [pic] середня питома маса ярма статора.
8.14. Втрати в сталі ярма полюсів
8.16. Втрати в сталі ярма якоря
8.17. Маса ярма якоря [pic]
8.18. Втрати в сталі зубців якоря
8.19. Маса зубців якоря [pic]
8.20. Втрати від тертя щіток з колектором
8.21. Втрати від тертя в підшипниках
[pic]- середня питома маса якоря та колектора.
8.22. Втрати від тертя якоря до повітря
8.23. Сумарні втрати
8.24. Коефіцієнт корисної дії
9.Розрахунок робочих характеристик
9.1. Напруга на активному опорі
9.2. ЕРС обмотки якоря наведена потоками розсіяння якоря
9.3. ЕРС обмотки збудження наведена потоками розсіяння полюса
9.4. ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією поперечного поля
9.5.ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією головного поля якоря з
9.6.Реактивна складова напруги
9.7. Активна складова напруги живлення
9.8. ЕРС обмотки якоря
9.9. Швидкість обертання якоря
9.10.Коефіцієнт потужності двигуна
9.11.Споживана потужність
9.12.Втрати в обмотці якоря
9.13.Втрати в обмотці збудження
9.14.Втрати в щітковому контакті
9.15.Потужність на валі
9.16.Коефіцієнт корисної дії
ичина Значення струму якоря
1. Перевищення температури якоря
1.1. Площа охолодження активного шару якоря
1.2. Повні втрати в активному прошарку якоря
1.3. Середнє перевищення температури якоря над темпера-
турою навколишнього середовища
де [pic] - коефіцієнт тепловіддачі поверхні якоря.
Значення [pic] не перевищує значення [pic]
2. Перевищення температури колектора
2.1. Поверхня охолодження колектора
2.2. Повні втрати на колекторі
2.3. Середнє перевищення температури колектора над
температурою навколишнього середовища
де [pic] - коефіцієнт тепловіддачі поверхні колектора.
3. Перевищення температури обмотки збудження
3.1. Площа охолодження котушки обмотки збудження
3.2. Середнє перевищення температури обмотки збудження
над температурою навколишнього середовища
Колекторний двигун змінного струму спроектовано відкритого виконання і
він складається з таких основних вузлів як якір колектор та індуктор.
Корпус виготовлений зі сплаву алюмінію. У ньому закріплені індуктор
якір і щіткотримачі двигуна. ндуктор виконаний разом з полюсами на яких
розташовані дві симетричні обмотки збудження. Магнітна система двополюсна.
Пакет магнітопровода набирається з штампованих листів листової
електротехнічної сталі марки 2213 товщиною 05 мм.
Котушки обмотки збудження намотують заздалегідь на шаблоні а потім
закладають на полюси при збиранні машини. Обмотка збудження колекторного
двигуна змінного струму виконана послідовною оскільки тільки в цьому
випадку можна забезпечити високий коефіцієнт потужності.
Якір колекторного двигуна складається з вала на якому розташований
колектор магнітопровід з обмоткою два підшипники і балансувальні шайби.
Застосовуються різні методи збирання пакета якоря. Згідно з одним
збирання пакета здійснюється окремо від вала на спеціальній кондукторній
оправці. Окремі виштамповки покриваються бакелітовим лаком пакет
пресується і запікається при температурі 120-150 °С при якій бакелітовий
лак полімеризується пакет стає монолітним і насаджується на вал.
Згідно іншого методу покриті лаком виштамповки пакета якоря по одній
насаджуються на вал. Далі пакет пресують і скріплюють двома натискними
шайбами що запресовані на вальцьовану частину валу. В спроектованому
двигуні якір насаджений на вал методом гарячої посадки. Просту петлеву
обмотку якоря виконано з круглого провідника ПЕТВ.
Вал виготовляється зі сталі марки 45 має ступінчату форму для
радільної посадки на нього осердя якоря колектора підшипників.
Гладкий В. М. Розрахунок на комп’ютері характеристик однофазних
колекторних двигунів. - Львів: Видавництво Національного університету
“Львівська політехніка” 2003. – 10 с.
Біляковський .. Гладкий В.М. Розрахунок однофазних
колекторних двигунів малої потужності. Методичні вказівки до курсового та
дипломного проектування для студентів напряму підготовки 6.0922
«Електромеханіка» - Львів: Видавництво Національного університету
“Львівська політехніка” 2008. – 44 с.
Ермолин Н.П. Расчет коллекторных машин малой мощности Л. Энергия
Попічко В. В. Проектування електричних машин постійного
струму:навчальний посібник. – Львів: Вид-во ДУ "Львівська політехніка
ОДНОФАЗНИЙ КОЛЕКТОРНИЙ ДВИГУН Р=110 Вт

Завдання.doc

НАЦОНАЛЬНИЙ УНВЕРСИТЕТ
Кафедра Електричні машини та апарати
Предмет Електричні машини в ЕПТ
Спеціальність Електропобутова техніка
Курс IV Група ЕПТ-41
на курсовий проект (роботу) студента
Тема проекту (роботи) Однофазний колекторний двигун потужністю 110 Вт.
Вихідні дані до проекту (роботи) Потужність РН=110 Вт напруга живлення
UН=220В частота напруги живлення fн=50 Гц швидкість обертання nн=6000
обхв режим роботи – короткочасний тип збудження – послідовне.
Вступ. 1. Обрунтування прийнятих рішень. 2. Електромагнітний
розрахунок. 3. Тепловий розрахунок. 4. Опис конструкції двигуна.
Перелік графічного матеріалу Загальний вигляд двигуна статор
статор необмотаний виштамповка статора щит підшипниковий.
видачі завдання 2011р.
№ Найменування етапів курсового Термін виконання Примітка
п.п. проекту(роботи) етапів проекту
Розрахунок основних розмірів
Розрахунок обмоткових даних якоря
Розрахунок зубцевого шару якоря і
провідників обмотки якоря
Розрахунок колектора і щіток
Розрахунок повітряного проміжку
полюса і осердя статора
Розрахунок магнітного кола
Розрахунок обмотки збудження
Розрахунок втрат потужності і
Розрахунок робочих характер-ристик
Тепловий розрахунок
Виконання графічної частини проекту
Оформлення пояснювальної записки

Двигун мій.dwg

Нацiональний Унiверситетn"Львiвська полiтехнiка
Вим.№ документа Пiдпис Дата
Розробив Нестор Т.Г.
Керівник Гладкий В.М.
ОДНОФАЗНИЙ КОЛЕКТОРНИЙ ДВИГУН

Специф кац я 02.doc

ФоЗоПозПозначення Найменування КіПриміт.
А3 ДП3961.02.00.СК Складальне креслення 1
ДП3961.02.01 Втулка 1
ДП3961.02.02 Корпус 1
ДП3961.02.03 Шайба ковзна 2
ДП3961.02.04 Шайба стопорна 1
ДП3961.02.05 Шайба пружинна 1
Розробив Кожан Р.С. Щит підшипниковий Літ. Аркуш Аркуші

Двигун(СК) lin0.5.dwg

Нацiональний Унiверситетn"Львiвська полiтехнiка
Вим.№ документа Пiдпис Дата
Розробив Нестор Т.Г.
Керівник Гладкий В.М.
ОДНОФАЗНИЙ КОЛЕКТОРНИЙ ДВИГУН

ЕМ ЕПТ (КП) 2011.doc

[pic]. Вт [pic]. обхв Режим роботи
Бліхар 120 10000 короткочасний
Вербич 190 4000 Тривалий
Дадак 60 12000 Короткочасний
Кітура 85 7000 Тривалий
Нестор 110 6000 Короткочасний
Продан 160 15000 Тривалий
Романів 70 9000 Короткочасний
Салівонов 220 5000 Тривалий
Для всіх варіантів [pic]=220 В [pic]=50 Гц
Зміст пояснювальної записки:
Обрунтування прийнятих рішень
Електромагнітний розрахунок двигуна
Опис конструкції двигуна
Також у ПЗ повинна бути специфікація до складального креслення двигуна

дороздрукувати !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.doc

2.9.2. ЕРС обмотки якоря наведена потоками розсіяння якоря
9.3. ЕРС обмотки збудження наведена потоками розсіяння полюса
9.4. ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією поперечного поля
якоря з частотою [pic]
9.5.ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією головного поля якоря з
9.6.Реактивна складова напруги
9.7. Активна складова напруги живлення
9.8. ЕРС обмотки якоря
9.9. Швидкість обертання якоря
9.10.Коефіцієнт потужності двигуна
9.11.Споживана потужність
9.12.Втрати в обмотці якоря
9.13.Втрати в обмотці збудження
9.14.Втрати в щітковому контакті
9.15.Втрати в сталі статора
9.16. Втрати в сталі ярма полюсів
9.17.Втрати в сталі якоря
9.18.Втрати в сталі зубців якоря
9.19. Втрати від тертя щіток з колектором
9.20. Втрати від тертя щіток у підшипниках
9.21. Втрати від тертя якоря до повітря
9.22. Сумарні втрати потужності
9.17.Потужність на валі
9.18.Коефіцієнт корисної дії
№ Величина Струм двигуна
[pic] 048 057 067 076 086 096 1058 1154 2 [pic]
920 14550 11980 9610 7308 5740 4488 3450 3 [pic] 094 0917
8 085 0794 073 067 0607 4 [pic] 12826 153912 179564
5216 230868 25652 282172 307824 5 [pic] 79165 94998
0831 126664 142497 15833 174163 189996 6 [pic] 0506
75 062 0662 068 0673 0636 0533 7 [pic] 0028 0048

Завдання бланк.doc

Національний університет “Львівська політехніка”
нститут ЕСК Кафедра ЕМА
Спеціальність Електропобутова техніка
Курс IV Група ЕПТ-41
на курсовий проект (роботу) студента
Олексина Романа Володимировича
Тема проекту Однофазний колекторний двигун потужністю 200 Вт
затверджена наказом по університету від “ ”
Термін здачі студентом закінченого проекту 2011 р.
Вихідні дані до проекту Номінальна потужність двигуна Рн = 200 Вт
напруга живлення Uн = 200 В частота напруги живлення fн = 50 Гц швидкість
обертання nн = 7 000 обхв режим роботи – короткочасний
Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань що їх належить
Вступ. 1. Обгрунтування прийнятих рішень. 2. Електромагнітний розрахунок
однофазного колекторного двигуна. 3.Тепловий розрахунок 4. Опис конструкції
двигуна. Список літератури
Перелік графічного матеріалу (із точним зазначенням обов’язкових
креслень) Загальний вигляд двигуна статор статор необмотаний
виштамповка статора обмотка.
№ Найменування етапів курсового Термін виконання Примітки
п.п. проекту(роботи) етапів проекту
Електромагнітний розрахунок 12.10 22.10
Тепловий розрахунок 22.10 – 29.10
Обгрунтування прийнятих рішень 08.11 – 18.11
Опис конструкції 24.11 – 27.11
Виконання графічної частини проекту06.12 – 15.12
Оформлення пояснювальної записки 20.12 – 29.12

Анотація.docx

Олексин Р. В. Однофазний колекторний двигун потужністю 200 Вт.
У курсовому проекті виконано розрахунок однофазного колекторного двигуна з послідовним електромагнітним збудженням. Конструкція двигуна розроблена відповідно до вимог державних стандартів України.
Розрахований двигун можна використовувати у побутовій техніці i у системах автоматики.
Пояснювальна записка містить 25 с. 3 рис. 2 табл. Графічна частина оформлена на 1 арк. формату А1 і 4 арк. формату А3.
Oleksyn R. V. One-phase collector engine by power 200 Watt.
Calculations of one-phase series motor has been made in the term paper. The construction of the engine has been made in correspondence to state standarts of Ukraine.
Designed engine can be used in domestic industry and automation systems.
The explantory note has 25 pages 3 figures 2 tables bibliography – 3 items. The grafical part is made on 1 sheet of A1 and 4 sheets of A3 format.

OKD Metodychka2.doc

1. Теоретична частина
Однофазні колекторні двигуни (ОКД) – це двигуни які за конструкцією
схожі до двигуна постійного струму послідовного збудження але працюють від
мережі змінного струму. ОКД розвивають значні обертові моменти та мають
невеликі габарити і масу внаслідок високих швидкостей обертання які можуть
досягати кількох десятків тисяч обертів за хвилину. Магнітна система таких
двигунів шихтована тобто зібрана з листів електротехнічної сталі. На
явновиражених полюсах статора розташована обмотка збудження.
Для побутової техніки випускаються двигуни з швидкостями обертання від
00 до 30000 обхв що живляться від мереж з промисловими частотами 50 –
Гц і стандартною напругою 220 В.
Широке застосування ОКД отримали завдяки можливості отримання
найрізноманітніших швидкостей обертання які можна просто плавно та
економно змінювати в широкому діапазоні а також відносно високому
коефіцієнту віддачі значному пусковому моменту за невеликих пускових
струмів і відносно низькій вартості. Однак належить зауважити що їх
основний недолік – наявність щітково-колекторного вузла – істотно знижує
надійність роботи особливо в тяжких умовах експлуатації а тому обмежує
область застосування цих двигунів.
Проектування ОКД як зрештою будь-якої електричної машини передбачає
розрахунок і конструювання. З погляду математики розрахунок двигуна –
невизначена задача з багатьма розв’язками бо кількість невідомих що їх
необхідно знайти більша за кількість рівнянь які пов’язують їх. Тому під
час проектування як правило задаються низкою певних значень деяких
вихідних електромагнітних та конструкційних величин базуючись на досвіді
машин розрахованих раніше і в результаті отримують декілька варіантів
нового двигуна з яких вибирають оптимальний з погляду обраних критеріїв.
Проте результати розрахунків електричного двигуна доволі точно
узгоджуються з досвідом лише для машин середньої та великої потужностей.
Розходження між розрахунковими і дослідними даними викликані зазвичай
розбіжностями властивостей магнітних матеріалів неминучими похибками
технологічного процесу виготовлення тощо.
Для електричних машин малої потужності в межах від кількох ват до
декількох сотень ват розрахунок може виявитись набагато менш точним
внаслідок зростання впливу побічних явищ які не піддаються точному
розрахунку та більшому впливу похибок технологічного процесу виготовлення.
Розрахунок ОКД проводять методом послідовних наближень. Особливо
важливим є вибір основних розмірів та розмірів магнітного кола – його
виконують у відповідності з кривими та формулами здебільшого емпіричного
характеру отриманими внаслідок узагальнення геометрії наявних двигунів що
зводить до мінімуму кількість необхідних перерахунків і коректувань.
Попередньо вибрані величини уточнюються в процесі розрахунку. Якщо
отримані в результаті перерахунку значення певних величин виходять за
накладені обмеження необхідно перерахувати геометрію двигуна тобто почати
новий варіант розрахунку.
Далі наведено послідовність розрахунку ОКД. Розрахунок виконують з
використанням калькулятора чи персонального комп’ютера.
РОЗРАХУНОК ОДНОФАЗНОГО КОЛЕКТОРНОГО ДВИГУНА
Розрахунок однофазного колекторного двигуна складається з таких етапів:
Розрахунок основних розмірів.
Розрахунок обмоткових даних якоря.
Розрахунок провідників обмотки якоря зубців і пазів.
Розрахунок колектора і щіток.
Розрахунок величини повітряного проміжку розмірів полюса й осердя
Розрахунок магнітного кола та магніторушійної сили (МРС) реакції
Розрахунок обмотки збудження.
Розрахунок коефіцієнта потужності.
Розрахунок втрат потужності та коефіцієнта віддачі двигуна.
Розрахунок робочих характеристик.
Тепловий розрахунок.
Підставою для розрахунку ОКД є завдання на проектування яке містить
Номінальна потужність [pic] двигуна Вт.
Номінальна напруга [pic] живлення двигуна В.
Номінальна частота [pic] напруги живлення Гц.
Номінальна швидкість [pic] обертання двигуна обхв.
Режим роботи (тривалий короткочасний тощо).
Виконання двигуна (закрите захищене).
1. Розрахунок основних розмірів
Основними розмірами ОКД називають діаметр [pic] розточки якоря та його
розрахункову довжину [pic]. Ці розміри визначають усі інші розміри машини і
від них залежать її габарити маса та інші техніко-економічні показники.
Основні розміри в першу чергу залежать від електромагнітної потужності
[pic] двигуна яку можна визначити лише після повного електромагнітного
розрахунку двигуна а на даному етапі її визначають наближено за формулою
– для двигунів які працюють у тривалому режимі
– для двигунів які працюють в короткочасному або повторно-короткочасному
де ( – попереднє значення коефіцієнта віддачі двигуна яке вибирають з
Коефіцієнт віддачі (%) ОКД
[pic] Тривалий режим Короткочасний та
повторно-короткочасний режими
Для розрахунку основних розмірів використовують формулу Арнольда
де А – лінійне навантаження якоря Ам;
[pic] – коефіцієнт полюсного перекриття.
Значення лінійного навантаження та магнітної індукції вибирають з
Лінійне навантаження та магнітна індукція у повітряному проміжку ОКД
[pic] Лінійне навантаження А Ам Магнітна індукція [pic] Тл
Тривалий режимКороткочасний таТривалий режимКороткочасний та
повторно-коротко повторно-коротко
часний режими часний режими
Якщо обчислити [pic] за формулою (1) чи (2) задати значення А [pic] і
[pic] то формула (3) міститиме дві невідомі – [pic] та [pic]. Тому для
обчислення основних розмірів задаються відношенням [pic] розрахункової
довжини [pic] якоря до його діаметра [pic] і підставивши цей вираз до (3)
отримують формулу для обчислення діаметра якоря
В ОКД довжину [pic] осердя якоря приймають рівною його розрахунковій
довжині [pic] і обчислюють за формулою
Розрахунок основних розмірів виконують у такій послідовності:
Обчислюють електромагнітну потужність [pic] двигуна за формулою (1) чи
(2) вибравши при цьому значення ( з табл. 1.
Обчислюють діаметр якоря за формулою (4) задавшись при цьому
значеннями А та [pic] (з табл. 2) [pic] та (.
Обчислене значення [pic] заокруглюють до найближчого числа з
нормалізованого ряду ( табл. 1Д).
2. Розрахунок обмоткових даних якоря
Основним завданням розрахунку обмоткових даних якоря є визначення
кількості [pic] провідників обмотки якоря кількості Z зубців якоря
кількості [pic] витків у секції кількості [pic] провідників обмотки якоря
у пазу а також вибір типу обмотки та обчислення її кроків.
Кількість провідників обмотки якоря визначають або з формули для
обчислення ЕРС [pic] обмотки якоря або з формули для обчислення лінійного
Лінійне навантаження якоря – це повний струм якоря який припадає на
одиницю довжини обводу якоря тобто
де [pic] – струм якоря А
а – кількість пар паралельних гілок обмотки якоря;
ЕРС в обмотці якоря обчислюють за формулою
де р – кількість пар полюсів;
[pic] – амплітуда магнітного потоку в повітряному проміжку Вб.
Попереднє значення струму [pic] якоря у номінальному режимі обчислюють
де [pic] – попереднє значення коефіцієнта потужності у номінальному режимі.
Коефіцієнт потужності вибирають з таблиці 3 задавшись значенням
коефіцієнта k трансформації який при 2р = 2 становить k = 01 ( 025 а
при 2р= 4 – k = 005 ( 01 а також обчисливши відношення [pic] де [pic]
– частота перемагнічування якоря.
ОКД потужністю [pic] Вт виконують двополюсними (р = 1) а ОКД [pic] Вт
– часто чотириполюсними (р = 2).
Коефіцієнт [pic] потужності ОКД
5 ( 048 ( 062 ( 075 ( 083 ( 088 ( – –
Магнітний потік в повітряному проміжку обчислюють за формулою
– полюсна поділка м.
ЕРС в обмотці якоря попередньо обчислюють за формулою
Порівнюючи зазначені два способи визначення [pic] зауважимо що
перевагу слід віддати обчисленню за формулою (9) оскільки ЕРС [pic] – це
фізична величина а А – розрахункова.
Кількість пазів обчислюють за формулою
і округлюють до цілого непарного числа. Непарна кількість пазів якоря
забезпечує зменшення пульсацій поля під полюсами які викликають появу
змінної ЕРС що погіршує комутацію машини.
Кількість колекторних пластин обчислюють за формулою
де [pic] або [pic] – кількість секцій в пазу.
Кількість колекторних пластин ОКД з метою обмеження величини
трансформаторної ЕРС [pic] В повинна бути більшою від [pic] яку обчислюють
Кількість витків у секції обмотки якоря
Обчислене значення [pic] слід заокруглити до найближчого цілого числа і
перерахувати кількість провідників обмотки якоря
Кількість провідників обмотки у пазу
В ОКД потужністю до 200 Вт як правило використовують просту петльову
обмотку а в більш потужних двигунах – просту хвильову. У таблиці 4
наведено фрагменти обмоток та формули для обчислення кроків зазначених
Більш детально ознайомитись з типами застосовуваних у таких машинах
обмоток їх перевагами та недоліками можна в [2].
Типи використовуваних в ОКД обмоток
Тип Фрагмент обмотки та формули для обчислення кроків
обмотки і кількості пар паралельних гілок
петльова Перший частковий крок [pic].
Другий частковий крок [pic].
Результівний крок та крок по колектору [pic].
Кількість пар паралельних гілок [pic].
хвильова Перший частковий крок [pic].
Розрахунок обмоткових даних якоря виконують у такій послідовності:
Обчислюють попереднє значення струму [pic] якоря за формулою (10).
Обчислюють значення полюсної поділки ( за формулою (12).
Обчислюють магнітний потік [pic] в повітряному проміжку за формулою
Обчислюють значення ЕРС [pic] обмотки якоря за формулою (13).
Обчислюють кількість [pic] провідників обмотки якоря за формулою (9).
Обчислюють кількість пазів якоря за формулою (14).
Обчислюють кількість колекторних пластин за формулою (15). При цьому K
повинно бути більшим від [pic] яке обчислюють за формулою (16).
Обчислюють кількість [pic] витків секції обмотки якоря за формулою
(17) та заокруглюють її до цілого числа.
Перераховують кількість [pic] провідників обмотки якоря за формулою
Обчислюють кількість [pic] провідників обмотки якоря у пазу.
Уточнюють лінійне навантаження якоря за формулою (6). Отримане
значення не повинно відрізнятися від попередньо заданого не більше ніж на
Якщо ж уточнене значення лінійного навантаження перевищує попереднє
значення більше ніж на 5 % то слід повернутися до етапу розрахунку
основних розмірів задати нове значення А і почати розрахунок спочатку.
3. Розрахунок провідників обмотки якоря зубців і пазів
Площу поперечного перерізу провідника обмотки якоря обчислюють за
де [pic] – густина струму в обмотці якоря яку вибирають за кривими рис. 1.
За обчисленим значенням [pic] вибирають провідник із стандартною площею
[pic] поперечного перерізу (табл. 2Д) для якого відомі діаметр [pic]
голого провідника та діаметр [pic] провідника з ізоляцією.
В ОКД використовують провідники марки ПЭТ ПЭТВ ПСД класу
нагрівостійкості B або F.
Після вибору [pic] слід уточнити значення густини струму в обмотці
В ОКД які використовуються в побутовій техніці найширше
використовують грушоподібні пази (рис. 2). Така форма паза забезпечує
рівномірну ширину зубця вздовж його висоти та зменшення магнітної напруги
Рис. 1. Густина струму в обмотці якоря та обмотці збудження ОКД:
– тривалий режим; 2 – короткочасний режим
Рис. 2. Форма і розміри грушоподібного паза
Ширину [pic] зубця розраховують з умови що індукція в зубці не повинна
перевищувати допустимого значення [pic] за формулою
[pic] – коефіцієнт заповнення осердя сталлю який залежить від товщини
сталі і типу ізоляційного покриття (табл. 5).
Коефіцієнт [pic] заповнення осердя сталлю
Товщина листів мм золяція листів
Оксидна плівка Лакове покриття
Допустима індукція в зубці становить:
[pic] Тл – для двигунів які працюють у короткочасному чи повторно-
короткочасному режимах.
З умови механічної міцності зубця його ширина повинна бути більшою від
Площу паза необхідну для вкладання [pic] провідників діаметром [pic]
визначають за формулою
де [pic] – коефіцієнт заповнення паза який дорівнює відношенню сумарної
площі поперечних перерізів провідників у пазу до площі паза і який
вибирають з таблиці 6.
Коефіцієнт [pic] залежно від діаметра [pic] ізольованого провідника
[pic] мм 01 ( 02 02 ( 05 05 ( 06 06 ( 18
[pic] 022 ( 033 033 ( 038 038 ( 043 043 ( 045
Розміри паза обчислюють за формулами
де [pic] мм – висота шліца.
Якщо у формулі (26) підкореневий вираз матиме від’ємне значення то це
означає що на якорі діаметром [pic] неможливо розмістити Z пазів з площею
паза [pic] забезпечивши при цьому ширину [pic] зубця. Тому необхідно або
зменшити площу [pic] паза зменшивши діаметр [pic] провідника за рахунок
збільшення густини струму в обмотці якоря або зменшити ширину [pic] зубця
за рахунок збільшення магнітної індукції в зубці.
Зауважимо що обидва шляхи можливі лише тоді коли [pic] чи [pic] не
перевищують верхню межу допустимих значень. У протилежному випадку слід
повернутися до етапу розрахунку основних розмірів машини і змінити значення
( А [pic] чи [pic] таким чином щоб отримати більший діаметр [pic] якоря.
Ширину шліца паза обчислюють за формулою
Слід зауважити що чим більшою є ширина шліца тим легше вкладати
провідники у паз і тим меншою є ймовірність пошкодження ізоляції
провідників. Однак зі збільшенням [pic] зростає магнітний опір повітряного
проміжку і збільшується МРС обмотки збудження маса міді обмотки та втрати
Після обчислення розмірів паза необхідно перевірити величину індукції
[pic] в ярмі якоря яка не повинна перевищувати допустимого значення [pic]
([pic] Тл – для машин які працюють у тривалому режимі [pic] Тл – для
машин які працюють у короткочасному режимі).
де висоту [pic] спинки якоря обчислюють за формулою
попередньо порахувавши діаметр вала
Середня довжина провідника обмотки якоря
Опір обмотки якоря при 75 [pic]
Розрахунок провідників обмотки якоря зубців і пазів виконують у такій
Обчислюють попереднє значення площі поперечного перерізу провідників
обмотки якоря за формулою (20) та вибирають провідник із стандартним
значенням [pic] [pic] та [pic] (табл. 2Д).
Обчислюють зубцеву поділку за формулою (23).
Обчислюють ширину зубця за формулою (22).
Обчислюють площу паза за формулою (24).
Обчислюють розміри паза за формулами (25) – (29).
Обчислюють діаметр вала за формулою (32).
Обчислюють висоту спинки якоря за формулою (31).
Обчислюють індукцію у спинці якоря за формулою (30).
Обчислюють середню довжину провідників обмотки якоря за формулою
Обчислюють опір обмотки якоря за формулою (34).
4. Розрахунок колектора і щіток
Метою даного етапу розрахунку є обчислення розмірів колектора та щіток
а також перевірка комутації тобто обчислення реактивної ЕРС у секції
обмотки якоря яка комутує та порівняння її з допустимою та ширини зони
Попереднє значення діаметра колектора
Значення [pic] слід заокруглити до найближчого числа з нормалізованого ряду
Товщина колекторної пластини
де [pic] – товщина міканітової ізоляції між колекторними пластинами. ї
приймають рівною [pic] мм.
Товщина тіла малого колектора (рис. 3)
Рис. 3. Колектор з втулкою з пластмаси
Колова швидкість колектора
В ОКД використовують в основному електрографітовані щітки ЭГ4 ЭГ8
Попереднє значення площі [pic] поперечного перерізу щітки
Попереднє значення ширини щітки
За обчисленим значенням [pic] слід прийняти стандартну ширину [pic]
Основні технічні характеристики роботи щіток
Назва Позначення Спад Густина Колова Тиск наКоефіцієнт (
групи марок напруги струму швидкість щітку тертя
марок [pic] на[pic] колектора кПа
ЕлектрогрЭГ4 20 12 40 15( 20 025
афітованіЭГ8 24 10 40 20(40 025
ЭГ14 25 11 40 20(40 025
Попереднє значення довжини щітки обчислюють за формулою
За обчисленим значенням [pic] слід прийняти стандартну довжину [pic]
Попереднє значення висоти щітки
За обчисленим значенням [pic] слід прийняти стандартну висоту [pic]
Після вибору розмірів щітки уточнюють густину струму під щітками
яка не повинна перевищувати допустимого [pic] значення для вибраної марки
Активна довжина колектора
Значення [pic] заокруглюють до найближчого числа з нормалізованого ряду.
Повна довжина колектора
Ширина зони комутації
Обчислене значення ширини зони комутації не повинно перевищувати
де [pic] – дійсна полюсна дуга.
Середнє значення реактивної ЕРС у секції обмотки якоря яка комутує
– лінійна швидкість якоря;
[pic] – питома магнітна провідність для потоків розсіяння секції обмотки
якоря яку обчислюють за формулою
Середнє значення ЕРС реакції якоря
де [pic] – середня довжина силової лінії поперечного поля якоря у
міжполюсному просторі машини.
Результівна ЕРС у секції якоря яка комутує
Трансформаторна ЕРС у секції обмотки якоря яка комутує
Якщо ЕРС [pic] перевищує допустиме значення то зменшити його можна за
рахунок зменшення А [pic] [pic] [pic].
Зменшувати лінійне навантаження недоцільно оскільки при цьому
збільшаться розміри машини.
Щоб зменшити кількість витків ([pic]) у секції збільшують кількість S
секцій обмотки якоря збільшуючи кількість [pic] секцій в пазу.
Зменшити [pic] можна за рахунок збільшення діаметра [pic] при цьому
збільшиться і лінійна швидкість [pic] якоря і здавалось би реактивна ЕРС
не зміниться. Але тут треба врахувати що за незмінних значень А і [pic]
довжина [pic] змінюється оберненопропорційно до [pic] ([pic]) а [pic]
тому добуток [pic] зменшиться ([pic]) внаслідок чого зменшиться і [pic].
Зменшити [pic] можна такими способами:
зменшити висоту й збільшити ширину пазів якоря внаслідок чого
зменшиться провідність пазового розсіяння;
встановити ширші щітки внаслідок чого збільшиться період
комутації зменшиться швидкість зміни струму в комутованих секціях
і не зважаючи на збільшення при цьому кількості секцій які
комутують одночасно реактивна ЕРС дещо зменшиться.
Розрахунок колектора щіток та перевірку комутації здійснюють
послідовно за формулами (35) – (54).
5. Розрахунок величини повітряного проміжку
розмірів полюса й осердя статора
Величину повітряного проміжку обчислюють за формулою
Обчислене значення ( заокруглюють до 005 мм при [pic] мм і до 01 мм
при більших його значеннях.
Висота осердя полюса
Площа поперечного перерізу осердя полюса
де [pic] – коефіцієнт магнітного розсіяння
[pic] – магнітна індукція в осерді полюса яку приймають [pic] Тл – для
тривалого режиму або [pic] Тл – для короткочасного режиму.
Ширина осердя полюса
Внутрішній діаметр полюсів
Площа поперечного перерізу ярма статора
де [pic] – магнітна індукція в ярмі статора яку приймають [pic] Тл – для
Довжина ярма статора
Розрахунок величини повітряного проміжку розмірів полюса й осердя статора
виконують послідовно за формулами (55) – (63).
6. Розрахунок магнітного кола та МРС реакції якоря
Метою розрахунку магнітного кола є визначення магнітних напруг ділянок
магнітного кола. За результатами розрахунку магнітного кола будують
магнітну [pic] та перехідну [pic] характеристики (тут [pic] – сумарна
магнітна напруга ділянок магнітного кола [pic] – магнітна напруга
перехідного шару тобто повітряного проміжку зубцевого шару та ярма
якоря) обчислюють значення поперечної складової МРС реакції якоря
поздовжньої складової МРС реакції якоря викликаної зсувом щіток з
нейтралі та комутаційну МРС реакції якоря.
Розрахунок магнітної та перехідної характеристик виконуватимемо на один
Перед розрахунком магнітного кола необхідно вибрати марку
електротехнічної сталі з якої буде виготовлено осердя ОКД (як правило це
сталь 2212 2213) та обчислити середні довжини силових магнітних ліній на
кожній з ділянок за такими формулами:
[pic] – середня довжина силової магнітної лінії у ярмі статора
де [pic] – зовнішній діаметр статора а також коефіцієнт [pic] Картера
який враховує збільшення довжини силової лінії у повітряному проміжку за
рахунок відгалуження потоку в паз
Розрахунок магнітних напруг на усіх ділянках магнітного кола виконують
для ряду значень ЕРС [pic] обмотки якоря і результати розрахунку заносять
За даними таблиці 8 будують магнітну [pic] характеристику (вона буде
необхідна для розрахунку робочих характеристик) та перехідну [pic]
За перехідною характеристикою визначають поперечну складову МРС реакції
Рис. 4. До визначення поперечної складової МРС реакції якоря
Алгоритм обчислення поперечної складової МРС реакції якоря:
Для [pic] проводять горизонтальну пряму до її перетину з кривою
Розрахунок магнітного кола двигуна
Розрахункова величина Розрахункова формула [pic] [pic] [pic] [pic]11[pic12[pic
Магнітний потік [pic]
у повітряному проміжку
Магнітна індукція [pic]
Магнітна напруга [pic]
Магнітна індукція у зубцях [pic]
Напруженість магнітного поля у [pic]
Магнітна напруга у зубцях [pic]
Магнітна індукція у полюсі [pic]
Магнітна напруга у полюсі [pic]
Магнітна індукція у ярмі якоря [pic]
Магнітна напруга у ярмі якоря [pic]
Магнітна напруга у ярмі статора [pic]
Сума магнітних напруг на усіх [pic]
ділянках магнітного кола
Сума магнітних напруг [pic]
перехідної характеристики у точці b.
З точки b опускають вертикальну пряму до її перетину з віссю абсцис у
Від відрізка ab вліво і вправо відкладають однакові відрізки довжиною
З кінців цих відрізків проводять вертикальні прямі до їх перетину з
кривою перехідної характеристики (точки с і d).
З точок с і d проводять горизонтальні прямі до їх перетину з віссю
ординат і визначають [pic] та [pic].
Обчислюють індукцію [pic] за формулою
перехідної характеристики у точці е.
Проводять з точки е вертикальну лінію ef. Відстань між прямими ef та
ab дорівнює поперечній складовій [pic] МРС реакції якоря.
Поздовжня складова МРС реакції якоря викликана зсувом щіток з
геометричної нейтралі на величину [pic] мм визначається за формулою
Для визначення поздовжньої комутаційної МРС реакції якоря слід
опір щіткового контакту
середню еквівалентну індуктивність секції якоря
Поздовжня комутаційна МРС обмотки якоря на пару полюсів у номінальному
режимі обчислюється за формулою
де [pic] [pic] – струм якоря та швидкість обертання якоря у відносних
Сумарна МРС обмотки збудження двигуна при навантаженні
7. Розрахунок обмотки збудження
Метою розрахунку даного етапу є обчислення кількості [pic] витків
обмотки збудження та розмірів її провідника.
Кількість витків обмотки збудження на один полюс (котушки збудження)
обчислюють за формулою
Попереднє значення площі поперечного перерізу провідника обмотки
збудження обчислюють за формулою
де [pic] – попереднє значення густини струму в обмотці збудження яке
вибирають за кривими рис. 1.
З таблиці 2Д вибирають стандартний провідник з площею поперечного
перерізу яка є найближчою до попередньо обчисленої діаметром без ізоляції
[pic] з ізоляцією – [pic].
Обчислюють остаточне значення густини струму в обмотці збудження за
Середня довжина витка обмотки збудження
[pic] – ширина котушки яку визначаємо з ескізу міжполюсного вікна.
Опір обмотки збудження при 75 (С
Розрахунок обмотки збудження виконують послідовно за формулами (73) –
8. Розрахунок коефіцієнта потужності
Напруга на активному опорі
ЕРС обмотки якоря яка наводиться потоками розсіяння якоря
ЕРС обмотки збудження яка наводиться потоками розсіяння полюса
де [pic] – коефіцієнт зчеплення поля розсіяння з обмоткою збудження.
ЕРС обмотки якоря зумовлена пульсацією поперечного поля якоря з
ЕРС обмотки збудження зумовлена пульсацією головного поля полюса з
Реактивна складова напруги живлення
Активна складова напруги живлення
Напруга на затискачах двигуна
Якщо обчислене значення напруги не дорівнює напрузі мережі то слід
змінити ЕРС [pic] і пропорційно до неї потік [pic] так щоб добитися
збіжності величини U з заданою напругою мережі.
Коефіцієнт потужності
Розрахунок коефіцієнта потужності виконують послідовно за формулами
8. Розрахунок втрат потужності та коефіцієнта віддачі двигуна
Втрати в обмотці якоря
Втрати в обмотці збудження
Втрати в щітковому контакті
Втрати в сталі ярма статора
( – показник степеня який залежить від марки електротехнічної сталі з
якої виготовлено магнітопровід;
[pic] – коефіцієнт який враховує збільшення втрат внаслідок
недосконалості технології виготовлення;
– маса сталі ярма статора;
[pic] – густина сталі.
Значення питомих втрат та коефіцієнта ( вибирають з таблиці 9.
Питомі втрати [pic] та показник степеня (
Марка сталі 2212 2213
Втрати в сталі полюсів
– маса сталі полюсів.
Втрати в сталі ярма якоря
Втрати в сталі зубців якоря
– маса зубців якоря.
Втрати від тертя щіток з колектором
[pic] – сумарна площа контакту всіх щіток з колектором.
Втрати від тертя у підшипниках
[pic] – коефіцієнт причому більші його значення приймають для машин
Втрати від тертя якоря з повітрям:
Сумарні втрати потужності
де [pic] – коефіцієнт що враховує додаткові втрати у машині.
Коефіцієнт віддачі двигуна
Розрахунок втрат потужності та коефіцієнта віддачі двигуна виконують
послідовно за формулами (87) – (103).
9. Розрахунок робочих характеристик
Завершальним етапом електромагнітного розрахунку ОКД є розрахунок його
робочих характеристик під якими розуміють залежність споживаної потужності
[pic] струму [pic] якоря момента [pic] на валі швидкості n обертання
якоря коефіцієнта ( віддачі коефіцієнта [pic] потужності від потужності
[pic] на валі двигуна при незмінних номінальній напрузі [pic] живлення
двигуна та її частоті [pic] тобто
[p [p [pic] при [pic] [pic].
Задавшись рядом значень струму [pic] якоря двигуна наприклад [pic]
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] розраховують для кожного
значення [pic] такі режимні величини:
Поздовжня складова комутаційної МРС реакції якоря на один полюс
Для МРС [pic] за магнітною характеристикою [pic] знаходять магнітний
потік [pic] (рис. 5 а) який був би у машині за відсутності поперечної
складової МРС реакції якоря.
Магнітна індукція [pic] яка відповідає потокові [pic]
За перехідною характеристикою [pic] знаходять магнітну напругу [pic]
перехідного шару яка відповідає індукції [pic] (рис. 5 б).
Лінійне навантаження
Знаходять потік [pic] із урахуванням розмагнічувальної дії
поперечної складової МРС реакції якоря за описаною в [2] методикою
де [pic] – магнітна індукція яка визначається за перехідною
характеристикою для МРС [p [pic] – магнітна індукція яка
визначається за перехідною характеристикою для МРС [pic].
Рис. 5. До визначення потоку із урахуванням розмагнічувальної дії
поперечної складової МРС реакції якоря
Сума напруг на активних опорах обмоток та на щітковому контакті
Швидкість обертання якоря
Споживана потужність
Втрати від тертя якоря з повітрям
Робочі характеристики ОКД мають вигляд показаний на рис. 6.
Для [pic] проводять вертикальну пряму і точки перетину цієї прямої з
кривими вхідної потужності [pic] струму [pic] якоря момента [pic] на
валі швидкості n обертання якоря коефіцієнта [pic] віддачі та коефіцієнта
[pic] потужності визначають значення зазначених величин у номінальному
Рис. 6. Робочі характеристики ОКД
11. Тепловий розрахунок
Метою теплового розрахунку ОКД є визначення усталених значень
перевищення температури елементів машини над температурою довкілля і
порівняння їх з допустимим. До таких елементів машини належать якір
колектор та обмотка збудження
11.1. Перевищення температури якоря
Площа поверхні охолодження активного шару якоря
Повні втрати в активному шарі якоря
Середнє перевищення температури якоря над температурою довкілля в
де [pic] – коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні якоря.
У машинах закритого виконання [pic] у машинах захищеного виконання з
11.2. Перевищення температури колектора
Площа поверхні охолодження колектора
Сумарні втрати на колекторі
Середнє перевищення температури колектора над температурою довкілля в
де [pic] – коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні колектора.
11.3. Перевищення температури обмотки збудження
Площа поверхні охолодження однієї котушки збудження
де [pic] – висота котушки.
Середнє перевищення температури обмотки збудження над температурою
довкілля в усталеному режимі
де [pic] – коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні котушки збудження.
Ермолин Н. П. Расчет коллекторных машин малой мощности. – Л.:
Энергия 1973. – 216 с.
Попічко В. В. Проектування електричних машин постійного струму:
Навч. посібник: – Львів.: Видавництво НУ “Львівська політехніка” 2004. –
Номінальні діаметри і довжини рядів
R 5a ( R 10a( R 20a( R 40a
Ряд R 5a Ряд R 10a Ряд R 20a Ряд R 40a
Продовження табл. 1Д
Діаметри і площі поперечного перерізу круглих мідних проводів
НоміналПлоща Діаметр (мм) НомінальПлоща Діаметр (мм)
ьний поперечізольованого ний поперечізольованого
діаметрного проводу марокдіаметр ного проводу марок
неізольпереріз неізольопереріз
проводунеізоль проводунеізоль
мм ованого мм ованого
ПЭТ-15ПСДК ПЭТ-155ПСДК
Номінальні розміри щіток мм
Ширина [pic] щітки Довжина [pic] щітки Висота [pic] щітки
Характеристика намагнічування сталей 2212 2213

Спецификация НЕСТОР.doc

ДУЛП 3921.00 .00 ПЗ Пояснювальна записка 1
ДУЛП 3921.00.00 СК Складальне креслення 1
ДУЛП 3921.10.00 СК Якір
ДУЛП 3921.20.00 СК Статор
ДУЛП 3921.30.00 СК Колектор
ДУЛП 3921.40.00 СК Підшипниковий щит задній 1
ДУЛП 3921.50.00 СК Підшипниковий щит передній 1
ДУЛП 3921.60.00 СК Траверса
ДУЛП 3921.00.06 Втулка ізоляційна
ДУЛП 3921.00.10 Щітка
ДУЛП 3921.00.11 Пружина
ДУЛП 3921.00.06 Дріт ПЕТВ
Однофазний колекторний двигун потужністю 110 Вт

Специф кац я 03.doc

Формат Зона Позиція Позначення Найменування Кіл-сть Приміт.
А3 ДП3961.03.00.СК Складальне креслення 1
ДП3961.04.00 Пакет якоря 1
ДП3961.05.00 Колектор 1
ДП3961.03.02 Обмоткотримач 1
ДП3961.03.03 Втулка ізоляційна 2
ДП3961.03.04 Пазовий клин 13
Розробив Олексин Якір Літ. Аркуш Аркуші

титулка.doc

МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАНИ
НАЦОНАЛЬНИЙ УНВЕРСИТЕТ ЛЬВВСЬКА ПОЛТЕХНКА”
ОДНОФАЗНИЙ КОЛЕКТОРНИЙ ДВИГУН
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ
студент групи ЕПТ-41
Нестор Т.Г. Керівник проекту: