Основные размеры электродвигателя

Введение

Проектирование электрической машины состоит из расчета и конструирования. Расчет машины в общем представляет собой математическую неопределенную задачу со многими решениями, так как число определяемых неизвестных больше числа уравнений, связывающих их. Вследствие этого в процессе расчета электрической машины приходится задаваться определенными значениями некоторых исходных электромагнитных и конструктивных величин, базируясь на опыте построенных машин, которые по ходу расчета проверяются и корректируются.

Результаты расчета электрической машины достаточно хорошо согласуются с опытом лишь при проектировании машин средней и большой мощности. В этом случае расчетные данные могут расходиться с соответствующими опытными значениями построенной машины в среднем на ±10 %. Расхождение между расчетными и опытными данными машины вызывается в основном непостоянством свойств применяемых в ней магнитных материалов и неизбежными погрешностями технологического процесса ее изготовления.

Еще менее точным оказывается расчет электрических машин малой мощности в диапазоне от долей ватта и до нескольких сотен ватт, так как в этих машинах относительно возрастают побочные явления (падения напряжения, отдельные потери и т.д.), не все поддающиеся точному расчету.

Электрические машины малой мощности применяются на практике преимущественно в качестве электродвигателей.

В настоящем учебном пособии дается систематизированный расчет асинхронных электродвигателей и электродвигателей постоянного тока последовательного и параллельного возбуждения в диапазоне мощностей от нескольких единиц до сотен ватт. Для облегчения расчета этих машин отдельные этапы расчета расположены в логической последовательности друг за другом с использованием основной системы единиц СИ.

Для расчета электрической машины малой мощности приводятся исходные данные в виде определенного задания на расчет.

Расчет машины заканчивается выполнением в масштабе поперечного сечения рассчитанного электродвигателя.


РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ

 

 

Основные размеры электродвигателя

Определение основных размеров – диаметра и длины пакета якоря – является одним из важнейших этапов расчета, так как правильно выбранные размеры якоря обеспечивают наиболее рациональное использование применяемых в машине материалов и более совершенную конструкцию ее в целом.

Якорь электродвигателя постоянного тока малой мощности представляет собой пакет, собранный из дисков, выштампованных из листовой электротехнической стали толщиной 0,5; 0,35 или 0,2 мм. Для определения основных размеров машины постоянного тока используется известная формула машинной постоянной.

Расчетная или внутренняя электромагнитная мощность Рa электродвигателей постоянного тока, равная произведению э.д.с. при нагрузке на ток якоря, может быть определена следующим образом [1]:

Вт, (1.1)

 

где - к.п.д. электродвигателя предварительно выбирается по кривым (рис. 1.1) в зависимости от полезной мощности P2.

Рис.1 Кривые к.п.д. электродвигателя постоянного тока в зависимости от полезной мощности на валу

 

при параллельном возбуждении

А, (1.2)

 


где – ток возбуждения.

 


Э.д.с. якоря электродвигателя. При нагрузке для продолжительного режима работы при параллельном возбуждении

(1.3)

В,


 

где .

Машинная постоянная определяет диаметр якоря машины и его расчетную длину в зависимости от расчетной мощности , частоты вращения , индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки якоря . Связь между этими величинами выражается следующим образом:

, (1.4)

 

 

где

 

-индукция в воздушном зазоре под полюсом при нагрузке, Тл,

-линейная нагрузка якоря, А/м,

-коэффициент полюсного перекрытия.

Индукция и линейная нагрузка выбираются в зависимости от отношений полезной мощности к частоте вращения (рис. 2)

В электродвигателях постоянного тока малой мощности отношение длины пакета якоря к его диаметру или диаметру расточки полюсов обычно находится в пределах:

(1.5)

 

 

Диаметр расточки полюсов и расчетная длина пакета якоря будут равны:

м, (1.6)

м, (1.7)

 


 

Окончательный диаметр якоря:

, (1.8)


 

где м

 

Рис.1.2 Кривые индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки якоря в зависимости от отношения полезной мощности к частоте вращения

 

Окружная скорость якоря

м/сек (1.9)

 

Полюсный шаг и расчетная полюсная дуга

м, (1.10)

 

м, (1.11)

 

 

где -число полюсов машины; в электродвигателях малой мощности обычно принимается:

-при мощностях до Вт;

-при мощностях свыше 200 Вт.

В электродвигателях постоянного тока малой мощности продолжительного режима работы длину воздушного зазора приближенно можно определить по формуле

м. (1.12)

 

 

это значение не должно отличиться от ранее выбранного более чем на 5 %

Следует отметить, что длина расчетной полюсной дуги маломощных машин, вследствие насыщения их тонких полюсных наконечников, обычно на меньше длины действительной полюсной дуги , поэтому

м, (1.13)

 

Частота перемагничивания якоря

Гц (1.14)


Обмотки якоря

 

 

В электродвигателях постоянного тока малой мощности при двухполюсном исполнении применяется простая петлевая обмотка, а при четырехполюсном - простая волновая обмотка якоря.

Вылет лобовой части обмотки по оси вала составляет

м (2.1)

 

Полезный поток полюса при нагрузке машины

Вб, (2.2)

 

 

Число проводников обмотки якоря

, (2.3)

 

где - число пар параллельных ветвей якорной обмотки.

При выборе числа пазов якоря в электродвигателях малой мощности необходимо учитывать следующие обстоятельства. Для ослабления явления «прилипания» якоря к полюсным наконечникам число пазов якоря у малых машин целесообразно выбирать нечетным.

Выбор числа пазов якоря, по опыту построенных электродвигателей малой мощности, можно производить по приближенному соотношению

(2.4)


с округлением до ближайшего целого нечетного числа.

В машинах малой мощности число коллекторных пластин

(2.5)

 

При этом обычно

при

или при

так как в последнем случае применяется простая волновая обмотка якоря, которая выполняется симметричной только при нечетном числе коллекторных пластин.

Число витков в секции обмотки якоря

(2.6)

 

Число проводников в пазу якоря

(2.7)

 

 

Для простой петлевой обмотки якоря первый, второй, результирующий частичные шаги по якорю в элементарных пазах, а также результирующий шаг по коллектору в коллекторных делениях соответственно равны

(2.8)

где - ноль или правильная дробь, делающая y1 целым числом.

 

 

После этого вычерчивается схема обмотки. Примеры выполненных схем обмоток показаны на рис. 2.1 и 2.2[2], где п.д. - пазовое деление, к.д. - коллекторное.

Рис. 2.1 Схема простой петлевой якорной обмотки

 

 

Линейная нагрузка якоря

А/м (2.11)

 

Полученная здесь величина не должна отличаться от ранее предварительно принятой более чем на ±5%.