Расчет электродвигателей малой мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский Государственный технический университет

Министерство образования и науки Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА

Курсовая работа

по дисциплине: Электрические машины

Расчет электродвигателей малой мощности

Казань 2009

Задание на курсовую работу

по дисциплине: Электрические машины

1. Тема курсовой работы

2. Технические условия и исходные данные к проекту

- мощность электродвигателя - Вт;

- напряжение - В;

- частота вращения - об/мин;

- режим работы -

3. Объём работы (перечень подлежащих разработке вопросов)

4. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

Работа должна содержать два листа А4

- развернутая схема обмотки статора АД.

- разрез двигателя в масштабе.

Пояснительную записку 15-20 листов.

5. Требования к оформлению текстовой и графической частей проекта

Графическая часть работы должна быть выполнена в соответствии с ЕСКД

Задание выдал: / Васильева Н.А./

Задание получил:

Варианты заданий к курсовой работе по "Электрическим машинам" для студентов группы 27371

Асинхронный микродвигатель трехфазный с короткозамкнутым ротором

№ вар.	Uл , В	f ,Гц	Р2 , Вт	n1 , об./мин.	Исполнение	Режим работы
1	220	50	5	1500	закрытое	длительный
2	380	50	10	3000	закрытое	длительный
3	220	50	20	1500	закрытое	длительный
4	380	50	40	3000	закрытое	длительный
5	220	50	80	1500	закрытое	длительный
6	380	50	160	3000	закрытое	длительный
7	220	50	320	1500	закрытое	длительный
8	380	50	500	3000	закрытое	длительный
9	220	50	500	1500	закрытое	длительный
10	220	50	650	3000	закрытое	длительный

Микродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

№ вар	U , В	Р , Вт	n1 , об./мин.	Исполнение	Режим работы
11	12	5	2000	закрытое	длительный
12	12	10	3000	закрытое	длительный
13	12	20	4000	закрытое	длительный
14	24	40	2000	закрытое	длительный
15	24	80	3000	закрытое	длительный
16	24	160	4000	закрытое	длительный
17	220	160	2000	закрытое	длительный
18	220	320	3000	закрытое	длительный
19	220	500	4000	закрытое	длительный
20	220	650	4000	закрытое	длительный

Микродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

№ вар	U , В	Р , Вт	n1 , об./мин.	Исполнение	Режим работы
21	12	5	4000	закрытое	длительный
22	12	10	5000	закрытое	длительный
23	12	20	6000	закрытое	длительный
24	24	40	4000	закрытое	длительный
25	24	80	5000	закрытое	длительный
26	24	160	6000	закрытое	длительный
27	220	160	4000	закрытое	длительный
28	220	320	5000	закрытое	длительный
29	220	500	6000	закрытое	длительный
30	220	650	4000	закрытое	длительный
31	110	500	5000	закрытое	длительный
32	110	650	6000	закрытое	длительный

Составил: /Васильева Н.А./

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.

1. Расчет трехфазных асинхронных электродвигателей малой мощности

обмотка статор якорь электродвигатель

1.1Задание на расчет

1) Исходные данные:

· Число фаз статора - m1;

· Мощность на валу - P2, Вт;

· Напряжение сети - U1, В;

· Частота сети - f1, Гц;

· Синхронная частота вращения - n1, об/мин;

· Режим работы двигателя - продолжительный;

· Исполнение двигателя - закрытое;

· Температура окружающего воздуха - ?0, ?С;

· Охлаждение - естественное;

· Исполнение ротора - короткозамкнутое.

2) Начертить схему статорной обмотки.

3) Рассчитать и построить механическую характеристику и используя ее, построить рабочую характеристику n2(P2) вблизи номинального режима.

4) Начертить, соблюдая масштаб, поперечное сечение рассчитанного асинхронного двигателя.

5) Заключение

1.2 Основные размеры асинхронного электродвигателя

Под основными размерами асинхронного двигателя понимаются диаметр расточки и длина пакета статора. Для определения этих размеров можно воспользоваться известной формулой машинной постоянной.

Число пар полюсов двигателя:

. (1.2.1)

Расчетная или внутренняя электромагнитная мощность асинхронного двигателя Pa представляет собой произведение числа фаз, тока и э.д.с. обмотки статора при нагрузке. Ее можно определить через потребляемую двигателем мощность из сети следующим образом [1]:

ВА, (1.2.2)

где P2 - мощность на валу двигателя, Вт;

?cos?1 - произведение к.п.д. и коэффициента мощности, выбираемое предварительно по кривым рис. 1.2.1 , 1.2.2, в зависимости от мощности P2 на валу и частоты сети f1;

0,800,94 - для асинхронных электродвигателей мощностью менее 600 Вт.



Рис. 1.2.1 Кривые к.п.д и произведение его на коэффициент мощности в зависимости от мощности на валу трехфазных асинхронных двигателей с беличьей клеткой при частоте сети 50 Гц

Рис. 1.2.2 Кривые к.п.д и произведение его на коэффициент мощности в зависимости от мощности на валу трехфазных асинхронных двигателей с беличьей клеткой при частоте сети 400 Гц

Машинная постоянная С определяет диаметр расточки статора Da и расчетную длину его пакета l0 в зависимости от расчетной мощности Pa, синхронной частоты вращения n1, амплитуды магнитной индукции в воздушном зазоре B? и линейной нагрузки статора AS. Связь между этими величинами выражается следующим образом:

, (1.2.3)

где B? = 0,25 ? 0,60 Тл и AS= (60?240)·102 А/м

= 0,64 - отношение средней индукции в воздушном зазоре к ее амплитуде;

kw = 0,86?0,96 - обмоточный коэффициент статорной обмотки.

Диаметр расточки Da и расчетная длина l0 пакета статора

м, (1.2.4)

м, (1.2.5)

где для двигателя общего применения.

Полюсной шаг

м. (1.2.6)

1.3 Статор, пазы, обмотка и её электрические параметры.

В асинхронных электродвигателях с неявнополюсным статором применяются как однослойные, так и двухслойные петлевые обмотки статора. Однако наибольшее применение в этих двигателях имеют двухслойные обмотки статора, так как они позволяют производить любое целесообразное сокращение шага катушек в целях ослабления влияния пространственных высших гармоник м.д.с. и уменьшения расхода меди за счет сокращения длины лобовых частей обмотки. В асинхронных двигателях общего применения число пазов, приходящихся на полюс и фазу, обычно делается целым. Потребляемый двигателем линейный ток из сети

А. (1.3.1)

Фазный ток определяется в зависимости от схемы соединения фазных обмоток статора:

- при схеме «треугольник»,

- при схеме «звезда».

Число пазов статора

z1 = 2pm1q1, (1.3.2)

q1= 1;2;3 - число пазов на полюс и фазу.

Окончательное число пазов статора устанавливается по допустимой из конструктивных соображений минимальной величине пазового деления статора

м. (1.3.3)

Полюсный шаг по пазам

. (1.3.4)

Шаг диаметральной обмотки по пазам

- целое число. (1.3.5)

Сокращенный шаг двухслойной обмотки по пазам

- целое число, (1.3.6)

где ? ? 0,8 ? 0,85 - при ослаблении 5-й и 7-й высших пространственных гармоник в кривой м.д.с. обмотки статора.

После этого составляется и вычерчивается схема обмотки статора. Примеры выполненных схем показаны на рис. 1.3.1, 1.3.2[2].

Рис 1.3.1 Схема трехфазной однослойной двухполюсной статорной обмотки, соединенной в звезду с



Рис 1.3.2 Схема фазы трехфазной двухслойной двухполюсной статорной обмотки с

Коэффициент распределения обмотки

, (1.3.7)

где пазовое деление статора в электрических градусах

. (1.3.8)

Коэффициент сокращения шага обмотки

ky= sin?90?. (1.3.9)

Тогда обмоточный коэффициент

kw = kpky. (1.3.10)

Амплитуда полезного потока в воздушном зазоре двигателя

Ф = ??l0B? Вб. (1.3.11)

Число витков одной фазы обмотки статора

, (1.3.12)

где э.д.с. фазы обмотки статора E1= ?U1 - при схеме «треугольник »;

- при схеме «звезда».

Число проводников в пазу статора

. (1.3.13)

Сечение провода

м2, (1.3.14)

где j1 = (3?5)·106 А/м2 - плотность тока в проводниках обмотки статора.

Сечение, диаметр и марка провода окончательно выбираются по приложению 1:

qa1 = …, d1/d1и= …, марка провода …;

d1, d1и - диаметры провода по меди и изолированного.

Площадь сечения паза статора

м2, (1.3.15)

qa1и = - сечение изолированного провода обмотки статора;

k1и = 0,32?0,44 - коэффициент заполнения паза статора изолированным проводом.

В асинхронных двигателях применяются полузакрытые пазы овальной или трапецеидальной формы с одинаковой шириной зубца по высоте (рис. 1.3.3 и 1.3.4).

Рис. 1.3.3 Овальный паз статора

Рис. 1.3.4 Трапецеидальный паз статора

В целях ограничения намагничивающего тока двигателя, открытие или прорезь паза статора следует выбирать возможно меньше. Это определяется возможностью укладки в паз проводников обмотки статора через прорезь. Обычно принимается

ап1 ? (2?6)d1и м. (1.3.16)

При расчёте ротора с беличьей клеткой асинхронных двигателей большое значение имеет правильный выбор соотношения между числами пазов статора z1 и ротора z2 в целях уменьшения влияния на пусковые и рабочие свойства этих двигателей различных дополнительных моментов от высших гармоник магнитного поля в воздушном зазоре.

Во избежание заметного проявления вредных синхронных и асинхронных моментов от указанных высших гармоник и вибрационных сил одностороннего магнитного притяжения ротора к расточке статора при выборе числа пазов ротора необходимо руководствоваться следующим:

а) для уменьшения влияния тормозящих асинхронных моментов от зубцовых гармоник при вращении ротора следует выполнить условие

б) для снижения влияния синхронных моментов от высших гармоник при пуске двигателя требуется выполнить неравенства

в) во избежание тормозящих синхронных моментов от высших гармоник при вращении ротора необходимо выполнить неравенства

г) для уменьшения одностороннего притяжения ротора к расточке статора и радиальных вибрационных сил необходимо удовлетворить неравенствам

В целях уменьшения магнитного шума в малых асинхронных двигателях число пазов ротора z2 выбирают четными. Для большего же уменьшения влияния вредных асинхронных и синхронных моментов на свойства этих двигателей целесообразно применять в них скос пазов ротора на одно пазовое деление или более.

Минимальная допустимая толщина зубца статора

м, (1.3.17)

где ,м - зубцовый шаг.

Максимальная индукция Bз.с.m в зубцах статора трёхфазных асинхронных двигателей общего применения и продолжительного режима работы при промышленной частоте питающей сети может допускаться до 1,2?1,4 Тл. В отдельных случаях, возможно некоторое превышение этих значений. Укладка в паз пазовой изоляции, изолированных проводов и клина показана на рис. 1.3.5.



Рис.1.3.5. Укладка проводов обмотки, пазовой изоляции и клина в паз: 1 - пазовая изоляция; 2 - клин; 3 - провод.

м.

Для овального паза статора приближенно можно считать, что

, (1.3.18)

, (1.3.19)

, (1.3.20)

, (1.3.21)

, (1.3.22)

, (1.3.23)

Периметр паза

, (1.3.24)

Для трапецеидального паза статора приближенно можно считать, что

, (1.3.25)

, (1.3.26)

, (1.3.27)

, (1.3.28)

, (1.3.29)

, (1.3.30)

Периметр паза

, (1.3.31)

Площадь, занимаемая пазовой изоляцией

Sп.и ? ?иП м2, (1.3.32)

где ?и = м - толщина пазовой изоляции из лакированной ткани и электрокартона при напряжениях 127?380 В [Приложения 2,3];

П, м - периметр.

Площадь, занимаемая клином

Sп.к ? м2, (1.3.33)

Ширина клина

м, (1.3.34)

Высота клина

м. (1.3.35)

Площадь паза без пазовой изоляции и клина

(1.3.36)

После этого проверяется технологический коэффициент заполнения части паза статора, занимаемой изолированным проводом,

f0== 0,6?0,7. (1.3.37)

Высота сердечника статора (рис. 1.3.3 и 1.3.4)

hс = м, (1.3.38)

где Вс1,0?1,2Тл - индукция в сердечнике статора.

Наружный диаметр пакета статора

Dн = Dа+2(hп1 + hс) м. (1.3.39)

Средняя длина проводника обмотки статора

м, (1.3.40)

где при p = 1, 2, 3 и нормальном шаге обмотки уп = ?п

= 1,7?1,9; в среднем = 1,8;

при p = 1, 2 и 3 и сокращенном шаге уп0,85 ?п

= 1,4?1,6; в среднем = 1,5;

Активное сопротивление одной фазы обмотки статора при 200С

. (1.3.41)

Активное сопротивление указанной обмотки в нагретом состоянии при 0С

(1.3.42)

, (1.3.43)

где 750С - расчетная температура нагрева обмотки статора, 0С,-температурный коэффициент сопротивления.

Удельная магнитная проводимость для пазового потока рассеяния:

в случае овального паза (рис. 1.3.3)

, (1.3.44)

где - коэффициент, учитывающий сокращение шага обмотки

м, (1.3.45)

м, (1.3.46)

в случае трапецеидального паза (рис.1.3.4),

, (1.3.47)

где

м, (1.3.48)

м, (1.3.49)

м. (1.3.50)

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния между вершинами зубцов статора

, (1.3.51)

, (1.3.52)

где и - прорези пазов ротора и статора, м;

? = (0,1?0,3)10-3м - длина одностороннего воздушного зазора между расточкой статора и ротором,

м - зубцовый шаг ротора. (1.3.53)

Диаметр ротора

м. (1.3.54)

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния вокруг лобовых частей обмотки статора

, (1.3.55)

где , м- длина лобовой части обмотки

Тогда полная удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния обмотки статора

. (1.3.56)

Индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы обмотки статора

(1.3.57)

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания , приведенное к числу витков обмотки статора

(1.3.58)

- коэффициент воздушного зазора, в предварительных расчетах этот коэффициент может быть принят порядка 1,16?1,22;

- коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя ; в предварительных расчетах его можно принять 1,06?1,12.

1.4 Ротор с беличьей клеткой и её электрические параметры.

Токи стержня Iст и короткозамыкающих колец Iк ротора с беличьей клеткой определяются по формулам:

А, (1.4.1)

А, (1.4.2)

где коэффициент для трехфазных асинхронных двигателей.

Величина необходимого активного сопротивления беличьей клетки ротора в основном определяется назначением асинхронного двигателя.

Активное сопротивление беличьей клетки ротора, приведенное к обмотке статора, определяется по следуюшему уравнению:

. (1.4.3)

Активные сопротивления стержня и сегмента короткозамыкающего кольца в нагретом состоянии при температуре 0С соответственно будут

(1.4.4)

(1.4.5)

- удельная электрическая проводимость материала стержня и колец, имеющая следующие значения при 200С: для красной меди = 57, для алюминия

= 32;

qст - поперечное сечение стержня ротора, м2;

qк - поперечное сечение короткозамыкающего кольца, м2;

Dк - средний диаметр короткозамыкающего кольца, м (рис.1.4.1).

м, (1.4.6)

Рис. 1.4.1 Паз ротора с беличьей клеткой

м, (1.4.7)

м, (1.4.8)

, (1.4.9)

м, (1.4.10)

м. (1.4.11)

Диаметр стержня ротора

м. (1.4.12)

Плотности тока в стержне и кольце ротора:

, (1.4.13)

. (1.4.14)

Если активное сопротивление ротора двигателя r'2 определяется по условиям допустимой плотности тока в стержнях jст и кольцах jк, то в этом случае выбирают соответствующие значения этих величин и определяют по ним поперечные сечения qст и qк, сопротивления rст и rк, а затем вычисляют по приведенной выше формуле активное сопротивление ротора r'2.

Удельная магнитная проводимость для пазового потока рассеяния круглого паза:

Гн/м. (1.4.15)

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния между вершинами зубцов ротора:

Гн/м. (1.4.16)

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния вокруг короткозамыкающих колец, прилегающих к пакету ротора:

Гн/м. (1.4.17)

Полная удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния беличьей клетки ротора:

Гн/м. (1.4.18)

Индуктивное сопротивление беличьей клетки ротора, приведённое к числу витков главной обмотки статора:

Ом. (1.4.19)

1.5 Магнитная система электродвигателя

Коэффициент увеличения воздушного зазора за счет зубчатости статора и ротора

. (1.5.1)

Тогда м.д.с. для воздушного зазора

(1.5.2)

Индукция в зубце в случае овального и трапецеидального пазов статора:

Тл. (1.5.3)

Тогда м.д.с. для зубцов статора

А, (1.5.4)

где , А/м - напряженность магнитного поля в зубце статора из кривой намагничивания для данной марки стали и (приложение 4).

Средняя длина пути магнитного потока в сердечнике статора:

м, (1.5.5)

тогда м.д.с. для сердечника статора:

А, (1.5.6)

где - напряженность магнитного поля в сердечнике статора из кривой намагничивания для найденного значения .

Индукция по трем сечениям зубца ротора при круглом пазе рассчитываются по формулам:

Тл, (1.5.7)

Тл, (1.5.8)

Тл, (1.5.9)

при этом

м, (1.5.10)

тогда м.д.с. для зубцов ротора с учетом соответствующих напряженностей магнитного поля

А. (1.5.11)

Так как индукция в сердечнике ротора асинхронных двигателей обычно меньше 1,0 Тл, то удельную м.д.с. для этого участка практически можно определить по наибольшей индукции в нем:

Тл, (1.5.12)

при этом высота сердечника ротора

м, (1.5.13)

а диаметр вала двигателей с беличьей клеткой можно принять:

м. (1.5.14)

Средняя длина пути магнитного потока в роторе

м. (1.5.15)

М.д.с. для сердечника ротора:

А, (1.5.16)

где - напряженность магнитного поля в сердечнике ротора из кривой намагничивания для найденного значения .

Общая м.д.с. холостого хода обмотки статора, приходящаяся на пару полюсов:

А. (1.5.17)

Коэффициент насыщения магнитной системы двигателя:

. (1.5.18)

1.6 Ток холостого хода электродвигателя

Реактивная составляющая тока холостого хода асинхронного двигателя:

А. (1.6.1)

Для определения активной составляющей тока холостого тока асинхронного двигателя необходимо предварительно вычислить массу стали статора и потери в них.

Масса стали пакета статора включает в себя:

массу зубцов статора

кг, (1.6.2)

массу сердечника статора

кг, (1.6.3)

где ,м - диаметр окружности основания пазов статора.

Магнитные потери в стали статора трехфазного асинхронного двигателя состоят из:

потерь в зубцах статора

Вт (1.6.4)

и потерь в сердечнике статора

Вт, (1.6.5)

где - удельные потери в стали статора (Вт/кг) при Тл и 50Гц или 400Гц (приложение 5).

Тогда общие магнитные потери в стали статора:

 Вт. (1.6.6)

Потери в меди обмотки статора при холостом ходе

Вт. (1.6.7)

Потери на трение в шарикоподшипниках можно приближенно определить по формуле

Вт, (1.6.8)

где - коэффициент берётся по опытным данным; большее его значение относится к меньшим мощностям;

масса ротора с беличьей клеткой

кг, (1.6.9)

при этом - средняя объёмная масса ротора.

Потери на трение ротора о воздух не поддаются точному учёту; для электродвигателей при скоростях вращения ротора примерно до 12000 об/мин их можно приближенно определить по следующей формуле:

Вт. (1.6.10)

Полные механические потери в двигателе

Вт. (1.6.11)

Электрические, магнитные и механические потери холостого хода двигателя

Вт. (1.6.12)

Активная составляющая тока холостого хода двигателя

А, (1.6.13)

где - напряжение фазы при соединении обмоток статора по схеме «звезда»;

- при схеме «треугольник».

Ток холостого хода двигателя

А. (1.6.14)

Активное сопротивление намагничивающего контура, эквивалентное магнитным потерям в стали статора

Ом. (1.6.15)

1.7 Ток короткого замыкания и пусковой момент электродвигателя

Эквивалентные активное и индуктивное сопротивления намагничивающего контура и короткозамкнутой обмотки ротора при неподвижном состоянии последнего имеют вид:

Ом, (1.7.1)

Ом. (1.7.2)

Активное, индуктивное и полное сопротивления короткого замыкания одной фазы двигателя:

Ом, (1.7.3)

Ом, (1.7.4)

Ом. (1.7.5)

Пусковой фазный ток и коэффициент мощности трехфазного двигателя:

А, (1.7.6)

, (1.7.7)

где - при схеме «треугольник»;

- при схеме «звезда».

Пусковой момент трёхфазного двигателя:

Нм, (1.7.8)

где угловая синхронная частота вращения

, (1.7.9)

. (1.7.10)

1.8 Мощности потерь и коэффициент полезного действия электродвигателя

Мощности потерь в трёхфазных асинхронных электродвигателях малой мощности слагаются из следующих видов:

1) потерь в меди обмоток статора и ротора двигателя;

2) магнитных потерь на гистерезис и вихревые токи в стали статора;

3) механических потерь (трение в подшипниках, ротора о воздух);

4) добавочных потерь.

Потери в меди обмотки статора двигателя:

Вт. (1.8.1)

Потери в обмотке ротора двигателя:

Вт. (1.8.2)

Общие потери в двигателе при нагрузке:

Вт, (1.8.3)

коэффициент учитывает добавочные потери в двигателе.

Потребляемая асинхронным двигателем из сети активная мощность:

 Вт, (1.8.4)

К.п.д. и коэффициент мощности трехфазного двигателя

, (1.8.5)

, (1.8.6)

. (1.8.7)

1.9 Механическая и рабочая характеристики электродвигателя

Механическая характеристика - зависимость электромагнитного момента от скольжения рассчитывается по формуле:

Нм, (1.9.1)

изменяя от 0 до 1,0 через 0,1 и строится

Дополнительно рассчитывается часть рабочего участка механической характеристики, изменяя от 0 до 0,08 через 0,02. Для этих скольжений рассчитывается частота вращения ротора:

об/мин, (1.9.2)

угловая частота вращения ротора:

 . (1.9.3)

Момент трения подшипников

Нм. (1.9.4)

Момент трения ротора о воздух

Нм. (1.9.5)

Момент на валу

Нм. (1.9.6)

Мощность на валу

Вт. (1.9.7)

С учётом вычисленных значений строится рабочая характеристика . По ней для заданного определяется и рассчитывается скольжение:

, (1.9.8)

которое обычно находится в пределах .

1.10. Температура нагрева обмотки статора

Наружный диаметр корпуса двигателя:

м, (1.10.1)

где толщина корпуса двигателя м.

Длина корпуса двигателя:

м. (1.10.2)

Наружная поверхность корпуса двигателя, включая и два подшипниковых щита:

. (1.10.3)

Средняя температура перегрева обмотки статора:

, (1.10.4)

где - коэффициент теплоотдачи с поверхности корпуса.

Средняя температура нагрева обмотки статора:

. (1.10.5)

Максимальная температура нагрева:

, (1.10.6)

которая не должна превышать допустимую температура нагрева изоляции выбранного провода [3].

2. Расчет электродвигателей постоянного тока малой мощности

2.1 Задание на расчет

1) Исходные данные :

· мощность на валу - P2 , Bт;

· напряжение сети - U, B;

· частота вращения - n, об / мин;

· возбуждение - последовательное, параллельное;

· режим работы - продолжительный;

· исполнение - закрытое;

· температура окружающего воздуха - ?0, ?С.

2) Начертить схему якорной обмотки.

3) Рассчитать и построить рабочие характеристики.

4) В масштабе начертить поперечное сечение рассчитанного двигателя.

5) Заключение.

2.2 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, (2.2.1)

где - к.п.д. электродвигателя предварительно выбирается по кривым (рис. 2.2.1.) в зависимости от полезной мощности P2.

Рис.2.2.1 Кривые к.п.д. электродвигателя постоянного тока в зависимости от полезной мощности на валу

При последовательном возбуждении ток якоря электродвигателя

А, (2.2.2)

при параллельном возбуждении

А, (2.2.3)

где - ток возбуждения.

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

В, (2.2.4)

при параллельном возбуждении

В, (2.2.5)

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:

, (2.2.6)

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. 2.2.2)

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

(2.2.7)

Диаметр расточки полюсов и расчетная длина пакета якоря будут равны:

м, (2.2.8)

м, (2.2.9)

Окончательный диаметр якоря:

, (2.2.10)

где м



Рис. 2.2.2 Кривые индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки якоря в зависимости от отношения полезной мощности к частоте вращения

Окружная скорость якоря

м/сек (2.2.11)

Полюсный шаг и расчетная полюсная дуга

м, (2.2.12)

м, (2.2.13)

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. (2.2.14)

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, (2.2.15)

Частота перемагничивания якоря

Гц (2.2.16)

2.3 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 (2.3.1)

Полезный поток полюса при нагрузке машины

Вб, (2.3.2)

Число проводников обмотки якоря

, (2.3.3)

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

(2.3.4)

с округлением до ближайшего целого нечетного числа.

В машинах малой мощности число коллекторных пластин

(2.3.5)

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.

 (2.3.6)

где принимается окончательное значение , определяющее целое WC.

Число проводников в пазу якоря

(2.3.7)

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

(2.3.8)

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

Для простой волновой обмотки

(2.3.9)

если - четное число

, если - нечетное число (2.3.10)

После этого вычерчивается схема обмотки. Примеры выполненных схем обмоток показаны на рис. 2.3.1 и 2.3.2[2], где п.д. - пазовое деление, к.д. коллекторное.



Рис. 2.3.1 Схема простой петлевой якорной обмотки

Рис. 2.3.2 Схема простой волновой якорной обмотки

Линейная нагрузка якоря

А/м (2.3.11)

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

2.4 Размеры зубцов, пазов, проводов и электрические параметры якоря

В машинах постоянного тока малой мощности применяются почти исключительно полузакрытые пазы якоря круглой, овальной, трапецеидальной и прямоугольной формы.

На рис. 2.4.1 представлены наиболее часто встречающиеся формы пазов якоря этих машин. Круглая форма пазов упрощает и удешевляет изготовление штампа для якоря, что снижает стоимость изготовления машины.

Обмотки якорей электродвигателей постоянного тока малой мощности выполняются преимущественно из круглого медного обмоточного провода с изоляцией марок ПЭЛ, ПЭТ, ПЭВ-2, ПЭТВ, ПЭФ-2, ПЭЛШО и ПЭЛШКО.

Рис.2.4.1 Формы пазов якоря: а) круглый; б) трапецеидальный

Перечисленные марки проводов расшифровываются следующим образом:

ПЭЛ - провод эмалированный лакостойкий;

ПЭТ - провод эмалированный лакостойкий с повышенной теплостойкостью;

ПЭВ-2 - провод, изолированный высокопрочной эмалью в два слоя;

ПЭЛШО - провод, изолированный лакостойкой эмалью и одним слоем обмотки из натурального шелка;

ПЭЛШКО - провод, изолированный лакостойкой эмалью и одним слоем из шелка капрон;

ПБД - провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжки

ПЭТВ - провод эмалированный лакостойкий с высокой теплостойкостью;

ПЭФ-2 - провод, изолированный фторопластовой эмалью в два слоя;

ПЭТКСОТ - провод эмалированный теплостойкий со стекловолокном в один слой.

Провода марок ПЭТВ, ПЭФ-2 и ПЭТКСОТ принадлежат к категории теплостойких обмоточных проводов, допускающих длительно температуру нагрева до 180?200? С. Эти провода применяются в теплостойких малогабаритных электрических машинах специального назначения.

Провода марок ПЭЛ, ПЭТ, ПЭВ-2 обеспечивают высокий коэффициент заполнения паза, но не всегда достаточно надежны в отношениях изоляции, в особенности при относительно высоких напряжениях машины. Провода марок ПЭЛШО и ПЭЛШКО дают достаточно высокий коэффициент заполнения паза и надежны в отношении изоляции. При напряжениях машины 6-12 В можно ограничиться проводами марок ПЭЛ и ПЭТ, при напряжениях 12-30 В--проводами марок ПЭЛ, ПЭТ и ПЭВ-2 и при напряжениях 110 В и выше--проводами марок ПЭЛШО, ПЭЛШКО или ПБД.

В электродвигателях постоянного тока малой мощности допустимая плотность тока в обмотке якоря выбирается в зависимости от режима работы, типа исполнения и условий охлаждения и применения машины.

Как известно, тепловой режим машины постоянного тока в основном определяется величиной произведения линейной нагрузки якоря на плотность тока в его обмотке AS·ja и условиями теплоотдачи.

При допустимой плотности тока ja в обмотке якоря для данного режима работы и условий применения машины наибольшее превышение температуры якоря над температурой окружающей среды в этом случае не будет превосходить допустимого значения.

Для установления условий выбора этой плотности тока при различных режимах работы можно воспользоваться известными из теории кривыми нагревания во времени якоря машины.

Если воспользоваться известными уравнениями теории нагревания и охлаждения электрических машин, то для удельной тепловой загрузки наружной цилиндрической поверхности пакета якоря можно получить следующие соотношения:

при продолжительном режиме работы машины

Вт/м2, (2.4.1)

где - предельно допустимое превышение температуры якоря над температурой окружающей среды;

-окружная скорость якоря м/сек;

в случае закрытого исполнения машины без вентилятора:

Вт/м? при . (2.4.2)

Если учесть предельные превышения температуры якоря, то для определения средней допустимой плотности тока в обмотке якоря обычных малых машин получаются следующие соотношения:

при

до 5000 об/мин А/м2

от 5000 до 10 000 об/мин А/м2 (2.4.3)

при

до 5000 об/мин А/м2

от 5000 до 10 000 об/мин А/м2 (2.4.4)

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря двухполюсных электродвигателей малой мощности можно выбирать также по кривым (рис. 2.4.2) в зависимости от полезного вращающего момента [1].

Момент на валу электродвигателя определяется по уравнению

Н•м. (2.4.5)

Предварительно сечение провода обмотки якоря

м?. (2.4.6)

Сечение и диаметр провода окончательно выбираются по ближайшим большим данным из приложения 1

где -диаметры проводов без изоляции и с изоляцией.

Окончательная плотность тока в проводнике обмотки якоря

А/м2. (2.4.7)

Рис.2.4.2 Кривые допустимых плотностей тока в обмотке якоря двухполюсных машин постоянного тока малой мощности в зависимости от вращающего момента при продолжительном режиме работы и закрытом исполнении.

Площадь паза, занимаемая изолированными проводниками,

м2, (2.4.8)

где f0 =0,70 ? 0,74 -- технологический коэффициент, учитывающий неплотности укладки проводников в пазы.

Площадь паза, занимаемая пазовой изоляцией

м2 (2.4.9)

где м -- толщина пазовой изоляции из кабельной бумаги, лакированной ткани или электрокартона, выбираемая в зависимости от напряжения машины:

м при напряжении 6 -- 12 В;

м при напряжении 12 -- 30 В;

м при напряжении 110 -- 220 В.

,м -- периметр паза.

Площадь паза, занимаемая клином,

м2, (2.4.10)

где можно принять ширину клина

м (2.4.11)

и его высоту

м (2.4.12)

Общая требуемая площадь паза

м2, (2.4.13)

В практике расчета машин малой мощности большей частью пользуются понятием коэффициента заполнения паза изолированным проводом в виде отношения

, (2.4.14)

где , м2 -- площадь поперечного сечения провода с изоляцией.

Величина коэффициента составляет

В случае круглой формы диаметр паза якоря (см. рис. 2.4.1а)

м, (2.4.15)

Рис. 2.4.3 Определение размеров паза якоря

В случае овальной или трапецеидальной формы паза с одинаковой толщиной зубца по высоте (см. рис. 2.4.1,б) для определения ширины и высоты паза удобнее прежде всего рассчитать минимальную толщину зубца:

, (2.4.16)

где Тл

При этом по соображениям механической прочности толщина зубца не должна быть менее 1 мм. Затем вычерчивается в увеличенном масштабе, часть окружности якоря с зубовым шагом t1 и наносится толщина относительно осей двух соседних зубцов (рис.2.4.3). После этого выбирается соответствующая высота паза , исходя из требуемой площади его и определяются bП1, bП2, hа.

При выборе следует иметь в виду необходимую высоту сердечника якоря в отношении допустимой индукции и механической прочности. Вообще, согласно опыту построенных машин малой мощности, высота сердечника якоря составляет

.м, (2.4.17)

диаметр вала

Ширина прорези паза (рис. 2.4.1)

, (2.4.18)

где большие значения коэффициента перед относятся к более тонким проводам.

Высота коронки:

м

Зубцовые шаги по вершинам, серединам и основаниям зубцов якоря с круглым пазом:

м, (2.4.19)

 м, (2.4.20)

м, (2.4.21)

где высота паза

м; (2.4.22)

размеры зубца:

м, (2.4.23)

м, (2.4.24)

, м (2.4.25)

Размеры трапецеидального паза можно вычислить:

, (2.4.26)

, где , , (2.4.27)

. (2.4.28)

Проверка максимальной индукции в минимальном сечении зубца

Тл, (2.4.29)

где -- коэффициент, учитывающий лаковую изоляцию между листами пакета якоря.

Максимальная индукция в зубцах якоря электродвигателей постоянного тока малой мощности продолжительного (длительного) режима по технологическим условиям обычно получается в пределах 1,3?1,5 Тл. В отдельных случаях возможно некоторое превышение этих значений. Эскизы пазов якоря с укладкой обмотки даны на рис. 2.4.4.

Рис. 2.4.4 Укладка проводов обмотки якоря в круглый (а) и овальный (б) пазы: 1 -- клин; 2 -- обмотка; 3 --пазовая изоляция

Средняя длина проводника обмотки якоря.

При

, м, (2.4.30)

при

, м (2.4.31)

Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии при расчетной температуре 0С

Ом, (2.4.32)

где Ом·м -- удельное электрическое сопротивление меди при 0С, -- коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании её от 0С до 0С.

Падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке.

В, (2.4.33)

Падение напряжения в обмотке якоря электродвигателей малой мощности составляет примерно 10?20% от номинального напряжения машины.

2.5 Коллектор, щеткодержатели и щетки

В конструктивном, производственном и эксплуатационном отношениях коллектор представляет собой наиболее ответственную часть машины. Коллекторные пластины в электродвигателях малой мощности изготовляются из твердотянутой меди и изолируется друг от друга и от вала миканитом или пластмассой.

Рис. 2.5.1 Коллекторы: а) развальцованный; б) с втулкой из пластмассы

В целях устранения механических причин искрения коллектор должен иметь строго цилиндрическую и гладкую поверхность; конструкции щеткодержателя должны обеспечивать правильное положение и работу щеток на коллекторе.

Конструкции коллекторов электродвигателей постоянного тока малой мощности представлены на рис. 2.5.1.

Толщина тела коллектора обычно составляет

м. (2.5.1)

В рассматриваемых малых электродвигателях применяются щеткодержатели трубчатого и коробчатого типа. В них щетка расположена перпендикулярна к коллектору и давление пружины на нее действует непосредственно в радиальном направлении. В трубчатых это давление осуществляется с помощью винтовой пружины, а в коробчатых -- спиральной.

В высокоскоростных машинах малой мощности при скоростях вращения порядка 10000 об/мин и выше заметно усиливаются механические вибрации щеток на коллекторе под влиянием его биения из-за наличия некоторого эксцентриситета, нецилиндричности поверхности и других механических факторов.

Вследствие этого происходит усиление искрения под щетками. Как показывает опыт, для уменьшения вибраций щеток в этом случае целесообразно применить так называемые реактивные щеткодержатели, в которых щетки располагаются под некоторым углом к поверхности коллектора в направлении вращении последнего.

Втулки трубчатых и обоймы коробчатых щеткодержателей выполняются прямоугольной формы. Длина щетки по втулке или обойме берется в приделах 1,5 -- 2 ширины щетки по оси коллектора. Щетка выступает из втулки или обоймы на 1 -- 2 мм.

Предварительный диаметр коллектора. Диаметр коллектора предварительно выбирается из соотношения

м. (2.5.2)

Коллекторное деление

, (2.5.3)

в машинах малой мощности обычно ширина коллекторных пластин м.

Толщина миканитовой или пластмассовой изоляции между коллекторными пластинами в зависимости от напряжения составляет:

м при напряжении до 30 В;

м при напряжении 110 В и выше.

После выбора и окончательное коллекторное деление

м. (2.5.4)

Окончательный диаметр коллектора

м. (2.5.5)

Окружная скорость коллектора

м/с (2.5.6)

Окружная скорость коллектора составляет 0,5 -- 0,9 от величины окружной скорости якоря.

В низковольтных электродвигателях постоянного тока малой мощности применяются медно-графитные щетки марок М-1, М-6 и МГ. В высоковольтных электродвигателях (110 -- 220 В) находят применение, кроме указанных, также и электрографитированные щетки марок ЭГ-8 и ЭГ-14.

Физические свойства и плотности тока указанных сортов щеток, а также их номинальные размеры представлены соответственно в табл. 2.5.1 и 2.5.2.

Предварительный выбор плотности тока под щетками по принятому сорту их производится по таблице 2.5.1.

Физические свойства и плотности тока щеток Таблица 2.5.1

Группа щеток	Марка щеток	Допустимая плотность тока , А/м2	Переходное падение напряжения на пару щеток при номинальном токе и окружной скорости 15м/с Uщ, В	Максимальная окружная скорость , м/с	Коэффициент трения при =15 м/с	Удельное нажатие pщ, Н/м2
Угольно-графитные Графитные Электрографитированные Меднографитные Бронзографитные	Т-6 УГ-2 Г-1 Г-3 Г-8 ЭГ-2 ЭГ-14 М-1 М-3 М-6 МГ МГ-4 БГ	6*104 8*104 7*104 10*104 11*104 10*104 10*104 15*104 12*104 15*104 20*104 15*104 20*104	20,5 20,4 2,20,5 1,90,4 1,90,4 2,70,6 2,50,5 1,50,5 1,80,4 1,50,5 0,20,1 1,10,5 0,30,1	10 15 12 25 25 25 40 25 20 25 20 20 20	0,30 0,25 0,30 0,25 0,25 0,20 0,25 0,25 0,25 0,20 0,20 0,20 0,25	(1,96-2,35) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-2,94) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-3,92) *104 (1,47-1,96) *104 (1,47-1,96) *104 (1,47-1,96) *104 (1,76-2,26) *104 (1,96-2,35) *104 (1,68-2,16) *104

Площадь сечения щетки

м2, (2.5.7)

Ширина щетки по дуге окружности коллектора

м , (2.5.8)

Длина щетки по оси коллектора

м. (2.5.9)

Высота щетки

м. (2.5.10)

Размеры щеток окончательно уточняются по табл. 2.5.2.

Окончательная плотность тока под щетками

А/м2 (2.5.11)

Активная длина коллектора по оси вала

м. (2.5.12)

Полная длина коллектора по оси вала

м. (2.5.13)

Так как в рассматриваемых машинах постоянного тока малой мощности добавочные полюса в коммутационной зоне отсутствуют и щетки на коллекторе обычно располагаются соответственно положению геометрической нейтрали, то процесс коммутации тока в короткозамкнутых секциях якоря получается замедленным из-за наличия в них реактивной э.д.с. еr и э.д.с. реакции якоря еa. Обе эти э.д.с. суммируются и вызывают в цепи короткозамкнутой секции добавочный ток, способствующий увеличению плотности тока на сбегающем крае щетке.

Номинальные размеры щеток Таблица 2.5.2

Обозначение типов щеток	Ширина по окружности коллектора bщ, м	Длина по оси коллектора ащ, м	Высота hщ, м
ФО (щетка прямоугольная для радиальных щеткодержателей)	1,0*10-3	1,6*10-3	6,3*10-3
	1,6*10-3	2,0*10-3	5,0*10-3 6,3*10-3 8,0*10-3
	2,0*10-3	2,5*10-3	6,3*10-3 10,0*10-3 6,3*10-3 10,0*10-3
		3,2*10-3 4,0*10-3	6,3*10-3 10,0*10-3
	2,5*10-3	3,2*10-3
		4,0*10-3 5,0*10-3 6,3*10-3	8,0*10-3 10,0*10-3 12,5*10-3
	3,2*10-3	4,0*10-3	8,0*10-3 10,0*10-3 12,5*10-3
		5,0*10-3	10,0*10-3 12,5*10-3 16,0*10-3
		6,3*10-3	10,0*10-3 12,5*10-3 16,0*10-3
Ф8-А1 (щетка прямоугольная для радиальных щеткодержателей со спиральной пружиной)	4,0*10-3	5,0*10-3 6,3*10-3 8,0*10-3	8,0*10-3 12,5*10-3 16,0*10-3
	5,0*10-3	6,3*10-3 10,0*10-3 12,5*10-3	12,5*10-3 16,0*10-3 20,0*10-3
	6,3*10-3	8,0*10-3 10,0*10-3	20,0*10-3 25,0*10-3
	8,0*10-3	10,0*10-3 12,5*10-3	25,0*10-3 25,0*10-3

В момент размыкания цепи секции при наличии в ней указанных э.д.с. и тока между этим краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной возникают небольшие электрические дуги в виде мелких искр. Интенсивность этих искр зависит от величины результирующей э.д.с. в короткозамкнутой секции . Для получения допустимого искрения под щетками величина этой э.д.с. в секции не должна превышать определенного значения. Однако коммутация тока в секции может также ухудшаться вследствие влияние поля полюсов, если ширина коммутационной зоны будет близка к расстоянию между краями наконечников двух соседних полюсов.

Ширина коммутационной зоны

м, (2.5.14)

где -число секционных сторон в одном слое паза;

при

(2.5.15)

(2.5.16)

Для благоприятной коммутации необходимо соблюдать соотношение

(2.5.17)

Однако в некоторых случаях из-за ограниченных габаритов машины не всегда удается выполнить указанное условие. Тогда приходится допускать несколько ухудшенные условия коммутации машины при эксплуатации.

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния секции обмотки якоря при трапецеидальных пазах приближенно определяется по следующей формуле:

Гн/м, (2.5.18)

где длина лобовой части проводника якорной обмотки

при ; (2.5.19)

при ; (2.5.20)

в случае круглых пазов необходимо положить

 (2.5.21)

Среднее значение реактивной э.д.с. в короткозамкнутой секции якоря будет

В. (2.5.22)

Как указывалось, в короткозамкнутой секции якоря, помимо реактивной э.д.с., индуктируется еще э.д.с. реакции якоря. Эту э.д.с. можно определить по следующей формуле:

В. (2.5.23)

Средняя длина силовой линии поперечного потока реакции якоря в междуполюсном пространстве машины

м. (2.5.24)

Среднее значение результирующей э.д.с. в короткозамкнутой секции якоря будет

В. (2.5.25)

Для благоприятной коммутации машин малой мощности необходимо, чтобы значение результирующей э.д.с. в коммутируемой секции якоря составляло:

В- в низковольтных машинах (30 В и ниже),

В- в высоковольтных машинах (110 В и выше).

2.6 Магнитная система электродвигателя

Целью расчета магнитной системы электродвигателя постоянного тока малой мощности является:

1) определение размеров магнитной системы машины и длины полюсов и станины;

2) определение необходимой м.д.с. возбуждения;

3) построение кривой намагничивания машины.

Как указывалось выше, имеются разнообразные конструкции магнитных систем электродвигателей постоянного тока малой мощности, однако не все они в одинаковой мере распространены. Наиболее часто встречающиеся из них представлены на рис. 2.6.1 и 2.6.2.

Рис. 2.6.1 Магнитная система электродвигателя с отъемными полюсами

Рис. 2.6.2 Шихтованная магнитная система электродвигателя

Магнитная система электродвигателей постоянного тока малой мощности обычно выполняется или в виде сплошной стальной станины с отъемными цельными или шихтованными полюсами (рис. 2.6.1) или же в виде шихтованной станины вместе с полюсами (рис. 2.6.2). Расход меди на обмотку возбуждения при шихтованной станине получается несколько большим, чем при отъемных полюсах, вследствие увеличенной средней длины витка катушки. Шихтованная станина и полюса штампуются из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

Высота сердечника якоря

м, (2.6.1)

где диаметр вала, по опыту построенных маломощных машин,

м (2.6.2)

Проверка индукции в сердечнике якоря

Тл. (2.6.3)

Максимальная индукция в сердечнике якоря допускается до 1,3?1,5 Тл.

Осевая длина полюса

м. (2.6.4)

Высота сердечника полюса машин малой мощности предварительно может быть принята

м. (2.6.5)

Окончательная высота полюса уточняется при размещении обмотки возбуждения на нем.

Магнитная индукция в сердечнике полюса в машинах для продолжительного режима работы принимается в пределах 1,0?1,5 Тл. Тогда поперечное сечение сердечника полюса будет

м?, (2.6.6)

где - коэффициент магнитного рассеяния для машин малой мощности.

Ширина сердечника полюса

м, (2.6.7)

здесь -коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах; в случае цельных полюсов .

Поперечное сечение станины

м?, (2.6.8)

где Вс магнитная индукция в станине в машинах для продолжительного режима работы принимается в пределах 1,0?1,4 Тл.

Осевая длина обычно:

У станины с отъемными полюсами (рис. 2.6.1)

м, (2.6.9)

У шихтованной станины (рис 2.6.2)

(2.6.10)

Высота станины

м, (2.6.11)

Средние длины путей магнитного потока в каждом участке магнитной системы:

а) длина станины , м;

б) длина сердечников полюсов , м;

в) длина воздушного зазора , м;

г) длина зубцов якоря , м;

д) длина сердечника якоря

м. (2.6.12)

Коэффициент воздушного зазора

(2.6.13)

М.д.с. для воздушного зазора

А (2.6.14)

Магнитная индукция по трем сечениям зубцов якоря в случае круглого паза

Тл, (2.6.15)

Тл, (2.6.16)

Тл, (2.6.17)

М.д.с. для зубцов

А, (2.6.18)

где напряженности магнитного поля ,,определяются по кривой намагничивания (приложение 4).

В случае трапецеидальных пазов с одинаковой толщиной зубца по высоте определяется только одно значение магнитной индукции и напряженности магнитного поля в зубце.

Магнитная индукция в сердечнике якоря

Тл. (2.6.19)

М.д.с. для сердечника якоря

А, (2.6.20)

где удельные ампервитки - из кривой намагничивания.

Магнитная индукция в сердечнике полюса

 Тл (2.6.21)

М.д.с. для сердечников сплошных полюсов

А, (2.6.22)

где -по кривой намагничивания для шихтованных полюсов из приложения 4, для плошных полюсов из приложения 5.

Магнитная индукция в станине:

Тл (2.6.23)

М.д.с. для станины

А, (2.6.24)

где-из кривой намагничивания (приложение 5) для сплошной станины, по приложению 4 для шихтованной станины.

Магнитная индукция в зазоре стыка

. (2.6.25)

М.д.с. для воздушного зазора в стыке между станиной и отъемными полюсами

А, (2.6.26)

где длина эквивалентного воздушного зазора в месте стыка при шлифованных поверхностях соприкосновения станины и полюса может быть в среднем принята

м. (2.6.27)

Под кривой намагничивания машины понимается зависимость магнитного потока от м.д.с. возбуждения при постоянной частоте вращения и токе якоря, равном нулю.

Расчет кривой намагничивания машины для удобства обычно сводится в таблицу 2.6.1.

Расчет кривой намагничивания машины Таблица 2.6.1

Величины	ЭДС холостого хода, В
	0,5Е	0,8Е	Е	1,15Е	1,3Е
Ф Вб Вб Тл Вз.min Тл Вз.ср Тл Вз.max Тл Ва Тл Впл Тл Вс Тл Всб Тл Hз.min А/м Hз.ср А/м Hз.max А/м H3= А/м А AWз=HзLз А AWа=HаLа А AWпл=HплLпл А AWс=HсLс А А А А

В основной столбец её, соответствующий э.д.с. якоря Е, вписываются значения полезного потока и индукций отдельных участков магнитной системы. Остальное столбцы таблицы заполняются значениями этих величин, измененными пропорционально соответствующим величинам э.д.с., кроме напряженностей магнитного поля. Далее для каждого участка магнитной системы машины по соответствующим индукциям и кривым намагничивания приложений определяются напряженности и вписываются в соответствующие строку и столбец табл. 2.6.1.

Затем напряженности магнитного поля умножают на средние длины соответствующих участков. Сложение этих произведений дает общую м.д.с. возбуждения на пару полюсов:

. (2.6.28)

Далее строится кривая намагничивания (рис.2.6.3)

,



Рис. 2.6.3 Кривая намагничивания машины;

Реакция якоря в машинах постоянного тока, оказывающая определенное влияние на рабочие свойства машины, в общем случае может проявляться в виде:

а) поперечной составляющей м.д.с. якоря AWq ;