Расчёт коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности

Введение

 

Коллекторные двигатели постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами мощностью до 200 Вт находят широкое применение в системах электроприводов систем автоматики, робототехники и транспортных средств. Двигатели разрабатываются на напряжение 6 – 110 В и частотой вращения 1500 – 6000 об/мин. Для двигателей постоянного тока рассматриваемого диапазона мощности с диаметром корпуса 20 – 80 мм целесообразно использовать конструкцию с радиально расположенными магнитами. При этом целесообразно применять волновую обмотку якоря, не требующую уравнительных соединений. Число полюсов рекомендуется выбирать в диапазоне 2 р = 2 – 6. Увеличение числа полюсов снижает размеры и массу ярма статора и якоря, но увеличивает магнитные потоки рассеяния и потери в стали из-за увеличения частоты перемагничивания. Пазы якоря выбирают овальной или круглой формы, обеспечивающие постоянную толщину зубца не менее 2 мм.

Применение постоянных магнитов с высокой удельной энергией типа феррит бария позволяет улучшить массогабаритные, энергетические и стоимостные показатели двигателя постоянного тока.

Приведен аналитический расчет коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов, позволяющий получить заданные технические параметры при лимитированном габарите и заданном тепловом режиме электродвигателя.

 

1. Основные размеры двигателя

Определение основных размеров двигателя (диаметра якоря D и длины якоря I_δ) является одним из важнейших этапов в ходе расчета двигателя, так как правильно выбранные размеры якоря обеспечивают требуемый тепловой режим, соответствующий выбранному классу нагревостойкости изоляции, и рациональное использование применяемых в машине материалов.

Ток якоря при нагрузке машины

Ток якоря в двигателе с возбуждением постоянными магнитами одновременно является током двигателя

где значение КПД принимаем равным 67%, т.е.

Электромагнитная мощность двигателя

Диаметр якоря

где α_δ=0,68

В_δ=0,23 Тл

А^/=115*10² А/м

λ=1,1

где - коэффициент полюсного перекрытия, его значение выбирают из диапазона 0,6 – 0,7;

=B_d – магнитная индукция в воздушном зазоре, принимается равной индукции магнита в оптимальной рабочей точке кривой размагничивания предварительно выбранной марки магнита (для феррит бариевых магнитов выбирают из диапазона 0,1–0,22 Тл);

А¹ – предварительное значение токовой линейной нагрузки, её значение выбирают в диапазоне (70 – 200) 10² А, м при кратковременном и повторно – кратковременном режимах работы двигателя (большие значения соответствуют большей мощности);

 – отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру, это значение выбирают из диапазона 0,5 – 1,8.

Полученное значение диаметра якоря округляют до тысячных долей метра и выбирают ближайшее стандартное его значение по приложению А /1/.

По приложению А из стандартного ряда размеров выбираем диаметр якоря D=0,058 м

Расчётная длина якоря

Окружная скорость вращения якоря

Полюсное деление

Расчётная ширина полюса (магнита)

Выбираем конструкцию полюса без полюсного наконечника

Частота перемагничивания стали якоря

 

2. Обмотка якоря

 

Обмотка якоря машины постоянного тока является замкнутой. Конструктивно обмотка выполняется барабанной и двухслойной.

Для четырехполюсной конструкции двигателя выбираем простую волновую обмотку с числом параллельных ветвей 2а=2

где 2а - число параллельных ветвей обмотки якоря.

Предварительное общее число эффективных проводников обмотки якоря

принимаем

Число пазов якоря

принимаем

Число коллекторных пластин

принимаем , так как 2 р=4

Предварительное число витков в секции обмотки якоря

принимаем число витков в секции обмотки якоря равным округлённому значению, то есть .

Уточнённое число проводников обмотки якоря

Число проводников обмотки якоря в пазу якоря

Уточнённое значение токовой линейной нагрузки

при этом должно выполняться условие

 

Условие выполняется.

Шаги обмотки якоря

Для простой волновой обмотки якоря:

а) первый частичный шаг

б) результирующий шаг

в) второй частичный шаг

г) шаг обмотки по пазам

Обмоточные шаги у₁, у₂, у, у_п должны быть целыми числам. Укорочение шага ε_к и ε (ε_к>0; ε>0) выбирают таким, чтобы шаги обмотки были целыми числами. Применение укорочения шага (ε_к>0) в петлевых обмотках приводит к уменьшению длины и вылета лобовых частей, к уменьшению сопротивления и массы обмотки якоря.