Электродвигатель постоянного тока мощностью 400 Вт для бытовой техники
0,115-0,085=0,03 м.
Выбираем щетки марки
ЭГ-14. Принимаем ширину щетки равной , =
0,00242 м.
По табл. П.4.1 выбираем
стандартные размеры щетки:
ширина щётки 0,004 м.
длина щётки 0,005 м.
высота щётки 0,01 м.
Поверхность
соприкосновения щетки с коллектором
0,004×0,005= 0,000020 м2.
Поверхность
соприкосновения всех щеток с коллектором
2× 0,000020=0,00004 м2.
Плотность тока под
щетками по (8-83) [2]
2× 2,6/0,00004=130000 А/м2.
Допустимая плотность тока
для щетки марки ЭГ-14 .
Активная длина коллектора
по оси вала согласно [4]
1,8 ×0,005=0,009 м.
Принимаем 0,009 м.
Полная длина коллектора
по оси вала согласно [4]
0,009+5∙0,000395=0,0110 м.
3.6 Проверка
коммутации
Так как в рассматриваемых
машинах постоянного тока малой мощности добавочные полюсы в коммутационной зоне
отсутствуют и щетки на коллекторе обычно располагаются на геометрической
нейтрали, то процесс коммутации тока в короткозамкнутых секциях якоря
получается замедленным из-за наличия в них реактивной э. д. с. и э. д. с. От поперечного поля реакции
якоря . Обе эти э.д.с.
суммируются и вызывают в цепи короткозамкнутой секции добавочный ток,
способствующий увеличению плотности тока на сбегающем крае щетки. В момент
размыкания цепи секции при наличии в ней указанных э. д. с. и тока между 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.
Во избежание недопустимого
искрения под щетками величина э. д. с. в секции не должна превышать
определенного значения. Однако коммутация тока в секции может также ухудшиться
вследствие влияния поля полюсов, если ширина коммутационной зоны будет близка к расстоянию между краями наконечников
двух соседних полюсов.
Ширина зоны коммутации по
(10.75) [2]
а)=52/2- 26=0,0;
б)(0,004/ 0,00242 +2-2/2+0,0)× 0,00242 ´ ´ 0,073/0,04= 0,0117 м.
Отношение
0,0117/(0,115-0,085)=0,39,
что удовлетворяет условию
[4]
<0,8.
Коэффициент магнитной
проводимости паза по (10.69) [2]
a) =× 0,073×3000/60= 11,5 м/с;
=∙lg(13,816)=1,138
б) (0,6∙2×0,02/(
0,0055+ 0,0009)
+(0,081/0,044)+0,92∙1,138)= 6,638.
Индуктивность обмотки
якоря по (6.15) [4]
(12,56∙10-6∙4∙0,044∙
6,638/26)∙(2496/(2∙2∙2))2=54,938 мГн.
Реактивная ЭДС по (10.69)
[2]
2×10-6× 6,638×24×0,044×11978× 11,5= 1,93 В.
ЭДС, индуктируемая в
коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря, определяется следующим
путём. Вначале определяем индукцию в зоне коммутации от действия поперечной МДС
якоря [3]:
=1,25∙10-6∙11978/(1-0,72)=0,0535 Т.
Затем определяем ЭДС,
индуктируемую в коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря
2∙24∙ 11,5∙0,044∙0,0535=1,30 В.
Среднее значение
результирующей ЭДС в короткозамкнутой секции якоря
= 1,93+1,30=3,23 В.
В машинах малой мощности
без добавочных полюсов, если щётки расположены на геометрической нейтрали, для
обеспечения удовлетворительной коммутации 2…3 В. Если 2…3 В необходимо уменьшить линейную нагрузку в п.
3.1.5 и повторить расчет.
Индуктивность цепи якоря (для
расчета параметров электропривода в гл.5)
54,938= 54,94
мГн
Активное сопротивление
цепи якоря (для расчета параметров электропривода в гл. 5)
13,68= 13,68 Ом.
3.7 Определение размеров
магнитной цепи
Внутренний диаметр якоря
и диаметр вала для машин малой мощности
(0,18…0,24)∙ 0,073=0,013…0,018 м.
Принимаем 0,015 м.
Сечение магнитной системы
приведено на рис. 3.5.
Рис.
3.5. Магнитная система двигателя:
1-
станина; 2 – якорь; 3 – обмотка возбуждения
В
двигателях с непосредственной посадкой сердечника якоря на вал внутренний
диаметр якоря равен диаметру вала. В таких двигателях с или учитывают,что часть магнитных силових потока
замыкается через вал.
Высота спинки якоря:
а)
действительная высота спинки якоря по
(8.126)
=( 0,073-0,015)/2-0,02= 0,0090 м=9 мм;
б) расчетная высота спинки якоря по (8.124) для
четырёхполюсних машин при ,
а также для двухполюсных машин
( 0,75·(0,5· 0,073-0,02)=0,012<0,015 м)
2/2=1
(2+1)/(3,2·1)·( 0,073/2-0,02)= 0,0155 м;
в
противном случае
( 0,073-0,015)/2-0,02=0,009 м.
Принимаем
расчетную высоту спинки якоря 0,0155 м.
Принимаем для сердечников
главных полюсов сталь марки 2013 толщиной 0,5 мм: коэффициент магнитного рассеяния
для малых машин =1,08…1,12 принимаем
1,1, длина сердечника 0,044 м, коэффициент заполнения
сталью 0,95.
Высота сердечника полюса
малых машин предварительно может быть принята:
=(0,12…0,4)∙ 0,073=0,009...0,029 м.
Принимаем 0,029 м.
Ширина сердечника
главного полюса определяется следующим путём.
Принимается индукция в
сердечнике полюса. В машинах для продолжительного режима работы принимается в
пределах
Принимаем 1,2 Т.
Определяется поперечное
сечение сердечника полюса:
=1,1∙ 0,00165/ (1,2∙0,95)=0,0015921 м2,
где - минимальная ширина сердечника главного
полюса
0,0015921/0,044=0,036 м.
Принимаем 0,036 м.
Индукция в сердечнике по
табл.10.17 [2]
1,1× 0,00165/(0,95×0,036×0,044)= 1,21 Тл.
Индукция в станине в
машинах для продолжительного режима работы принимается в пределах не более
Принимаем 1,2 Т.
Сечение станины
предварительно
1,1× 0,00165/(2×1,2∙0,95)=0,0007961 м2,
Длина станины по (10/52)
[2]
0,0440 м.
Высота станины
предварительно, табл.10.17 [2]
=0,0007961/ 0,0440= 0,0181м.
Принимаем высоту станины 0,0181 м.
Сечение станины
окончательно
=0,0181× 0,0440= 0,000796 м
Воздушный зазор для
двигателей продолжительного режима [4]
0,25∙0,115∙11978∙10-6/0,45= 0,00077 м. 0,00077 м.
Наружный размер станины с
пямоугольным сечением по вертикали
0,073+2∙(0,00077 +0,029+0,0181)=0,169 м.
Внутренний размер станины
по вертикали с прямоугольным сечением
0,169-2×0,0181= 0,133 м.
Наружный размер станины по
горизонтали с прямоугольным сечением выбираем на 10% больше
1,1∙0,169=0,186 м.
Принимаем 0,186 м.
Внутренний размер по
горизонтали станины с прямоугольным сечением
Сечение сердечника
главного полюса, табл. 10.16 [2],
0,95×0,044×0,036= 0,00150 м2.
Сечение станины (см. п.
3.5.6) 0,000796 м2.
3.9 Средние длины
магнитных линий
Воздушный зазор для
двигателей продолжительного режима из 3.5.10 =0,00077 м.
Коэффициент воздушного
зазора, учитывающий наличие пазов на якоре, по (10.50б) [2]
=( 0,0088+10×0,00077)/( 0,0088-0,002+10×0,00077)= 1,14
м.
Расчетная длина
воздушного зазора
1,14×0,00077= 0,000878 м.
Длина магнитной линии в
зубцах якоря
0,02=0,02 м.
Длина магнитной линии в
спинке якоря
×(0,015+0,009)/2×2+0,009/2=0,023 м.
Длина магнитной линии в
сердечнике главного полюса
0,029 м.
Длина магнитной линии в
станине
(0,169+0,186-2∙0,0181)/(2)+0,0181/2=0,1775 м,
3.10 Индукция в
расчетных сечениях магнитной цепи
Индукция в воздушном
зазоре, табл. 10.16 [2],
0,00165/ 0,00374= 0,44 Тл.
Расчетная индукция в
сечении зубцов якоря, табл. 10.16 [2],
0,00165/ 0,001213= 1,360Тл.
Индукция в зубцах якоря
принимается до 1,3…1,5 Т.
Индукция в спинке якоря,
табл. 10.16 [2],
0,00165/(2× 0,000651)= 1,27 Тл.
Максимальная индукция
допускается до 1,3…1,5 Т.
Индукция в сердечнике
главного полюса, табл. 10.16 [2],
1,1× 0,00165/ 0,00150=1,21 Тл.
Индукция в сердечнике
главного полюса в машинах для продолжительного режима работы допускается до
1,0…1,5 Т.
Индукция в станине, табл.
10.16 [2],
1,1× 0,00165/(2× 0,000796)= 1,14 Тл.
Индукция в станине в
машинах для продолжительного режима работы допускается в пределах до 1,0…1,4 Т.
3.11 Магнитные
напряжения отдельных участков магнитной цепи
Магнитное напряжение
воздушного зазора на два полюса
0,8× 0,44× 0,000878∙106= 309,1 А.
Коэффициент вытеснения
потока
0,0088×0,044/( 0,0031×0,042)= 2,97.
Магнитное напряжение ярма
якоря Hj для стали 2013 определяется по основной кривой намагничивания
табл. П.1.5 [2] , значения которой введены в программу для автоматического
определения ,
196×0,023=4,5 А.
Магнитное
напряжение зубцов якоря определяется для стали 2013 с учетом ответвления
магнитного потока в паз. Если индукция в каком либо сечении зубца окажется
более 1,8 Т, то необходимо учесть отвлетвление части потока зубцового деления в
паз. При этом действительная индукция в зубце уменьшается ло сравнению с
рассчитанной в п 3.10.2. Методика определения действительной индукции в зубце изложена в гл.4 [1],согласно
которой в табл..3.1 заложена программа расчета при значениях как больше 1,8 Т, так и меньше 1,8
Т.. Путём подбора значения в
левой колонке табл..3.1 и последующего автоматического пересчёта добиваються
равенства значений в левой
и правой колонках табл. 3.2. Значение в левом столбце используется программой в
дальнейших расчетах.
Определяем
среднюю ширину паза, п. 8.8 [2]
=(
0,0055+ 0,0009)/2= 0,0032 м.
Коэффициент,
определяющий отношение площадей поперечных сечений паза и зубца на половине
высоты зубца,
= 0,0032·0,044/( 0,0031·0,044·0,95)= 1,09.
Определяем по (4.32) [2]
Таблица 3.2.
=
= 1,360-1,256∙10-6∙ 268 ∙ 1,09=
1,36
=1,36
По значению программа вычисляет по кривой намагничивания для стали
2013, а затем вычисляем МДС
268×0,02= 5,4 А.
Магнитное напряжение
сердечника главного полюса (сталь 2013), Hг определяется по табл.
П.1.5 аналогично:
148×0,029= 4,29 А.
Магнитное напряжение
станины (шихтованная сталь 2013), Hc определяется по табл. П.1.5
132,24×0,1775= 23,5 А.
Суммарная МДС на полюс
309,1+ 5,4+4,5+ 4,29+ 23,5=347 А.
МДС переходного слоя
309,1+ 5,4+4,5=319 А.
Аналогичным образом
производим расчет для потоков, отличных от номинального значения (например,
0,5; 0,75; 1,0; 1,4 и т.д.) . Результаты расчета сведены в табл.3.2. В верхней
строке таблицы приведены относительные значения потока , которые мы можем изменять при необходимости.
Программа выполняет расчет для тех относительных значений , которые мы укажем в верхней строке. Магнитное напряжение зубцов якоря в
таблице для двух последних значений магнитного потока рассчитывается для стали
2013 с учетом ответвления магнитного потока в паз аналогично п. 3.11.4. Для
этого справа рядом с таблицей приведена строка, в которую вставлена программа.