Как рассчитать номинальный ток двигателя по мощности. Электродвигатели. Преобразование энергии. Принцип работы электродвигателя

Условия для выбора электродвигателя

Выбор одного из каталожных типов электродвигателей считается правильным при соблюдении следующих условий:

а) наиболее полное соответствие электродвигателя рабочей машине (приводу) по механическим свойствам. Это означает, что электродвигатель должен обладать такой механической характеристикой, при котором он мог бы сообщать приводу необходимые величины скорости и ускорений как при работе, так и при пуске в ход;

Электродвигатель с отключенной мощностью мало сопротивляется электричеству, поскольку обмотки двигателя действуют почти как короткие, пока они не активируются. Когда питание включено, ток может быть во много раз больше, чем текущий ток, когда двигатель работает с номинальной скоростью под нагрузкой. Этот поток тока длится всего лишь часть секунды. Расчет точного пускового тока невозможен, но диапазон может быть определен, если документация производителя не указывает его.

Условия для выбора электродвигателя

Прочтите заводскую табличку двигателя на двигателе и найдите напряжение, указанное на нем. В Национальном электрическом кодексе предусмотрено, что все двигатели имеют заводскую табличку, которая предоставляет информацию, характерную для электрических рабочих характеристик двигателя.

б) максимальное использование мощности электродвигателя в процессе работы. Температура всех активных частей электродвигателя в наиболее тяжелых режимах работы должна максимально приближаться к обусловленной по нормам температуре нагрева, но не превосходить ее;

в) соответствие электродвигателя приводу и условиям окружающей среды по конструктивному исполнению;

Найдите буквенный код блокированного ротора или «Заблокированный роторный код» на заводской табличке двигателя. Эти буквы опущены, чтобы избежать путаницы. Следуйте строке кода буквы справа и найдите заданный диапазон. Диапазон указан в тысячах вольт-ампер или киловатт.

Принцип работы электродвигателя

Умножьте каждое число в диапазоне на 1, разделите каждый результат на напряжение двигателя, найденное на паспортной табличке. Результирующий диапазон - это диапазон пускового тока. Разделение напряжения двигателя на 230 вольт дает диапазон пускового тока с 8 до 1 ампер.

г) соответствие электродвигателя параметрам питающей его сети.

Для выбора электродвигателя необходимы следующие исходные данные:

а) наименование и тип механизма;

б) максимальная мощность на приводном валу механизма, если режим работы продолжительный и нагрузка постоянна, а в остальных случаях - графики изменения мощности или момента сопротивления в функции от времени;

Пусковой ток является только кратковременным, и если автоматический выключатель имеет правильную величину, он не будет отключать долю секунды в текущих шипах. Когда обмотки двигателя активируются, они создают сопротивление потоку тока, и ток начинает падать. Когда двигатель достигает полной скорости, текущий уровень будет на уровне, указанном на заводской табличке двигателя, как ток полной нагрузки.

Напряжение важно для определения пускового тока. Если на заводской табличке двигателя указано несколько напряжений, необходимо определить используемое напряжение. Легкое место для измерения это при отключении двигателя. Тип напряжения определяет способ измерения. Измерьте трехфазный ток между двумя горячими контактами и удвойте его. Раздельный фазовый ток измеряется между двумя горячими клеммами. Однофазный ток измеряется от горячего терминала до земли.

в) скорость вращения приводного вала механизма;

г) способ сочленения механизма с валом электродвигателя (при наличии передач указываются род передачи и передаточное число);

д) величина момента при пуске, которую должен обеспечить электродвигатель на приводном валу механизма;

е) пределы регулирования скорости приводимого механизма с указанием верхнего и нижнего значений скоростей и соответствующих им величин мощности и момента;

Основные виды электродвигателей

В Национальном Электрическом Кодексе требуется табличка с указанием всех двигателей для указания напряжения и тока полной нагрузки двигателя, независимо от типа напряжения или фазы напряжения. Мощность, потребляемая трехфазным двигателем при работе под полной нагрузкой при номинальной скорости, дается в ваттах или киловаттах. Ватты и киловатты являются единицами электрической энергии. Мощность может быть рассчитана непосредственно из напряжения и тока при простом вычислении.

Найдите напряжение двигателя на табличке с трехфазным двигателем. Некоторые двигатели могут иметь два или даже три напряжения. Выберите первое напряжение для расчета мощности. Найдите ток полной нагрузки на табличке с трехфазным двигателем. Двигатели, которые перечисляют более одного напряжения, также перечисляют одинаковое количество токов полной нагрузки. Выберите первый ток, заданный для расчета мощности.

ж) характер и качество (плавность, ступенчатость) необходимой регулировки скорости;

з) частота пусков или включений привода в течение часа; и) характеристика окружающей среды.

Выбор электродвигателя на основе учета всех условий производится по каталожным данным.

Для механизмов широкого применения выбор электродвигателя значительно упрощается за счет данных, содержащихся в соответствующих информациях заводов-изготовителей, и сводится к уточнению типа электродвигателя применительно к параметрам сети и характеру окружающей среды.

Умножьте напряжение двигателя на ток полной нагрузки. Важно согласовать напряжение с током полной нагрузки. Любая пара цифр даст правильное потребление энергии, в данном случае 6 киловатт. Чтобы предотвратить сжигание двигателя, вы должны обеспечить средство защиты от перегрузки по току. Если вы не помните, чтобы не путать защиту двигателя с защитой цепи, вы устраните основную проблему путаницы в расчетах двигателя.

Проводники для одного двигателя должны иметь мощность не менее 125% от номинального тока полной мощности двигателя. Таблица или табличка? Чтобы определить минимальную прочность проводников питания двигателя, вам, очевидно, нужно знать, сколько тока потребляет двигатель. Но в двигателях есть разные типы тока. Что вы используете - ток полной или полной нагрузки - для ваших расчетов двигателя?

Выбор электродвигателей по мощности

Выбор мощности электродвигателя должен производиться в соответствии с характером нагрузок рабочей машины. Этот характер оценивают по двум признакам:

а) по номинальному режиму работы;

б) по изменениям величины потребляемой мощности.

Другим двигателем в группе является 3-фазный двигатель мощностью 10 л.с. как указано заштрихованной областью. Обратите внимание на следующие исключения. Если вы рассчитываете отдельную защиту от перегрузки двигателя для двигателей с крутящим моментом, используйте значение тока заблокированного ротора на паспортной табличке.

Если привод переменной частоты управляет двигателем, используйте максимальный рабочий ток, указанный на паспортной табличке. Устройство защиты от короткого замыкания и защиты от замыканий на землю защищает двигатель от многих факторов, но не от перегрузки.

Различают следующие режимы работы:

а) продолжительный (длительный), когда рабочий период настолько велик, что нагрев электродвигателя достигает своего установившегося значения (например у насосов, ленточных транспортеров, вентиляторов и т. п.);

б) кратковременный, когда длительность рабочего периода недостаточна для достижения электродвигателем температуры- нагрева, соответствующей данной нагрузке, а периоды остановки, наоборот, достаточны для охлаждения электродвигателя до температуры окружающей среды. В этом режиме могут работать электродвигатели самых разнообразных механизмов;

Для таких двигателей используйте номинальные номинальные характеристики. Устройства защиты от перегрузки по размерам, основанные на номинальной паспортной табличке двигателя. Проводники ответвлений защищены от перегрузок с помощью перегрузочного устройства.

Для защиты двигателя от перегрузки, короткого замыкания и замыкания на землю вы можете использовать одно сверхтоковое устройство, рассчитанное по 32 требованиям. При выборе тока двигателя из одной из этих таблиц обратите внимание, что последнее предложение над каждой таблицей позволяет использовать столбцы мощности для ряда системных напряжений без какой-либо регулировки. Выберите размер проводника из Таблицы 16 в соответствии с номинальной температурной характеристикой оборудования.

в) повторно-кратковременный - с относительной продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60% при продолжительности одного цикла не более 10 мин (например у подъемных кранов, некоторых станков, однопостовых сварочных двигателей-генераторов и т. п.).

По изменениям величины потребляемой мощности различаются следующие случаи:

а) постоянная нагрузка, когда величина потребляемой мощности в течение работы постоянна или имеет незначительные отклонения от среднего значения, как, например, у центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров с постоянным расходом воздуха и т. п.;

Независимо от типа изоляции проводника, размер проводника на 14. Если это так, вы можете сэкономить значительные средства на своем проекте. Если вы не можете найти эту спецификацию, используйте правила 14. Протестируйте свои знания, ответив на этот вопрос: Каковы размеры ответвительных проводников для 7-литрового, трехфазного, 230-вольтового двигателя?

Размер проводника. Выполните вычисления размера проводника, как и для ветвящихся цепей, но используйте различные правила прочности, предусмотренные в проводниках, которые поставляют несколько двигателей, должны иметь мощность не менее. Защита от короткого замыкания и защита от замыканий на землю. Каждая цепь ответвления электродвигателя должна быть защищена от короткого замыкания и замыкания на землю с помощью устройства максимальной токовой защиты, которое не превышает значения, указанные в таблице.

б) переменная нагрузка, когда величина потребляемой мощности периодически меняется, как, например, у экскаваторов, кранов, некоторых станков и т. п.;

в) пульсирующая нагрузка, когда величина потребляемой мощности меняется непрерывно, как, например, у поршневых насосов, щековых дробилок, грохотов и т. п.

Мощность электродвигателя должна удовлетворять трем условиям:

Устройство защиты от короткого замыкания и защиты от замыкания на землю двигателя должно выдерживать пусковой ток двигателя, и он должен соответствовать 52 и 52. Устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю защищает двигатель, устройство управления двигателем и проводники от коротких замыканий или замыканий на землю, но не от перегрузки.

Это устройство имеет размер от 115% до 125% от номинального значения заводской таблички двигателя. В тех случаях, когда значения короткого замыкания на короткое замыкание и замыкания на землю, полученные из таблицы 52, не соответствуют стандартным номинальным значениям перегрузки по току, перечисленным в пункте 6, вы можете использовать следующую номинальную величину превышения максимального тока. Правило «следующего размера защиты» для ответвительных цепей не относится к номинальному току устройства максимального тока двигателя.

а) нормального нагрева при работе;

б) достаточной перегрузочной способности;

в) достаточного пускового момента.

Все электродвигатели подразделяются на две основные группы:

а) для длительного режима работы (без ограничения продолжительности включения);

Что-то еще эти два Статьи имеют общее, но не с другими статьями - это «Рисунок 1», который вы можете использовать в качестве руководства. В случае ст. 430, эта цифра представляет собой простое представление двигательной системы с правильной частью искусства. 430 для каждой области применения. В начале этой статьи мы сказали, что использование рисунка 1 поможет вам не путать защиту двигателя с защитой цепи, если на самом деле она может сделать гораздо больше. Проведите некоторое время, работая с ним, и вы увидите, насколько он полезен.

Если вы основываете каждый проект двигателя на рисунке 1, вы уменьшите - если не устраните - ст. 430 ошибок приложения. Паспортная табличка. Агрегаты с полной нагрузкой - это ток, который тянет двигатель, производя свою номинальную нагрузку на мощность при номинальном напряжении.

б) для повторно-кратковременного режима с продолжительностями включения 15, 25, 40 и 60%.

Для первой группы в каталогах и паспортах указывается длительная мощность, которую электродвигатель может развивать неограниченно долго, для второй группы - мощность, которую электродвигатель может развивать, работая с перерывами сколь угодно долгое время при определенной продолжительности включения.

Фактический ток, потребляемый двигателем, зависит от управляемой нагрузки и от рабочего напряжения на клеммах двигателя. Если нагрузка увеличивается, ток также увеличивается. Если двигатель работает с напряжением ниже его номинальной характеристики, рабочий ток будет увеличиваться. Полезно также понять.

Пусковой ток двигателя. Когда напряжение сначала подается на обмотку возбуждения асинхронного двигателя, только сопротивление проводника противостоит потоку тока через обмотку двигателя. Поскольку сопротивление проводника настолько низкое, двигатель будет иметь очень большой пусковой ток.

Правильно выбранным во всех случаях считается такой электродвигатель, который, работая с нагрузкой но графику, задан ному рабочей машиной, достигает полного допустимого нагрева всех своих частей. Выбор электродвигателей с так называемым «запасом по мощности», исходя из наибольшей возможной по графику нагрузки, ведет к недоиспользованию электродвигателя, а следовательно, к увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов за счет снижения коэффициентов мощности и полезного действия.

Ток двигателя. Как только ротор начинает вращаться, происходит увеличение противоэлектродвижущей силы, которая увеличивает сопротивление и, следовательно, уменьшает ток от стартового тока до действующего тока. Двигатель заблокирован-роторный ток. Если вращающаяся часть обмотки двигателя застряла, поэтому она не может вращаться, в обмотке двигателя не будет создаваться противоэлектродвижущая сила. Это приводит к уменьшению импеданса проводника до такой степени, что это эффективно короткое замыкание.

Двигатель работает с током блокированного ротора, часто в шесть раз превышающим номинальный ток в полной нагрузке, в зависимости от номинального значения кода двигателя. Это приведет к перегреву и разрушению обмотки двигателя, если ток не будет быстро уменьшен или удален.

Чрезмерное увеличение мощности электродвигателя может привести также к рывкам во время разгона.

Если электродвигатель должен работать длительно с постоянной или мало меняющейся нагрузкой, то определение мощности его не представляет затруднений и производится по формулам, обычно включающим эмпирические коэффициенты.

Таким образом, каждый проводник испытывает силу. Проводники расположены вблизи поверхности ротора с общим радиусом от его центра. Следовательно, крутящий момент создается по окружности ротора, и ротор начинает вращаться. Термин «крутящий момент», как лучше всего объясняется доктором Огромным юном, является количественной мерой тенденции силы вызвать вращательное движение или привести к изменению вращательного движения. Фактически это момент силы, которая производит или изменяет вращательное движение.

Сила должна удерживать нагрузку на определенной высоте. Сила действует на нагрузку от нагрузки. Или сила должна удерживаться веревкой. Для этого не требуется никакой энергии или энергии. Энергия требуется для увеличения веса на определенное количество по весу.

Значительно сложнее выбор мощности электродвигателей иных режимов работы.

Кратковременная нагрузка характеризуется тем, что периоды включения коротки, а паузы достаточны для полного охлаждения электродвигателя. При этом принимается, что нагрузка электродвигателя в периоды включения сохраняется постоянной или почти постоянной.

Для того чтобы в этом режиме электродвигатель был правильно использован по нагреву, необходимо выбрать его так, чтобы его длительная мощность (указываемая в каталогах) была меньше мощности, отвечающей кратковременной нагрузке, т. е. чтобы электродвигатель в периоды своей кратковременной работы имел тепловую перегрузку.

Если периоды работы электродвигателя значительно меньше времени, необходимого для его полного нагрева, но паузы между периодами включения существенно короче времени полного охлаждения, то имеет место повторно-кратковременная нагрузка.

Практически следует различать два вида такой работы:

а) нагрузка в период работы по величине постоянна и, следовательно, график ее изображается прямоугольниками, чередующимися с паузами;

б) нагрузка в период работы изменяется по более или менее сложному закону.

В обоих случаях задача выбора электродвигателя по мощности может быть решена как аналитически, так и графически. Оба эти способа являются достаточно сложными, поэтому практически рекомендуется упрощенный метод эквивалентных величии, включающий в себя три способа:

а) среднего квадратичного тока;

б) средней квадратичной мощности;

в) среднего квадратичного момента.

Проверка механической перегрузочной способности электродвигателя

После выбора мощности электродвигателя по условиям нагрева необходимо произвести проверку механической перегрузочной способности электродвигателя, т. е. убедиться, что максимальный момент нагрузки по графику при работе и момент при пуске не будут превышать значения максимального момента по каталогу.

У асинхронных и синхронных электродвигателей величина допустимой механической перегрузки обуславливается их опрокидывающим электромагнитным моментом, по достижении которого эти электродвигатели останавливаются.

Кратность максимальных моментов по отношению к номинальным должна составлять 1,8 у трехфазных асинхронных электродвигателей с контактными кольцами не менее 1,65 у таких же короткозамкнутых электродвигателей. Кратность максимального момента синхронного электродвигателя должна быть также не ниже 1,65 при номинальных напряжениях, частоте и токе возбуждения, с коэффициентом мощности 0,9 (при опережающем токе).

Практически асинхронные и синхронные электродвигатели имеют механическую перегрузочную способность до 2-2,5, а у некоторых специальных электродвигателей эта величина повышается до 3-3,5.

Допустимая перегрузка электродвигателей постоянного тока определяется условиями работы и по ГОСТ составляет по моменту от 2 до 4, причем нижний предел относится к электродвигателям с параллельным, а верхний - к электродвигателям с последовательным возбуждением.

Если питающая и распределительная сети чувствительны к нагрузке, то проверка механической перегрузочной способности должна производиться с учетом потерь напряжения в сетях.

Для асинхронных короткозамкнутых и синхронных электродвигателей кратность начального момента должна быть не менее 0,9 (по отношению к номинальному).

В действительности кратность начального момента у электродвигателей с двойной беличьей клеткой и с глубоким пазом значительно выше и достигает 2-2,4.

При выборе мощности электродвигателя следует иметь в виду, что на нагрев электродвигателей оказывает влияние частота включений. Допустимая частота включений зависит от нормального скольжения, махового момента ротора и кратности пускового тока.

Асинхронные электродвигатели нормальных типов допускают без нагрузки от 400 до 1000, а электродвигатели с повышенным скольжением - от 1100 до 2700 включений в час. При пуске под нагрузкой допустимое число включений значительно сокращается.

Пусковой ток электродвигателей с короткозамкнутым ротором имеет большую величину, и это обстоятельство в условиях частых пусков, и особенно при повышенном времени разгона, имеет важное значение.

В противоположность электродвигателям с фазовым ротором, в которых часть тепла, образующегося при пуске, выделяется в реостате, т. е. вне машины, в короткозамкнутых электродвигателях все тепло выделяется в самой машине, что обуславливает ее повышенный нагрев. Поэтому выбор мощности этих электродвигателей нужно производить с учетом нагревания во время многочисленных пусков.

4-6. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Расчет начинаем с электродвигателя постоянного тока, так как расчет его проще и понятнее, чем электродвигателей переменного тока. Здесь дано подробное объяснение всех расчетных величин, которые будут потом встречаться и в электродвигателях переменного тока. Расчет приведен для двухполюсных электродвигателей с последовательным возбуждением.

Задавшись мощностью, частотой вращения, напряжением питания двигателя, можно определить все размеры и обмоточные данные электродвигателя. Расчет электродвигателя начинается с определения двух главных размеров, которыми являются диаметр и длина якоря. Эти размеры входят в формулу:

где D — диаметр якоря, м; l — длина якоря, м; Р я — расчетная мощность, Вт; А—линейная нагрузка якоря, А/м; В — магнитная индукция в воздушном зазоре, Т; п — номинальная частота вращения, об/мин.

Длина и диаметр якоря электродвигателя выражены в метрах, так как при этом расчетные формулы, связывающие размеры двигателя с индукцией и потоком, получаются удобнее и проще. Результаты расчета, полученные в метрах, для практических целей изготовления различных деталей можно легко перевести в сантиметры или миллиметры.

Левая часть формулы пропорциональна объему якоря. Действительно, если ее умножить на π и разделить на 4, то получится объем цилиндра, каким и является якорь электродвигателя. Как видно из правой части формулы, объем якоря пропорционален мощности электродвигателя Р я и обратно пропорционален частоте вращения п. Отсюда можно сделать вывод, что чем большую частоту вращения имеет якорь электродвигателя, тем меньше будут его размеры при той же мощности. А от размеров якоря зависят размеры и остальных частей электродвигателя.

Расчетная мощность электродвигателя, Вт,

где Е— э. д. с., наводимая в обмотке якоря при вращении его в магнитном поле, В; I — ток, потребляемый электродвигателем от источника, А; Р — номинальная мощность электродвигателя, Вт; η — к. п. д. электродвигателя, значение которого можно взять по кривой рис. 4-2; как видно из кривой, значения к. п. д. снижаются при уменьшении мощности электродвигателя.

Численное значение расчетной мощности получаем, решая (4-2), где значения всех величин известны. Расчетная мощность всегда больше номинальной мощности электродвигателя, так как часть подведенной энергии теряется в самом электродвигателе.

Ток, потребляемый электродвигателем, А,

где Р — номинальная мощность, Вт; U — номинальное нанряжение, В; η — к. п. д. по кривой рис. 4-2.

Теперь можно определить и э. д. с. Е, которая будет нужна в дальнейшем:

где N — число проводников обмотки якоря; множитель 2 в знаменателе показывает, что общий ток якоря I от коллекторной пластины разветвляется между двумя проводниками обмотки и через каждый проводник проходит только половина тока; произведение πD выражает длину окружности якоря.

Таким образом, линейная нагрузка показывает, сколько ампер приходится на 1 м длины окружности якоря. Линейную нагрузку А и магнитную индукцию в воздушном зазоре В называют электромагнитными нагрузками. Они показывают, насколько сильно нагружен электродвигатель в электрическом и магнитном отношениях. Из (4-1) видно, что чем больше произведение АВ, тем меньше будут размеры якоря. Но значения А и В не должны превосходить определенного предела, так как иначе электродвигатель будет сильно нагреваться при работе.

Однако нагрев электродвигателя зависит не только от электромагнитных нагрузок, но и от времени его работы. Некоторые электродвигатели работают длительное время без остановки, например электродвигатели вентиляторов. Другие электродвигатели работают с перерывами, во время которых они успевают остыть, например электродвигатели моделей подъемных кранов, электропроигрывателей, пылесосов. Работа электродвигателей с перерывами называется повторно-кратковременной. Это значит, что электродвигатель включается на короткое время, затем происходит перерыв и электродвигатель снова включается.

Продолжительность включения такого электродвигателя выражается в процентах от определенного периода, который принимают за 10 мин. Например, если электродвигатель работает за один период 2,5 мин, а остальное время стоит, то продолжительность включения равна 25%. Если электродвигатель работает 4 мин, то продолжительность включения 40%.

Выбор линейной нагрузки и магнитной индукции производится по кривым рис. 4-3, где по горизонтальной оси отложены отношение номинальной мощности к номинальной частоте вращения. На рис. 4-3 даны значения А и В для электродвигателей с длительным режимом работы. Например, если электродвигатель мощностью 80 Вт при частоте вращения 4000 об/мин длительно работает с полной нагрузкой, то отложим на горизонтальной оси значение 80/4 000=20 10 -3 . На вертикальной линии отсчитываем значение линейной нагрузки А =9 000 А/м и индукции в воздушном зазоре В = 0,35 Т.

При повторно-кратковременном режиме работы с продолжительностью включения 25% можно значения электромагнитных нагрузок увеличить на 30%, т. е. взять их в 1,3 раза больше. Тогда

А = 9000 1,3= 11 700 А/м,

а магнитная индукция

В = 0,35 1,3 = 0,455 Т.

Обозначим l/D=e. Значение е для малых электродвигателей находится в пределах от 0,4 до 1,6. Если надо получить электродвигатель с меньшей длиной, но с большим диаметром, то берем е=0,4. Наоборот, если электродвигатель должен помеситься в трубу небольшого диаметра, то выбираем е=1,6. Если размеры электродвигателя не связаны какими-либо условиями, то обычно берут е=1. Вводя отношение l/D = e в левую часть (4-1), освобождаемся от одного неизвестного l и (4-1) имеет вид:

Определив D, находим l=De. Таким образом определены главные размеры электродвигателя.

Теперь перейдем к расчету обмотки якоря. Для этого надо определить магнитный поток электродвигателя.

Если магнитную индукцию в воздушном зазоре умножить на площадь, через которую силовые линии входят в якорь, то получим магнитный поток электродвигателя, который обозначим греческой буквой Ф (фи):

Магнитный поток измеряется в веберах. Греческой буквой τ (тау) обозначено полюсное деление, т. е. часть окружности якоря, приходящаяся на один полюс. В двухполюсном электродвигателе полюсное деление τ=πD/2. Греческой буквой а (альфа) обозначено, какую часть полюсного деления занимает дуга полюса b т (рис. 4-5). Обычно принимают а = 0,65. Таким образом, произведение аτl дает площадь полюса, обращенную в сторону якоря.

Число пазов якоря определяют из соотношения Z≈3D, в котором диаметр якоря выражен в сантиметрах. Рекомендуется брать ближайшее к полученному нечетное число. Число проводников якоря определяется по формуле

Число проводников в одном пазу N z =N/Z. Полученное при расчете число N z надо округлить до ближайшего к нему целого четного числа, чтобы можно было наматывать обмотку в два слоя. Выбор числа пазов и числа проводников будет ясен из числового примера расчета электродвигателя.

Сечение провода для обмотки якоря можно определить, разделив ток в проводнике на плотность тока. Плотность тока показывает, сколько ампер проходит через каждый квадратный миллиметр сечения провода, и обозначается греческой буквой А (дельта). Таким образом, сечение провода, мм 2 ,

Плотность тока для самодельных электродвигателей постоянного тока следует выбирать в пределах от 6 до 12 А/мм 2 . У маленьких двигателей с большой частотой вращения плотность тока берется ближе к верхнему рекомендованному значению. У более крупных двигателей с меньшей частотой вращения — ближе к нижнему значению.

Это сечение провода s является предварительным. Во втором столбце табл. 4-1 нужно найти сечение стандартного провода, которое наиболее близко подходит к вычисленному. В первом столбце этой таблицы найдем диаметр провода d. Отсутствие провода требуемого диаметра не может помешать изготовлению электродвигателя, так как имеются большие возможности для замены провода. Прежде всего один провод можно заменить двумя проводами, если сечение этих проводов будет такое же, как у заменяемого провода. Сечение провода зависит от квадрата его диаметра, значит, у провода сечением в 2 раза меньше диаметр будет в √2 раза меньше. Например, вместо провода диаметром 0,29 мм можно взять два провода диаметром 0,2 мм. При этом плотность тока почти не изменится, но число проводов в пазу возрастет в 2 раза. Плотность заполнения паза проводами также возрастет, так как каждый провод имеет двухслойную изоляцию. Наматывать такую обмотку будет труднее. Можно один провод заменить двумя с разными диаметрами. Например, вместо провода диаметром 0,29 мм можно взять два провода: один диаметром 0,31 мм, а другой диаметром 0,27 мм. Как видно из табл. 4 1, сумма сечений двух заменяющих проводов равна сечению заменяемого провода:

0,075 + 0,057=0,132 мм 2 .

Выбрав окончательно диаметр провода d, надо по табл. 4-2 определить диаметр изолированного провода d из, прибавив двустороннюю толщину δ из изоляции:

Определим размеры паза. Сечение паза S, мм 2 , необходимое для размещения проводников обмотки, можно вычислить по формуле:

где k з —коэффициент заполнения паза, показывающий, насколько плотно проводники заполняют паз.

Чем меньше коэффициент заполнения, тем больше должна быть площадь паза. Чем больше взят коэффициент заполнения и чем толще изоляция паза, тем труднее наматывать обмотку. В самодельных электродвигателях рекомендуется изолировать паз ной гильзой 2 из электрокартона толщиной 0,2 мм. Сверху обмотки в паз устанавливают клин 3 из картона толщиной 0,3 мм (рис. 4-4). В расчетах можно брать коэффициент заполнения k 3 =0,4.

В электродвигателях заводского изготовления пазы имеют сложную грушевидную форму (см. рис. 2-10), чтобы в них можно было разместить больше проводников, не ослабляя толщины зубцов между пазами. В самодельных электродвигателях легче всего просверлить круглые пазы в спрессованном сердечнике якоря (рис. 4-5).

Диаметр паза определится по его сечению:

Расстояние между центрами соседних пазов, мм,

а толщина зубца, мм,

Толщина зубца в узком месте должна быть не менее 2 мм. Если по расчету толщина зубца получается меньше 2 мм, надо увеличить диаметр якоря. Прорезь паза а должна быть на 1 мм больше диаметра изолированного провода.

Число коллекторных пластин в электродвигателях на низкое напряжение (12 В и ниже) берется равным числу пазов якоря. Укладка обмотки якоря в пазы и соединение их с коллекторными пластинами описаны в гл. 5. Сечение угольно-графитовой щетки S щ, см 2 , выбирается по формуле:

где? щ — плотность тока под щеткой, ? щ =5÷8 А/см 2 .

На этом расчет якоря заканчивается.

Переходим к расчету магнитной системы и обмотки возбуждения. Для самодельного электродвигателя проще всего применить магнитную систему открытого типа (рис. 4-5). При расчете прежде всего определяют воздушный зазор δ между якорем и полюсами. В машинах постоянного тока величина воздушного зазора определяется по формуле

Угол полюсной дуги можно найти по значению а = 0,65. Половина окружности занимает 180°; следовательно, а=180° 0,65= 117°, округляем до 120°.

Размеры магнитопровода рассчитывают по рекомендованным магнитным индукциям на его участках. При расчете сечения полюсов и станины магнитный поток увеличивают на 10%, так как часть линий замыкается между сторонами станины, минуя якорь. Поэтому магнитный поток полюсов и станины Ф ст =1,1 Ф.

Индукцию в станине принимают B ст =0,5 Т. Длину силовой линии в станине L ст определяют по эскизу (рис. 4-5). Здесь пунктирной линией показан путь магнитного потока. Он состоит из следующих участков: два воздушных зазора, два зубца, якорь и станина. Чтобы узнать, какую н. с. должна создать катушка возбуждения, надо рассчитать н. с. (Iw) для каждого из этих участков и затем все их сложить. Начнем расчет н. с. с воздушного зазора.

Намагничивающая сила двух воздушных зазоров:

где δ — воздушный зазор с одной стороны якоря, м; k δ —коэффициент воздушного зазора, учитывающий, насколько увеличивается магнитное сопротивление воздушного зазора вследствие наличия на якоре прорезей пазов; можно считать k δ =1,1; В — индукция в воздушном зазоре, Т.

Для определения н. с. зубцов якоря надо знать индукцию в зубце. Толщина зубца определяется по (4-12). Магнитный поток входит в зубец через часть окружности якоря, которую занимают одна коронка зубца и одна прорезь паза. Она называется зубцовым делением t 1 и и определяется по формуле

Индукция в зубце будет во столько раз больше индукции в воздушном зазоре, во сколько раз толщина зубца меньше зубцового деления. Кроме того, надо учесть, что часть длины якоря занята изоляционными прослойками между листами стали якоря, которые составляют около 10%. Поэтому индукцию в зубце можно определить по формуле

Этой индукции по табл. 4-3 соответствует напряженность поля Н z . Для расчета н. с. на две высоты зубца надо Н z умножить на двойную высоту зубца. Однако, учитывая, что при круглых пазах индукция в верхней и нижней частях зубца снижается, умножим Н z на высоту одного зубца lw z =H z h z .

При расчете индукции в сердечнике якоря следует учесть, что магнитный поток в нем разветвляется, и поэтому на одно сечение приходится только половина потока. Сечение сердечника якоря по рис. 4-5 равно расстоянию от основания паза до вала, умноженному на длину якоря l:

Надо учесть также изоляционные прослойки между листами. Таким образом, индукция в сердечнике якоря

Этой индукции по табл. 4-3 соответствует Н я. Намагничивающая сила сердечника якоря:

где L я — длина силовой линии в сердечнике, м, согласно рис. 4-5:

Как видно на рис. 4-5, у этого электродвигателя нет выступающих полюсов, так как они слились со станиной. Поэтому расчет неподвижной части магнитопровода сводится к расчету станины. Ширина станины определяется по заданной индукции B=0,5 Т, м,

Напряженность поля Н ст для индукции 0,5 Т находим в табл. 4-3. При определении длины силовой линии в станине мы встречаемся с затруднением, так как длина боковой стороны станины зависит от толщины катушки, а ее мы еще не знаем. Поэтому возьмем толщину катушки b к =30 δ, где δ — воздушный зазор. Зависимость между толщиной катушки и зазором объясняется тем, что от величины зазора главным образом зависит н. с. катушки, а следовательно, и размеры катушки. Определив по эскизу длину силовой линии в станине L ст, можно рассчитать н. с. станины:

Теперь сложим н. с. всех участков:

Такую н. с. должна создать катушка при холостом ходе электродвигателя. Но при нагрузке, когда ток в якоре будет расти, появится размагничивающее действие магнитного поля якоря. Поэтому н. с. катушки должна иметь некоторый запас, который подсчитывается по формуле

Таким образом, н. с. катушки при нагрузке электродвигателя

Через катушку возбуждения будет проходить ток якоря, а потому число витков катушки будет w = Iw/I.

Для определения сечения провода надо силу тока разделить на плотность тока. Она берется меньше, чем для обмотки якоря, так как витки катушки неподвижны и потому хуже охлаждаются.

Сечение провода катушки, мм 2 , s = I/?.

По табл. 4-1 находим ближайшее стандартное сечение и диаметр провода. Выбрав марку провода, по табл. 4-2 находим диаметр изолированного провода d пз. Чтобы узнать толщину катушки, надо знать площадь, мм 2 , занимаемую витками катушки, которую можно определить по формуле

Разделив площадь на длину катушки, которая на эскизе обозначена l к, получим толщину катушки, мм,

Итак, по номинальным данным электродвигателя, которые выражаются всего тремя числами, пользуясь формулами и таблицами, мы определили все размеры электродвигателя, необходимые для его изготовления. Рассчитанный электродвигатель будет надежно работать, и его нагрев не выйдет из допускаемых норм. В этом ценность расчета электродвигателя. Разве можно было бы «угадать» все эти размеры без расчетов? Вероятно, электродвигатель пришлось бы несколько раз переделывать, чтобы получить удовлетворительный результат, потратив на эти переделки в несколько раз больше времени, чем на расчет, не говоря уже об испорченных материалах. Кроме того, в процессе расчета вы получите навык по техническим расчетам и знания по теории электрических машин.

Н.В. Виноградов, Ю.Н. Виноградов
Как самому рассчитать и сделать электродвигатель
Москва 1974