4-7. ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Номинальные данные электродвигателя: Р=5 Вт, U=12 В, n=4 000 об/мин.

По кривой рис. 4-2 определяем к. п. д. электродвигателя, равный 30%. По (4-2) определяем расчетную мощность электродвигателя:

Для нахождения значений A и В по кривым рис. 4-3 вычислим отношение мощности электродвигателя к скорости вращения, выраженной в тысячах оборотов в минуту. Для данного электродвигателя это отношение составляет 5:4 = 1,25. Отложив это число на горизонтальной оси рис. 4-3, находим значение линейной нагрузки A =5000 А/м. Аналогично находим значение индукции в воздушном зазоре В=0,22 Т. Примем отношение e = l/D= 1. Подставив числовые значения расчетных величин в (4-6), найдем диаметр якоря:

При е=1 длина якоря

Сила тока якоря по формуле (4-3)

Электродвижущая сила обмотки якоря по формуле (4-4)

Полюсное деление якоря

Магнитный поток по формуле (4-7)

Число проводников обмотки якоря по (4-8)

Число пазов якоря Z = 3•2,6=7,8; округляем до ближайшего нечетного числа, Z= 7.

Число проводников в пазу N_z =620/7=88,8; округляем до ближайшего четного числа, N_z=88:

Сечение проводника обмотки якоря при ?==8 А/мм²

Число пазов статора для электродвигателей с отключаемой пусковой обмоткой выбирают кратным шести. Для электродвигателей мощностью До 10 Вт можно взять 12 пазов статора. Из них 8 пазов будут заняты рабочей обмоткой, а 4 — пусковой. Для электродвигателей большей мощности берут 18 пазов. Из них 12 пазов занимает рабочая обмотка и 6 пазов — пусковая.

Число витков рабочей обмотки

Число проводников в пазу рабочей обмотки:

где Z_p — число пазов, занимаемых рабочей обмоткой.

Ток, А, в рабочей обмотке

Сечение провода, мм², рабочей обмотки

Диаметр провода и толщину изоляции берем по табл. 4-1 и 4-2. Размеры пазов определяют аналогично расчету пазов электродвигателей постоянного тока.

Пусковая обмотка занимает ¹/₃ пазов статора. Число витков пусковой обмотки зависит от того, какой элемент включается при пуске последовательно с пусковой обмоткой. Если в качестве пускового элемента служит активное сопротивление, то число витков пусковой обмотки берут в 3—4 раза меньше числа витков рабочей обмотки. Но она занимает в 2 раза меньше пазов. Следовательно, в каждом пазу будет в 1,5—2 раза меньше проводников, чем в пазу рабочей обмотки. Диаметр провода для пусковой обмотки можно взять меньше, чем для рабочей обмотки, так как пусковая обмотка включается на короткий промежуток времени. Если в качестве пускового элемента применяется конденсатор, то число витков пусковой обмотки берут равным числу витков рабочей обмотки. А так как она занимает в 2 раза меньше пазов, то в каждом пазу пусковой обмотки будет в 2 раза больше проводников, чем в пазу рабочей обмотки. Поэтому сечение провода пусковой обмотки надо взять в 2 раза меньше. Схема обмотки составляется по § 3-6.

Число пазов ротора выбирают в зависимости от числа пазов статора. При 12 пазах статора можно взять 9 пазов ротора, при 18 пазах статора — 15 пазов ротора. Диаметр паза ротора выбирается из расчета, чтобы общее сечение стержней ротора было в 1,5—2 раза больше общего сечения проводников рабочей обмотки статора. В пазы ротора забивают медные стержни, которые припаивают к замыкающим кольцам на торцах ротора. Сечение замыкающего кольца должно быть примерна втрое больше сечения стержня.

Пусковой момент электродвигателя зависит от сопротивления обмотки ротора. Поэтому для электродвигателей с большим пусковым моментом следует стержни ротора делать из латуни или бронзы.

Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных электродвигателях следует брать по возможности меньшим, чтобы только ротор не задевал за статор. Чем больше зазор, тем больший ток потребуется для создания магнитного потока. В электродвигателях заводского изготовления зазор берут 0,25 мм на сторону. В самодельных электродвигателях при таком малом зазоре возможно задевание ротора за статор. Поэтому зазор приходится брать 0,3 или даже 0,4 мм.

Активное сопротивление или емкость конденсатора, применяемые в качестве пусковых элементов, рекомендуется подобрать опытным путем при испытаниях изготовленного электродвигателя. По опыту изготовленных электродвигателей активное пусковое сопротивление примерно вдвое больше сопротивления пусковой обмотки.

Сопротивление пусковой обмотки можно определить следующим образом. Средняя длина витка пусковой обмотки приблизительно равна четырехкратной длине статора. Развернутую длину обмотки можно узнать, умножив длину среднего витка на число витков. Сопротивление обмотки можно определить по табл. 4-1, в которой указано сопротивление 100 м провода.

Емкость пускового конденсатора для электродвигателя при напряжении 120 В должна быть порядка 3—10 мкФ. Следует иметь в виду, что на зажимах конденсатора образуется напряжение, значительно превосходящее напряжение осветительной сети. Поэтому при конденсаторном пуске электродвигателя надо принимать меры предосторожности. Зажимы конденсатора нельзя оставлять открытыми. Конденсаторы надо выбирать на тройное напряжение электродвигателя во избежание их пробоя. Конденсаторы целесообразно применять только для электродвигателей, работающих от осветительной сети. При понижении напряжения необходимая емкость конденсатора повышается квадратично. Поэтому для электродвигателей напряжением 12 В пришлось бы взять конденсаторы огромной емкости.

4-13. ПРИМЕР РАСЧЕТА ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ПУСКОВОЙ ОБМОТКОЙ

Номинальные данные: мощность 3 Вт, напряжение 120 В, частота вращения (синхронная) 3 000 об/мин, работа электродвигателя повторно-кратковременная при продолжительности включения 25%,

По кривой рис. 4-9 произведение ηcosφ=0,08.

Расчетная мощность электродвигателя определяется по (4-33):

Наружный диаметр статора определяется по (4-34):

Для упрощения изготовления возьмем форму статора в виде квадрата (рис. 4-10).

Внутренний диаметр статора определяется по (4-35);

Длина статора

Полюсное деление

Число пазов ротора принимаем равным 9.

Общее сечение меди в пазах рабочей обмотки статора

Общее сечение меди в пазах ротора

Сечение стержня ротора

Диаметр стержня ротора

Диаметр паза ротора с припуском на забивку стержней

Диаметр окружности, на которой расположены центры пазов ротора:

Расстояние между соседними пазами

Толщина зубца в узком месте

Скос паза на одно пазовое деление статора, т. е. на 30°.

4-14. РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Расчет конденсаторного электродвигателя имеет некоторые особенности по сравнению с расчетом электродвигателя с пусковыми обмотками. У конденсаторного электродвигателя обе обмотки остаются все время включенными.

При определении расчетной мощности произведение ηcosφ для конденсаторного электродвигателя берут равным 0,5. Для получения симметричной обмотки число пазов статора берут кратным восьми. Половину пазов занимает рабочая обмотка, а другую половину — вспомогательная обмотка. На рис. 3-13 показана схема обмотки статора конденсаторного электродвигателя. Сплошными линиями показаны катушки рабочей обмотки, а пунктирными — катушки вспомогательной обмотки. Обе обмотки можно выполнить совершенно одинаковыми, т. е. из одного и того же провода с одинаковым числом витков.

Ток в каждой обмотке определяется по формуле

В остальном расчет конденсаторного электродвигателя аналогичен расчету электродвигателя с пусковыми обмотками.

Конденсаторный электродвигатель может быть выполнен как с короткозамкнутой обмоткой ротора, так и с массивным ротором. В качестве пускового элемента обычно применяется второй конденсатор. Емкость пускового конденсатора примерно в 3 раза больше емкости рабочего конденсатора в цепи вспомогательной обмотки.

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