Електричні мікродвигуни. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електродвигуни

 Коментарі до статті

Зазвичай електричні двигуни ділять на три групи: великої, середньої та малої потужностей. Для двигунів малої потужності (будемо називати їх мікродвигунами) верхню межу потужності не встановлюють, зазвичай це кілька сотень ват. Мікродвигуни широко використовують у приладах та апаратах побутового призначення (зараз у кожній сім'ї є кілька мікродвигунів - у холодильниках, пилососах, магнітофонах, програвачах тощо), вимірювальній техніці, системах автоматичного регулювання, авіації та космічній техніці та інших галузях людської діяльності.

Перші електродвигуни постійного струму з'явилися ще 30-ті роки ХІХ століття. Великий крок у розвитку електродвигунів було зроблено в результаті винаходу у 1856 р. німецьким інженером Сіменсом двоякорного перетворювача та відкриття ним у 1866 р. динамоелектричного принципу. У 1883 р. Тесла, а 1885 р. Феррарі незалежно друг від друга винайшли асинхронний двигун змінного струму. У 1884 р. Сіменс створив колекторний двигун змінного струму із послідовною обмоткою збудження. У 1887 р. Хазельвандер і Доливо-Добровольський запропонували конструкцію ротора з короткозамкнутою обмоткою типу "біляча клітина", що спростило конструкцію двигуна. У 1890 р. Хітін і Лебланк вперше використовували фазозсувний конденсатор.

У побутових електроприладах електродвигуни почали використовувати з 1887 р. – у вентиляторах, з 1889 р. – у швейних машинах, з 1895 р. – у бормашинах, з 1901 р. – у пилососах. Однак до теперішнього часу потреба в мікродвигуна виявилася настільки великою (у сучасній відеокамері використовується до шести мікродвигунів), що виникли спеціалізовані фірми та підприємства з їхньої розробки та виробництва. Розроблено велику кількість типів мікродвигунів, кожному з яких присвячена стаття цієї серії.

Асинхронні мікродвигуни

Однофазні асинхронні мікродвигуни є найбільш поширеним типом, вони задовольняють вимогам більшості електроприводів приладів та апаратів, відрізняючись низькою вартістю та рівнем шуму, високою надійністю, не потребують догляду та не містять рухомих контактів.

включення. Асинхронний мікродвигун може бути з одним, двома або трьома обмотками. В однообмоточному двигуні немає початкового пускового моменту, і його запуску потрібно використовувати, наприклад, пусковий двигун. У двообмотувальному двигуні одна з обмоток, звана головною, безпосередньо підключається до мережі живлення (рис.1).

Для створення пускового моменту в іншій, допоміжній обмотці повинен протікати струм, зрушений по фазі щодо струму в головній обмотці. Для цього послідовно з допоміжною обмоткою включають додатковий резистор, який може мати активний, індуктивний або ємнісний характер.

Найбільш часто ланцюг живлення допоміжної обмотки включають конденсатор, отримуючи при цьому оптимальний кут зсуву фаз струмів в обмотках, рівний 90° (рис.1,б). Конденсатор, що постійно включений у ланцюг живлення допоміжної обмотки, називається робочим. Якщо при запуску двигуна необхідно забезпечити підвищений пусковий момент, паралельно робочому конденсатору Св на час пуску включають пусковий конденсатор Са (рис.1,в). Після розгону двигуна до частоти обертання пусковий конденсатор відключається за допомогою реле або відцентрового вимикача. Насправді частіше використовують варіант рис.1,б.

Ефект зсуву фаз можна одержати шляхом штучного збільшення активного опору допоміжної обмотки. Це досягається включенням додаткового резистора, або виготовленням допоміжної обмотки з високоомного дроту. Через підвищений нагрів допоміжної обмотки останню після запуску двигуна відключають. Такі двигуни дешевші і надійніші за конденсаторні, хоча і не дозволяють забезпечити фазовий зсув струмів обмоток в 90°.

Для реверсу напрямку обертання валу двигуна в ланцюг живлення допоміжної обмотки слід включити котушку індуктивності або дросель, внаслідок чого струм у головній обмотці випереджатиме по фазі струм у допоміжній обмотці. Насправді цей спосіб застосовується рідко, оскільки зсув фаз виходить незначним через індуктивного характеру опору допоміжної обмотки.

Найчастіше використовують спосіб фазового зсуву між основною та допоміжною обмотками, що полягає у замиканні допоміжної обмотки. Головна обмотка має магнітний зв'язок з допоміжною, завдяки чому при підключенні головної обмотки до мережі живлення у допоміжній наводиться ЕРС і виникає струм, що відстає по фазі від струму головної обмотки. Ротор двигуна починає обертатися у напрямку від головної до допоміжної обмотки.

Триобмотувальний трифазний асинхронний двигун можна використовувати в режимі однофазного живлення. На рис.2 показано включення триобмотувального двигуна за схемами "зірка" та "трикутник" в однофазний режим роботи (схеми Штейнмеца). Дві з трьох обмоток безпосередньо включені в мережу живлення, а третя підключена до напруги живлення через пусковий конденсатор. Для створення необхідного пускового моменту послідовно з конденсатором необхідно включати резистор, опір якого залежить параметрів обмоток двигуна.

Обмотки. На відміну від триобмотувальних асинхронних двигунів, для яких характерні симетричне просторове розташування та однакові параметри обмоток на статорі, у двигунах з однофазним живленням головна та допоміжна обмотки мають різні параметри. Для симетричних обмоток кількість пазів на полюс та фазу можна визначити з виразу:

q = N / 2pm,

де N – кількість пазів статора; m – кількість обмоток (фаз); р – кількість полюсів.

У квазісиметричних обмотках кількість пазів і ширина обмоток відрізняються незначно, тоді як активний та індуктивний опір головної та допоміжної обмоток мають різні значення.

У несиметричних обмотках кількість пазів, зайнятих кожною обмоткою, змінюється істотно. Тому головна та допоміжна обмотки мають різну кількість витків. Характерним прикладом є 2/3-1/3 обмотка (рис.3), у якій 2/3 пазів статора займає головна, а 1/3 - допоміжна обмотка.

Конструкція. На рис.4 показано переріз двигуна із двома зосередженими або котушковими обмотками, розташованими на полюсах статора.

Кожна обмотка (головна 1 та допоміжна 2) утворена двома котушками, розташованими на протилежних полюсах. Котушки надягають на полюси і вставляють у ярмо машини, що має в даному випадку квадратну форму. З боку робочого повітряного зазору котушки утримуються спеціальними виступами, що виконують функцію полюсних черевиків 3. Завдяки їм крива розподілу індукції магнітного поля робочому повітряному зазорі наближається до синусоїди. Без цих виступів форма зазначеної кривої близька до прямокутної. Як фазозсувний елемент для такого двигуна можна використовувати як конденсатор, так і резистор. Можна також закорочувати допоміжну обмотку. У цьому випадку двигун перетворюється на асинхронну машину з розщепленими полюсами.

Двигуни з розщепленими полюсами використовуються найчастіше завдяки своїй конструктивній простоті, високій надійності та низькій вартості. Такий двигун також має на статорі дві обмотки (рис.5).

Головна обмотка 3 виготовлена ​​у вигляді котушки і включена безпосередньо в мережу живлення. Допоміжна обмотка 1 закорчена коротко і містить від одного до трьох витків на полюс. Вона охоплює частину полюса, чим пояснюється назва двигуна. Допоміжна обмотка виготовлена ​​з мідного дроту круглої або плоскої форми перетином кілька квадратних міліметрів, який згинається у витки відповідної форми. Потім кінці обмотки з'єднують за допомогою зварювання. Ротор двигуна виконаний короткозамкненим, причому на його торцях кріплять ребра охолодження, які покращують відведення тепла та від обмоток статора.

Варіанти конструктивного виконання двигунів із розщепленими полюсами показані на рис.6 та 7.

У принципі, головна обмотка може розташовуватися симетрично або асиметрично щодо ротора. На рис.6 зображена конструкція двигуна з асиметричною головною обмоткою 5 (1 - кріпильний отвір; 2 - магнітний шунт; 3 - короткозамкнена обмотка; 4 - отвори кріплення та юстування; 6 - каркас обмотки; 7 - ярмо). Такий двигун має значне розсіювання магнітного потоку у зовнішньому магнітному ланцюзі, тому його ККД не перевищує 10-15% і його виготовляють на потужність не більше 5-10 Вт.

З погляду технологічності двигун із симетрично розташованою головною обмоткою є складнішим. У двигунах потужністю 10-50 Вт використовують складовий статор (рис.7, де: 1 - кільце ярма; 2 - короткозамкнене кільце; 3 - полюс; 4 - ротор з обмоткою "біляча клітина"; 5 - магнітний шунт). Зважаючи на те, що полюси двигуна охоплені ярмом і обмотки розташовані всередині магнітної системи, магнітні потоки розсіювання тут значно менші, ніж у конструкції на рис.6. ККД двигуна 15-25%.

Для зміни частоти обертання двигуна із розщепленими полюсами використовують схему з перехресними полюсами (рис.8). У ній досить просто реалізується перемикання числа пар полюсів обмотки статора, для зміни яких достатньо відповідно до включеної обмотки включити зустрічно. У двигунах з розщепленими полюсами використовується також принцип регулювання частоти обертання, що полягає в перемиканні котушок обмотки з послідовного з'єднання на паралельне.

Синхронні мікродвигуни

Синхронні двигуни з однофазним живленням застосовують у годинниках, лічильниках, реле часу, системах регулювання та управління, вимірювальних приладах, звукозаписній апаратурі і т.д. У синхронному двигуні створюється магнітне поле, що обертається, частота обертання якого постійна і не залежить від зміни навантаження. Як і в асинхронному двигуні з однофазним живленням, в синхронному двигуні створюється еліптичне магнітне поле, що обертається. При перевантаженні синхронні мікродвигуни випадають із синхронізму. Після подачі на них напруги живлення необхідно створити умови, за яких двигун розженеться і втягнеться в синхронізм. Розрізняють реактивні, гістерезисні синхронні двигуни, а також двигуни із збудженням від постійних магнітів.

реактивні двигуни

При потужності до 100 Вт синхронний двигун виготовляють з двома обмотками - головною та допоміжною, послідовно з останньою включають фазозсувний конденсатор. Статор синхронного реактивного двигуна конструктивно відрізняється від статора асинхронного двигуна. На роторі синхронного двигуна розташована короткозамкнена обмотка ("біляча клітина"), що забезпечує надійний запуск синхронного мікродвигуна. До частоти обертання, близької до синхронної, двигун розганяється як асинхронний, а потім самостійно втягується в синхронізм, а ротор продовжує обертатися із синхронною частотою обертання. Конструкція ротора синхронного двигуна показано на рис.9.

По його колу з рівномірним кроком розташовані пази (рис.9, а), причому глибина пазів в 10-20 разів перевищує довжину повітряного робочого зазору. У ці пази заливають алюміній, і утворені таким чином стрижні обмотки ротора замикаються коротко за допомогою кілець з алюмінію, що приварюються з двох сторін до кінців стрижнів. При тому самому значенні споживаної з мережі реактивної потужності корисний момент на валу синхронного двигуна в два рази менше моменту на валу асинхронного двигуна. ККД та cosf синхронного двигуна також гірше, ніж у асинхронного. Це тим, що робочий повітряний зазор у синхронного двигуна більше, ніж в асинхронного.

Змінюючи провідність окремих ділянок магнітного кола двигуна, можна направити магнітний потік у потрібному напрямку. Цього можна досягти за допомогою спеціальних порожнин у магнітно-м'якому матеріалі, що заливаються алюмінієвим сплавом. На рис.9 б показаний двополюсний ротор, виготовлений подібним способом. В цьому випадку довжина робочого повітряного зазору, як і у асинхронного двигуна, зберігається незмінною по всьому колу статора. Потужність такого синхронного двигуна близька до асинхронного потужності з однофазним живленням.

Гістерезисні двигуни

У конструктивному відношенні статор гістерезисного двигуна не відрізняється від статорів раніше розглянутих двигунів (асинхронного, синхронного реактивного). При низькій частоті обертання гістерезисного двигуна його статор виготовляють з кігтеподібними полюсами (рис.10).

Він містить ярмо 1 з обмоткою, причому її котушки чергуються вздовж кола статора, утворюючи при цьому послідовність електромагнітів з полярністю, що чергується (NSNS...); 2 - кігтеподібні полюси; 3 - втулку із синтетичного матеріалу; 4 - потік розсіювання; 5 - корисний магнітний потік; 6 – ротор; 7 - кільцеву обмотку; 8 – каркас обмотки. З боків котушок встановлені пластини для замикання магнітного потоку. При підключенні обмотки статора до мережі живлення в робочому повітряному зазорі створюється багатополюсне магнітне поле.

На рис.11 показані чотири розташованих один за одним полюси (1 - головний північний; 2 - допоміжний північний; 3 - короткозамкнене кільце; 4 - кільцева обмотка збудження; 5 - головний південний полюс; 6 - допоміжний південний полюс). Короткозамкнуті кільця (або обмотки), розташовані концентрично щодо котушки статора обмотки, мають різні коефіцієнти зв'язку з головними і допоміжними полюсами. Таким чином, забезпечується фазовий зсув магнітних потоків зазначених полюсів, наслідком якого є поява еліптичного магнітного поля, що обертається.

На роторі встановлено кільце з феромагнітного матеріалу з широкою петлею гістерези. Коерцитивна сила цього матеріалу повинна бути меншою, ніж у магнітно-твердих матеріалів, що використовуються для виготовлення постійних магнітів. В іншому випадку для перемагнічування кільця знадобиться потужне магнітне поле. На кільці ротора є вікна, кількість яких відповідає кількості полюсів статора, завдяки чому забезпечується синхронне обертання ротора за рахунок реактивного моменту.

Двигуни із збудженням від постійних магнітів

Синхронний двигун, що містить ротор із постійних магнітів, конструктивно схожий на двигун з кігтеподібними полюсами (рис.10). Основна перевага двигуна з постійними магнітами перед гістерезисними полягає в тому, що момент, що розвивається, при тих же габаритах в 20-30 разів більше моменту гістерезисного двигуна. До того ж, двигуни з постійними магнітами є більш надійними. Для запуску двигуна потрібно привести його ротор у рух, тому навантаження не повинно приєднуватись до валу за допомогою жорсткого зв'язку. Двигуни невеликої потужності містять ротор з кільцем з постійного феритового магніту, яке при невеликій кількості полюсів намагнічується в радіальному напрямку.

При великій кількості полюсів ротор намагнічується в аксіальному напрямку і має кігтеподібні полюси (рис.12), де 1 кільце постійного магніту; 2 – втулка. Конструкція статора, що використовується, в двигунах великої потужності практично не відрізняється від конструкції статора асинхронного двигуна з розподіленою обмоткою. Конструкції ротора у своїй дуже різноманітні.

На рис.13 зображено три варіанти конструктивного виконання чотириполюсних синхронних двигунів із збудженням від постійних магнітів. На рис.13,а для двигунів використовується ферит барію, на рис.13,б - сплав на основі з'єднання рідкісноземельних елементів і кобальту, на рис13,в - сплав альнико (1 - обмотка типу "біляча клітина"; 2 - постійні магніти; 3 – магнітні шунти).

Для забезпечення асинхронного пуску всі ротори мають короткозамкнену стрижневу обмотку, як і асинхронному двигуні.

Універсальні двигуни

Колекторні двигуни з послідовним збудженням називають універсальними, оскільки вони можуть працювати як від постійної мережі, так і від мережі змінного струму. Вони утворюють найважливішу групу мікромашин. Частота обертання двигуна не залежить від частоти напруги живлення, внаслідок чого ці двигуни, на відміну від асинхронних, можуть мати частоту обертання більше 3000 об/хв. Перевагою універсальних двигунів є простота регулювання частоти обертання шляхом перемикання відпайок послідовної обмотки збудження або фазовим регулюванням за допомогою симісторів. Як недолік можна відзначити більш високу вартість універсального двигуна порівняно з асинхронним, обумовлену наявністю обмотки на роторі та щітково-колекторного вузла (який до того ж створює додатковий шум і швидко зношується).

Конструкція. Універсальні двигуни мають двополюсне виконання. Для зменшення втрат від вихрових струмів магнітопроводи статора та ротора виконуються шихтованими.

На рис.14 показано кілька варіантів конструктивного виконання статора двигуна: рис.14,а - статор з машинним виготовленням обмотки; рис.14,б - статор з обмоткою збудження, виготовленою та укладеною вручну; рис.14,в - статор з двома винесеними обмотками збудження; рис.14,г - статор з однією винесеною обмоткою збудження. Обмотка статора (збудження) універсального двигуна зазвичай складається з двох секцій або котушок, між якими розташований якір, обмотка якого включена послідовно з обмоткою збудження. Намотувати обмотки якоря можна подвійним дротом. При прямокутній формі пазів ротора котушки мають паралельно один одному. Обмотка якоря складається з двох паралельних гілок, якими розподіляється струм двигуна, що проходить через щітки.

Особливу увагу в універсальному двигуні слід приділити щітковоколекторному вузлу.

Найчастіше використовуються конструкції щіткотримачів, показані на рис.15,а,б, конструкції рис.15,в,г більш дешеві і застосовуються в менш потужних двигунах, на рис.15,д показана щітка з запобіжниками 1 - тримач; 2 - щітка; 3 колектор; 4 - дросель фільтра; 5 вісь обертання; 6 - кільце; 7 - гачок; 8 - ламель з міді; 9 - паз; 10 - ізолятор; 11 - висновок; 12 ніпель з діелектрика). У тілі щітки є циліндрична порожнина. Конструкція щітки (рис.13, д) така, що при спрацьовуванні щітки до кінця порожнини ніпель упирається в поверхню колектора. Оскільки ніпель зроблений з ізоляційного матеріалу, контакт щітки з колектором порушується і подальша робота двигуна стає неможливою.

Особливості роботи на постійному струмі. При роботі двигуна від мережі постійного струму падіння напруги на обмотках якоря і збудження залежить тільки від їхнього активного опору, отже, за інших рівних умов напруга, струм, магнітний потік, ЕРС в обмотці якоря мають більше значення, ніж живлення від змінного струму. Це призводить до зміни частоти обертання двигуна. Якщо при живленні від мереж постійного та змінного струму потрібно, щоб двигун працював при одній частоті обертання, то в двигуні потрібно для режиму постійного струму мати більше витків в обмотці збудження.

Регулювання частоти обертання. Якщо в обмотці збудження зробити додаткові висновки, їх перемиканням можна змінювати частоту обертання (рис.16,а). При зменшенні числа витків частота обертання зростає. Другим способом є встановлення змінного резистора послідовно з обмотками двигуна (рис.16 б). При збільшенні опору резистора частота обертання двигуна зменшується. Третій спосіб - використання регулювального трансформатора (рис.16, в). Підвищення напруги живлення призводить до збільшення частоти обертання двигуна. Четвертий спосіб – шунтування змінним резистором обмотки якоря (рис.16, г). При зменшенні опору резистора зменшується кількість оборотів. Цей спосіб хороший тим, що при скиданні навантаження двигун не йде врознос.

Точне регулювання частоти обертання можна отримати в електронній схемі симисторной (рис.17). Симистор здійснює "відсічення" частини напівперіоду змінної напруги. Для реверсу двигуна необхідно змінити полярність підключення обмотки якоря або обмотки збудження.

Стабілізація частоти обертання. Універсальні двигуни мають дуже м'яку механічну характеристику, тобто. сильну залежність частоти обертання з моменту навантаження. Для стабілізації частоти обертання при змінному навантаженні використовують, зокрема, механічні регулятори. Наприклад, можна використовувати відцентровий вимикач, контакт якого включений паралельно додатковому резистори. Цей спосіб забезпечує стабільність частоти обертання в межах 1%, але тільки для того значення частоти обертання, на яке розрахований внутрішній вимикач. Тому все ширше використовують електронні регулятори.

В електронних регуляторах (рис.17) як сигнал зворотного зв'язку, пропорційного дійсному значенню частоти обертання, використовують, наприклад, ЕРС обмотки якоря. При збільшенні зазначеної величини збільшують кут регулювання симистора, що призводить до зменшення частоти обертання двигуна. Точність стабілізації за такого способу становить 10%. Існують складніші (але й дорожчі) способи.

Двигуни постійного струму із збудженням від постійних магнітів

В даний час такі двигуни випускають в основному з напругою живлення 12 В і використовують у приводах автомобілів, друкарських машин, медичному та побутовому обладнанні.

Конструкції Двигуни з постійними магнітами дуже різноманітні. Це пояснюється різними вимогами до робочих характеристик та вартості двигунів.

На рис.18,а показані елементи конструкції простих і дешевих двигунів з кільцевими магнітами із сполук фериту (1 - магнітисегменти; 2 - ротор; 3 - пакет статора; 4 - полюс; 5 - кільцевий магніт; 6 - радіальна намагніченість; 7 - діаметральна намагніченість;8 - прямокутний магніт). Ці магніти намагнічуються у радіальному чи аксіальному напрямку. Корпус двигуна виготовляють із шихтованого магнитомягкого матеріалу або у формі циліндра, або у вигляді горщика витягнутої форми. Корпус служить замикання магнітного потоку постійних магнітів. Пакет ротора набирають із листів електротехнічної сталі без добавок кремнію (товщиною 1 мм). Ротор розташовується в підшипниках, що самоцентрують, він містить невелику кількість пазів, що дозволяє знизити вартість обмотки якоря.

На рис.18 б показані елементи дорожчих конструкцій двигунів з постійними магнітами (де 9 - полюси; 10 - полюсні черевики). Вони використовують магнитотвердые матеріали альнико (Al, Ni, Co) і магніти, виготовлені з рідкісноземельних металів. Ці двигуни мають масивний корпус, а ротор виготовляють із високоякісної електротехнічної сталі. ККД таких двигунів перевищує 80%. Увімкнення двигуна. Якщо двигун постійного струму отримує живлення від акумуляторної батареї, то при необхідності регулювання його частоти обертання використовують імпульсні регулятори (рис.19,а, де U - напруга живлення; Uм імпульсна напруга; Ra, La та Ui - відповідно активний опір, індуктивність та ЕРС обмотки якоря;Фр - магнітний потік полюса).

На рис.19 б показані форма напруги Uм і струму i (t) в двигуні. Число оборотів двигуна прямо пропорційно шпаруватості імпульсів напруги, що включаються за допомогою тиристора або потужного транзистора.

Живлення двигуна постійного струму від мережі змінного струму здійснюють через випрямляч, включений за однофазною схемою мостової (рис.20). У цьому випадку керувати частотою обертання можна способом, описаним вище.

Ще одна можливість керування частотою обертання полягає у використанні щіток з регульованим положенням щодо якоря. Напруга живлення можна подавати на щітки, розташовані на геометричній нейтралі (а-а) або на одну з цих щіток і додаткову щітку а' (рис.21), розташовану під кутом відносно другої щітки. У цих двох випадках співвідношення частот обертання двигуна має вигляд

n₀/n = 2/(1 + cos β).

Двигуни постійного струму із немагнітним ротором. У серводвигунах і двигунах пристроїв автоматики часто пред'являють підвищені вимоги до значень електромагнітних або електромеханічних постійних часу, які повинні бути якнайменше. Для вирішення цього завдання розроблено два типи конструкцій двигунів: 1) з порожнистим або дзвоноподібним; 2) із дисковим ротором. Перші випускають на потужність 1 – 20 Вт, другі – на потужність понад 20 Вт.

У двигунах з порожнистим ротором останній виконаний у вигляді склянки із синтетичного електроізоляційного матеріалу, на поверхні якого закріплена обмотка (рис.22, де 1 - колектор; 2 - щітка; 3 - корпус; 4 - верхній шар обмотки; 5 - нижній шар обмотки) . Ротор обертається в магнітному полі постійних магнітів, встановлених на статорі і утворюють двох-або чотириполюсну систему збудження.

У двигунах з дисковим ротором останній має форму диска, на якому розташовані кільцеві або сегментні магніти, що створюють магнітний потік в аксіальному напрямку (рис.23, де 1 щітка; 2 - циліндричний та кільцевий магніти; 3 - дисковий ротор).

Магніти можуть бути розташовані по обидва боки диска ротора. У двигунах малої потужності диск ротора виготовляють із електроізоляційного матеріалу з друкованою або штампованою обмоткою. Обертаючий момент на валу двигуна практично не змінюється, оскільки обмотка рівномірно розташована по колу ротора. Тому такі двигуни якнайкраще пристосовані для електроприводів, в яких потрібно підтримувати стабільну частоту обертання. Для цих двигунів не потрібен колектор, який використовують у звичайних двигунах постійного струму, оскільки щітки ковзають по кінцях провідників друкарської обмотки. У двигунах більшої потужності використовують ротор з обмоткою, що заливається спеціальним складом для її кріплення на роторі. Такі двигуни мають звичайну конструкцію колектора.

вентильні двигуни

У сучасних мікроприводах до двигунів висувають дедалі жорсткіші вимоги. З одного боку, вони повинні мати високу надійність і простоту конструкції асинхронних двигунів, з іншого боку, - простоту і великий діапазон регулювання частоти обертання двигунів постійного струму. Двигуни з електронними схемами управління або вентильні двигуни повною мірою відповідають цим вимогам. При цьому вони не мають недоліків асинхронних (споживання реактивної потужності, втрати в роторі) та синхронних двигунів (пульсація частоти обертання, випадання із синхронізму).

Вентильні двигуни є безконтактними машинами постійного струму з збудженням від постійних магнітів з одно або багатообмотувальним статором. Комутація обмоток статора здійснюється в залежності від положення ротора. До складу електронної схеми керування входять спеціальні датчики положення ротора. Вентильні двигуни використовують у високоякісних приладах і апаратах, наприклад, електроприводах магнітофонів і відеомагнітофонів, вимірювальної техніки, а також тих електроприводах, в яких потрібно забезпечити з високою точністю позиціонування ротора і пов'язаного з ним робочого органу. У цій якості вони успішно конкурують із кроковими двигунами.

У колекторних двигунах постійного струму магнітний потік збудження має той самий напрямок і нерухомий у просторі. Намагнічуюча сила обмотки якоря Θ2 розташована під кутом 90° щодо магнітного потоку збудження Ф₁ (Рис.24). Завдяки колектору кут 90° зберігає своє значення при обертанні ротора.

У вентильного двигуна на роторі розташовані постійні магніти, що створюють магнітний потік збудження, а обмотка якоря розташована на статорі (рис.25 а - у вихідному положенні; б - при повороті на кут α). Живлення обмотки статора проводиться таким чином, що між її силою, що намагнічує, Θ1 і потоком збудження Ф₂ зберігається кут 90 °. При роторі, що обертається, таке положення може зберігатися при перемиканні обмоток статора. При цьому обмотки статора повинні перемикатися у певні моменти та із заданою послідовністю.

Положення ротора визначається, наприклад, датчиком Холла. Датчик положення управляє роботою електронних ключів (транзисторів). Отже, без електронної схеми робота вентильного двигуна неможлива. У разі збільшення числа обмоток статора збільшується складність електронної схеми управління. Тому в таких двигунах зазвичай використовують не більше чотирьох обмоток. Дешеві конструкції двигунів містять одну обмотку.

Схема однообмотувального двигуна зображена на рис.26 а. На статорі розташована одна обмотка 1, яка підключається до напруги живлення транзистора VT1 (рис.26,б). Ротор двигуна виконаний із постійного магніту та має одну пару полюсів. Управляючий сигнал базу транзистора подається датчиком Холла HG. Якщо цей датчик потрапляє в магнітне поле, наприклад, додаткового магніту, то на його виході з'являється напруга Uн, яким включається транзистор. Транзистор може бути лише відкритий або закритий.

На рис.27,а показано розташування датчика Холла та додаткового магніту (перетин по осі), а на рис.27,б - поперек осі. Датчик Холла реагує північний полюс додаткового магніту (N).

На рис.28 показана конструктивна схема двообмотувального двигуна.

На статорі розташовані дві обмотки 1 і 2, якими або протікають струми протилежних знаків, або обмотки мають протилежні напрямки намотування. Обмотки комутують за допомогою транзисторів VT1 та VT2 (рис.28,б) по черзі. Для цього датчик Холла повинен мати два виходи, на одному імпульсі з'являється при проходженні північного полюса додаткового магніту, на іншому - при проходженні південного полюса. Зазначений режим можна здійснити і в однообмоточному двигуні, але для цього потрібно мати два джерела живлення та два транзистори. У цьому випадку говорять про однообмотувальний двигун з біполярним живленням.

На рис.29 показана схема триобмотувального двигуна. На статорі є три обмотки (1, 2, 3), розташовані по його колу під кутом 120° по відношенню один до одного. Кожна обмоток підключена до джерела живлення через окремий транзисторний ключ. Для керування транзисторами використовують три датчики Холла. По кожній із обмоток струм протікає протягом однієї третини періоду. Цей імпульсний струм має постійну складову, яка не створює крутного моменту, але збільшує втрати на нагрівання обмоток. Триобмотувальний двигун можна включити за двонапівперіодною схемою, яка містить шість транзисторів (рис.29,б).

Двигун із чотирма обмотками на статорі є порівняно недорогим, оскільки при чотирьох транзисторах у ньому використовуються лише два датчики Холла, що спрощує схему керування. Обмотки 1-4 (рис.30, а, б) розташовані на статорі під кутом 90 °. Датчики Холла порушуються постійними магнітами ротора двигуна. Є два способи керування двигуном: з 90- та 180-градусною комутацією. При 90-градусній комутації у будь-який момент часу струм протікає лише по одній обмотці з чотирьох.

Схема управління двигуном показана на рис.31, а розташування магнітів, що управляють, і датчиків Холла - на рис.32. При такому розташуванні транзистори включаються у такому порядку: VT1, VT3, VT2, VT4.

При 180-градусної комутації конструкція двигуна та ж, але в кожній з чотирьох обмоток струм протікає протягом напівперіоду, що призводить до перекриття струмів в обмотках. Датчики Холла працюють не від постійних магнітів, а намагніченого ротора. Тому форма вихідної напруги датчиків Холла - косинусоїдальна, а транзистори VT1-VT4 працюють не в імпульсному, а в лінійному режимі. Режим 180-градусної комутації можна реалізувати і в двообмотувальному двигуні, якщо ланцюг кожної обмотки включити два транзистора з двома джерелами живлення.

Для підтримки заданого значення частоти обертання вентильного двигуна можна використати схему рис.33.

Як сигнал зворотного зв'язку використовується ЕРС обмотки статора, яка пропорційна частоті обертання ротора. На діодах зібрано схему відбору максимальної напруги. З чотирьох діодів відкритий лише один, у якого зараз найбільша напруга. В результаті виходить чотирифазний випрямляч, його стала складова вихідної напруги пропорційна частоті обертання. На вході транзистора VT6 включено конденсатор С6, який згладжує пульсації випрямляча. При збільшенні частоти обертання струму транзистора VT6 збільшується, що призводить до зменшення струму в транзисторі VT5, а значить, знижується струм з виходів датчиків Холла на транзистори VT1-VT4. Це призводить до зменшення частоти обертання двигуна.

Крокові двигуни

Існує безліч пристроїв і апаратів, в яких електропривод покладається завдання швидкого і точного позиціонування того чи іншого вузла або робочого органу. У таких випадках використовують електродвигуни з дискретним (кроковим) переміщенням ротора. Двигун, що перетворює електричні імпульси на механічні, називається кроковим двигуном.

До складу крокового електроприводу, крім крокового двигуна, входить електронний блок управління (рис.34), де 1 - задатчик; 2 – схема управління; 3 – електронний блок або мікропроцесор; 4 – комутатор; 5 – силовий блок; 6 - мережа живлення; 7 – двигун). Крокові двигуни працюють в основному за принципом синхронного двигуна, тому вони мають і схожі недоліки - можливість випадання із синхронізму та схильність ротора до коливань при відпрацюванні кроку.

Конструкція. Кроковий двигун складається з кількох двигунів, обмотки яких мають прямий і зворотний напрямки намотування. Оскільки обмотки рівномірно розподілені по колу статора, ротор крокує за обмотками, що послідовно перемикаються (рис.35). Ротор виготовляють із магнітно-твердого або магнітно-м'якого матеріалу, а також їх комбінації. У двох останніх випадках на роторі є зубці. На рис.35,б кожна частина ротора має чотири зубці. При кількості пакетів m і 2р полюсів ротор за один оборот робить z кроків z = 2pm. Кількість кроків визначає величину кроку кутом αt; = 2п/z. Конструкція на рис.35 б має m = 3 і 2р = 4, що відповідає z = 12 і α = 30 °.

Режим роботи з перемиканням одиночних обмоток називають режимом повного кроку. Однак можливе одночасне включення двох сусідніх обмоток конструкції рис.35,а. при цьому ротор повертається на половину кроку. Цей режим називають режимом дробового кроку. При цьому вираз для z потрібно ввести коефіцієнт k, що враховує режим роботи двигуна. Для режиму повного кроку k = 1, для режиму дробового кроку k = 2. Дроблення кроку дозволяє зменшити кількість обмоток, спростити схему керування та знизити вартість електроприводу.

Крім збільшення кількості обмоток, зменшити крок можна за рахунок збільшення числа полюсів або зубців ротора. І тут пред'являють підвищені вимоги до точності виготовлення ротора. До того ж багатополюсний ротор набагато складніше намагнічувати. Тому зубчастим виготовляють як ротор, а й статор (рис.36).

Статор і ротор мають деяку відмінність у числі зубців. "Зайві" зубці ротора розташовані між полюсами статора. У такій конструкції також можна реалізувати режими повного та дробового кроку. Якщо по обмотці статора пропускати струми певного значення, то, в принципі, можна забезпечити отримання будь-якого кроку, однак це призведе до значного ускладнення блоку управління. Для зменшення кроку можна також використовувати редуктори. У цьому випадку збільшується момент на валу механізму, що приводиться в обертання, і зменшується його момент інерції, а тертя в редукторі сприяє демпфування коливань ротора крокового двигуна. Але використання редуктора призводить до збільшення похибки відпрацювання кроку.

Двигун із ротором із постійного магніту називають двигуном з активним ротором (РМ-двигун). Двигун, ротор якого виготовлений з магнітно-м'якого матеріалу, називають двигуном з реактивним ротором (VR-двигун). У цьому двигуні має бути не менше трьох обмоток, тоді як у РМ-двигуні достатньо мати дві обмотки. Крім того, є конструкції, що поєднують особливості двигунів з активним і реактивним ротором. У цих гібридних конструкціях на роторі з постійного магніту є також зубці.

Порівняння трьох типів крокових двигунів наведено у табл.1

Таблиця 1

Крокові двигуни можуть забезпечувати як обертальний, а й поступальний рух механізму електропривода. Такі крокові двигуни називають лінійними. Вони використовуються, наприклад, для позиціонування різних пристроїв на площині XY, при цьому переміщення кожної координати здійснюється за допомогою окремої обмотки. Крім електромагнітних лінійних крокових двигунів є п'єзоелектричні. На рис.37,а показана схема такого двигуна. У його конструкцію входять два електромагніти М1 і М2 (1), які можуть ковзати по сталевій балці 4 і п'єзоелектричний трос 3.

Конструкція п'єзоелектричного троса пояснюється рис.37,б. Якщо на електроди 2 подати напругу, залежно від його полярності елементи троса 5 стиснуться або розтягнуться. Під час подачі напруги на обмотки електромагнітів вони зафіксуються на сталевий балці. На рис.37 показано послідовність імпульсів напруги, що подаються на обмотки електромагнітів і на електроди п'єзоелектричного троса, а також процес переміщення електромагнітів.

Схеми управління. На рис.38 зображені схеми керування кроковими двигунами, в яких реалізуються два основні способи керування - уніполярний та біполярний. При уніполярному управлінні (рис.38,а) використовується двопакетний кроковий двигун, на кожному пакеті статорів А та В якого розташовані по дві обмотки А1, А2 та В1, В2. Обмотки кожного пакета утворюють пару полюсів і створюють силу, що намагнічує, різного знака.

На рис.39 наведено схему включення двигуна з гібридним ротором. Кільцева обмотка кожного статора пакета з кігтеподібними полюсами містить дві напівобмотки.

Схема управління рис.38,а відрізняється простотою, але при цьому погіршується використання двигуна, так як у роботі знаходиться лише одна з двох статорних обмоток. При біполярному управлінні (рис.38 б) використання двигуна підвищується, хоча одночасно ускладнюється і схема управління. Тому такий спосіб керування використовується в електродвигунах з підвищеними вимогами до масогабаритних показників.

Управління електродвигунами

Рівняння, що описують двигун по кожній фазі, мають вигляд:

Vm = Rm Im + Em;

Em = K₁w;

M = K₂Im,

де Vm - напруга, що підводиться; Im - споживаний струм; Em – напруга самоіндукції; Rm – опір обмотки; M момент сил на валу; w - кутова швидкість обертання ротора; До₁ і К₂ - Коефіцієнти пропорційності.

Таким чином, по кожній фазі напруги, що підводиться, двигун представляється еквівалентною схемою, що складається з послідовно включених резистора і джерела напруги. Резистор є опір обмоток, джерело напруги - напруга самоіндукції обмоток (рис.40).

Двигуни працюють в одному із двох режимів. У першому режимі частота обертання двигуна задається частотою напруги, що підводиться до нього. У другому режимі двигун сам шляхом перемикання обмоток щітками або комутацією обмоток по сигналах від датчиків положення встановлює частоту обертання залежно від прикладеної напруги та навантаження на валу. Управління двигунами постійного струму зводиться до подачі на нього необхідної напруги заданої полярності, оскільки величина напруги задає швидкість, а полярність - напрямок обертання. Типова схема вихідного каскаду та дія команд управління показані на рис.41.

Від схеми управління подаються сигнали F (forward) – вперед та R (reverse) – назад. При подачі цих сигналів змінюється полярність напруги, що прикладається до двигуна. Якщо ці команди одночасно подано (F = R = 1) або знято (F = R = 0), то двигун працює або в режимі гальмування, або в режимі зупинки. Відмінність між ними полягає в тому, що в режимі гальмування двигун практично замкнутий коротко. У режимі зупинки двигун працює за умов, близьких до холостому ходу, тобто. обертається за інерцією. Найбільш швидко двигун зупиняється при гальмуванні, оскільки запасена в роторі кінетична енергія розсіюється на опорі обмотки.

Як видно на рис.41, напруга, що прикладається до двигуна, не може бути більшою за напругу на виведенні управління Vc (voltage control). Напруга цьому висновку не лінійно, але монотонно пов'язані з напругою на двигуні, тому його використовують із управління швидкістю.

На рис.42 показано застосування мікросхеми ВА6219В фірми ROHM для керування двигуном постійного струму провідного валу відеомагнітофону. Тут, як і вище, команди F та R задають напрямок обертання. Вони подаються з мікро-ЕОМ, що управляє стрічкопротяжним механізмом, напруга управління Vc виробляється в сервопроцесорі

Управління кроковими двигунами

Для крокового двигуна поворот на мінімальний кут (крок) проводиться при зміні фази напруги живлення. Для двигуна, що має р пар полюсів, крок дорівнює π/(np). Для зручності завдання кількості кроків у двійковому коді число обмоток вибирають рівним ступеня числа 2 (зазвичай 4). Напруги хвилі, що біжить, створюють обертове магнітне поле, формуються з сигналів, що надходять на вхід схеми управління в цифровому вигляді. Особливістю роботи крокового двигуна і те, що після повороту заданий кут ротор повинен зберігати зайняте положення, тобто. по обмотках повинен протікати струм. Тому обмотки запитуються струмом, а чи не напругою. Наочний варіант вихідного каскаду схеми керування кроковим двигуном показано на рис.43.

(Натисніть для збільшення)

Цифрові сигнали D0 і D1, з яких формуються напруги хвилі, що біжить, виробляються реверсивним лічильником СТ2. У лічильник за командою запису WR завантажується кількість кроків NS. Лічильник вважає доти, доки його вміст не стане рівним нулю. У цей момент на виході перенесення Р з'являється нуль, і рахунок припиняється, оскільки сигналом Р закривається вентиль, що подає імпульси частоти крокування FS на лічильник лічильника. Частота крокування зазвичай формується із тактової частоти лічильником або таймером. Сигнал FR задає напрямок рахунку і, отже, напрямок обертання двигуна. Сигнал STOP служить для зупинки двигуна.

Практичні схеми управління мають більш розгалужену логіку управління, бруківку вихідний каскад і, як правило, містять широтно-імпульсний обмежувач струму. Логіка управління зазвичай доповнюється сигналами заборони та повороту фаз. Мостовий вихідний каскад встановлюють, щоб змінювати напрямок струму в обмотці двигуна живлення від однополярного джерела. Команда повороту фаз змінює напрямок струму: в залежності від її значення працюють транзистори лише однієї з діагоналей вихідного каскаду. Широтно-імпульсний обмежувач струму служить зниження потужності, рассеиваемой вихідним каскадом.

Пристрій типової схеми керування кроковим двигуном показано на рис.44 (лише вихідний каскад).

Вхід Р управління полярністю відкриває вентиль G1 або G2, тому цифровий сигнал зі входу IN1 (вхід фази 1) відкриває транзистори лише однієї з діагоналей моста: Т1, Т4 при Р = 1 і Т2, Т3 при Р = 0. Відповідно змінюється полярність напруги, прикладається до обмотки двигуна. Широтно-імпульсний обмежувач складається з струмовимірювального резистора, компаратора та таймера. Таймер складається з діода, RC-ланцюжка та тригера Шмітта. Обмежувач стабілізує струм в обмотці за рівнем Imax = Vref/Rs в такий спосіб. Припустимо, що в даний момент часу Р = 1, IN1 = 1, Q = 1 (конденсатор RC-ланцюжка таймера розряджений), напруга на струмовимірювальному резисторі Rs менше Vref: IL Rs < Vref (IL - струм через індуктивність обмотки). І тут відкриті транзистори Т1 і Т4, а струм IL плавно наростає до Imax. Після спрацювання компаратора через діод D зарядиться конденсатор RC-ланцюжка таймера. На час Тм (тривалість розряду конденсатора) закриються транзистори Т1 та Т4. Протягом цього часу до обмотки прикладається напруга зворотної полярності, струм зменшується на величину dI = VL(Tм/L). VL = Vм – напруга на обмотці, L – індуктивність обмотки двигуна. Після закінчення імпульсу таймера відкриються транзистори Т1 і Т4 і полярність напруги на обмотці зміниться знову. Струм в обмотці знову почне наростати, причому на величину dI він наросте практично за той же час Тм, тому що під час спаду струму напруга на обмотці практично така сама, як і під час наростання. Отже, середній струм Iw в обмотці Iw = Imax – dI/2.

Кроковий двигун можна змусити працювати в режимі вільного ходу, тоді його швидкість визначатиметься доданою напругою та навантаженням на валу. І тому необхідно, щоб імпульси, у тому числі формуються напруги хвилі, що біжить, вироблялися як функція кута повороту ротора, тобто. його становища. Пристрій та робота схеми управління кроковим двигуном у режимі вільного ходу показані на рис.45.

Для ясності розглянутий двигун має одну пару полюсів ротора та дві обмотки статора. Обмотки підключені через струмообмежуючі резистори, напруги з датчиків надходять на входи тригерів Шмітта. На рис.45 показані всі чотири можливі комбінації знаків струму в обмотках і відповідні їм положення ротора. Вони знаходяться під кутом 45 ° до вертикалі, точно навпроти датчиків положення. При знаходженні ротора навколо датчика спрацьовує відповідний тригер, в результаті в обмотки подається струм, притягує ротор до наступного по ходу обертання датчику. При обертанні в негативному напрямку (за годинниковою стрілкою) контакт перемикача піднято вгору (FR = 1), напруга V1 комутує струм I1 в обмотці 1, V0 - струм I0 в обмотці 0. У вихідному положенні, коли по обмотках не протікає струм, ротор притягнутий полюсом до осердя однієї з котушок, тобто. займає положення під кутом 0 чи 90° до вертикалі.

При подачі живлення тригери встановляться в якісь стани, ротор прагнутиме зайняти відповідне положення. При цьому він або досягне, або пройде повз датчик, викликаючи перекидання відповідного тригера, після чого почнеться рівномірне обертання ротора. Зауважимо, що описана процедура роботи і особливо запуску надійні, якщо датчики виробляють напругу лише за положенням, без впливу швидкості ротора. Найбільш простими та надійними датчиками, що володіють цими властивостями, є датчики Холла, тому вони практично витіснили всі інші типи датчиків, що застосовуються у двигунах.

У касетному магнітофоні зазвичай встановлюють один двигун постійного струму, який змінює напрями обертання. У переважній більшості магнітофонів встановлений двигун із триполюсним ротором, робота та пристрій якого показані на рис.45.

Вимоги до стабільності швидкості задовольняються схемою стабілізатора, що працює на вимірі напруги самоіндукції двигуна. Ця напруга прямо пропорційна швидкості обертання і, отже, може бути датчиком швидкості. Схема стабілізації повинна підтримувати напругу самоіндукції, що дорівнює заданому.

На рис.46 зображено одну з найбільш наочних схем, реалізують цю ідею. У цій схемі стабілізація швидкості проводиться порівнянням напруги на двигуні та його моделі. Двигун представлений резистором Rм та джерелом напруги Ем. Модель складається з резистора R2 та джерела напруги управління Vc. Резистор R2 представляє опір двигуна; Vc - напруга самоіндукції, що задається. Резистори R1, Rм, R2, R3 утворюють міст для вимірювання різниці напруг Vc та Ем. При досить великому коефіцієнті посилення вважатимуться V1 = V2, і двигун буде обертатися із заданою швидкістю w0 незалежно від навантаження з його валу.

На рис.47 наведено структурну схему інтегральної мікросхеми TA7768F фірми Toshiba, в якій опорна напруга безпосередньо віднімається з напруги двигуна. Для застосування цієї мікросхеми потрібно знати відношення опору резисторів R1/R2.

Для фіксованої швидкості найпопулярніша трививідна схема (рис.48). У ній на резистор R1 через струмове дзеркало подається струм kIм, пропорційний струму Im, що протікає через двигун. Струм резистора R2 і струм, споживаний схемою управління, також протікають по резистору R1, тому струм двигуна повинен бути досить великим, щоб ними можна було знехтувати.

У магнітофонах із реверсивним рухом стрічки потрібно стабілізувати швидкість обертання двигуна в обох напрямках. Для цього звичайний стабілізатор доповнюють перемикачем для підключення двигуна певної полярності.

При налаштуванні описаних схем спочатку підбирають резистор, що імітує опір обмоток двигуна, умови мінімального впливу навантаження на швидкість двигуна. Потім підбирають резистор, що задає швидкість обертання. Двигун провідного валу відеомагнітофона використовують багатофазний, щоб знизити нерівномірність його обертання, а на обмотки подають синусоїдальну напругу. У переважній більшості випадків застосовуються трифазні двигуни з датчиками Холла. Пристрій двигуна показано на рис.49 а. Його робота така сама, як у крокового двигуна.

Схема рис.49,а складається з трьох ідентичних блоків (каналів), у кожному з яких формується напруга V для обмотки своєї фази. Блок складається з датчика, тригера Шмітта, формувача та вихідного каскаду. Двигун представлений двополюсним ротором, обмотки розташовані навпроти датчиків. У момент, зображений на рис.49,а, північний полюс ротора розташований у датчика фази А, тобто. до цього часу по обмотці фази А протікав струм, що притягує до неї полюс ротора. При наближенні ротора до датчика фази А напруга, що наводиться в ньому, перекидає тригер фази А. Перекидання тригера викликає подачу струму в іншу фазу обмотки в залежності від напрямку обертання: щоб ротор обертався проти годинникової стрілки, потрібно подавати струм в обмотку фази С, а щоб обертався годинної стрілки - в обмотку фази У. Тимчасова діаграма роботи наведено на рис.49,б.

Стабілізація швидкості обертання провідного валу здійснюється за імпульсом перемикання головок з точністю до фази. Імпульс перемикання головок є симетричним імпульсом кадрової частоти, однозначно прив'язаний до полів кадру. При записі використовується імпульс, що подається на головку, що керує, при відтворенні зчитуваний з неї. Структурна схема управління двигуном провідного валу показано на рис.50.

Датчик швидкості є укріплений на роторі двигуна зубчастий диск і датчик Холла, розташований на статорі. Частота імпульсів напруги на виході датчика Холла прямо пропорційна швидкості обертання ротора. Сигнал від датчика швидкості посилюється, обмежується і подається на частотний (ЧД) та фазовий (ФД) детектори. Вихідні сигнали детекторів підсумовуються та подаються на вихідний каскад. До нього ж підбиваються команди гальмування та напрямки обертання. Напруга вихідного каскаду подається на двигун.

До складу інтегральних мікросхем керування двигуном входять лише окремі вузли структурної схеми рис.50. Найчастіше до неї включають вихідний каскад і підсилювач датчика швидкості, оскільки вони безпосередньо пов'язані з двигуном.

На рис.51,а показана структурна схема мікросхеми КА8329 (Samsung), а на рис.51,б - НА13406W (Hitachi).

(Натисніть для збільшення)

Розрахунок електродвигунів

Номінальними даними двигуна називають потужність, швидкість обертання та напругу. Потужність двигуна виявляється у ватах. Це не споживана від джерела потужність, а механічна на валу. Вибір потужності залежить від призначення двигуна. Так, для електричних іграшок та моделей достатньо потужності до 3 Вт, для невеликого вентилятора – 10-15 Вт, для циркулярної пили – сотні ват. Потужність двигуна тісно пов'язана зі швидкістю обертання.

При заданій потужності що вище швидкість обертання двигуна, то менше його розміри і менше знадобиться матеріалів. Колекторні двигуни постійного та змінного струму можна розрахувати на будь-яку швидкість обертання (навіть до 10000 об/хв). Але, виходячи з умов надійної роботи щіток на колекторі, не рекомендується будувати двигуни на швидкість обертання понад 5000 об/хв.

У асинхронних двигунів всіх типів швидкість обертання ротора залежить від частоти змінного струму, що залишається незмінною. Для двополюсних двигунів, які найчастіше застосовують, синхронна швидкість при частоті 50 Гц дорівнює 3000 об/хв (з огляду на ковзання – 2900 об/хв). Безпосередньо такі швидкості обертання використовують рідко, зазвичай між двигуном і механізмом, що приводиться в рух, ставлять редуктор.

Напруга двигуна визначається джерелом живлення. Автомобільний двигун, наприклад, розраховують на напругу акумулятора.

Розрахунок двигунів постійного струму починають із визначення двох основних розмірів: діаметра та довжини якоря. Ці розміри входять до формули

D²l = Pa 10⁹/1,1 AS B n (див.³), (1)

де D – діаметр якоря, см; l – довжина якоря, см; Pa – розрахункова потужність, Вт; AS - лінійне навантаження якоря, А/см; B-магнітна індукція в повітряному зазорі, Гс; n - номінальна швидкість обертання, об/хв.

Ліва частина формули (1) пропорційна обсягу якоря. Як видно з правої частини (1), обсяг якоря пропорційний потужності двигуна Pa і обернено пропорційний швидкості обертання n. Звідси можна дійти невтішного висновку, що чим більшу швидкість обертання має якір двигуна, тим менше виходять його розміри, як від розмірів якоря залежать розміри та інших елементів двигуна.

Розрахункова потужність двигуна

Pa = EI = P (1 + 2y) / 3y (Вт), (2)

де Е - ЕРС, що наводиться в обмотці якоря при його обертанні в магнітному полі; I - Струм, споживаний двигуном від джерела, А; P – номінальна потужність двигуна, Вт; y - ККД двигуна, значення якого можна визначити за рис.52 (як видно по кривій, значення ККД різко знижується при зменшенні потужності двигуна). Розрахункова потужність двигуна завжди більша за номінальну.

Струм, споживаний двигуном

I = P/U y (А), (3)

де U – номінальна напруга.

Визначимо ЕРС Е:

Е = Pa/I (В). (4)

Лінійне навантаження якоря

AS = NI/2πD (А/см). (5)

У формулі (5) N позначає число провідників обмотки якоря, двійка в знаменнику показує, що загальний струм якоря I розгалужується між двома провідниками обмотки, твір πD - довжина кола якоря.

Лінійне навантаження AS та магнітну індукцію в повітряному зазорі B називають електромагнітними навантаженнями. Вони показують, наскільки сильно навантажений двигун в електричному та магнітному відношеннях. Ці значення не повинні перевищувати певної межі, інакше двигун перегріватиметься при роботі.

Нагрівання двигуна залежить не тільки від електромагнітних навантажень, а й від часу його роботи. Деякі двигуни працюють тривалий час без зупинки (двигуни вентиляторів). Інші двигуни працюють з перервами, під час яких вони встигають охолонути (двигуни пилососів, холодильників). Робота двигуна з перервами називається повторно-короткочасною.

Визначити лінійне навантаження і магнітну індукцію можна за рис.53 і 54 (де горизонтальної осі відкладено номінальні потужності, поділені на номінальні швидкості обертання, наприклад, при потужності 15 Вт і швидкості 3000 об/хв потрібно прийняти по осі абсцис цифру 5).

Звернемося до формули (1). У ній діаметр і довжина якоря пов'язані між собою певним співвідношенням. Позначимо відношення l/D = k. Значення k для малих двигунів у межах від 0,7 до 1,2. Якщо потрібний двигун із меншою довжиною, але з великим діаметром, то вибирають k = 0,7. Навпаки, якщо двигун потрібно помістити в трубу невеликого діаметра, вибирають k = 1,2. Вводячи відношення l/D = k (1), ми звільняємося від одного невідомого l, і формула (1) отримує такий вигляд:

D = (Pa 10⁹/1,1k AS B n)^1/3 (См). (6)

Обчисливши значення D через коефіцієнт k знаходимо l. Таким чином, визначено основні розміри двигуна. Тепер розрахуємо обмотки якоря. Для цього необхідно визначити магнітний потік двигуна. Якщо магнітну індукцію в повітряному зазорі помножити на площу, через яку силові лінії входять у якір, то отримаємо потік двигуна

Ф = Batl, (7)

де t – полюсний поділ, тобто. частина кола якоря, що припадає на один полюс. У двополюсному двигуні t = d/2. Коефіцієнт зазвичай приймають рівним 0,65. Значення B знаходимо за графіком рис.54. Число провідників якоря визначаємо за формулою

N = E 60 10⁸/Ф n. (8)

Число провідників не може бути будь-яким цілим числом. Провідники обмотки якоря повинні бути розподілені по пазах якоря. Число пазів Z визначаємо із співвідношення Z = 3D. Рекомендується брати найближче непарне число. Число провідників у пазу Nz = =N/Z має бути парним, щоб намотати обмотку у два шари. Цей вибір буде пояснено з прикладу.

Перетин дроту для обмотки якоря S можна визначити, розділивши струм у провіднику I на щільність струму g: S = I/2g. Для вибору густини струму можна керуватися кривою 1 рис.55.

Цей переріз є попереднім. За довідником (наприклад, "Радіокомпоненти та матеріали", с.8) потрібно знайти переріз стандартного проводу, який найближче підходить до обчисленого. У тій же таблиці знайдемо діаметр проводу d.

Тепер визначимо розмір паза. Його переріз W, необхідне розміщення проводів обмотки,

W = d² Nz/Kз (мм²). (9 р.)

Коефіцієнт Kз називають коефіцієнтом заповнення паза. Він показує, як щільно провідники заповнюють паз. При розрахунках можна брати

Kз = 0,6-0,7.

При виготовленні якоря переріз паза має бути ще більше, ніж за формулою (9), так як в ньому повинні поміститися ізоляційна гільза 2 товщиною 0,2 мм і клин 3 з картону товщиною 0,3 мм (рис.56).

Площа, займана гільзою,

Sг = ptг (мм2), (10)

де p – периметр паза, мм; tг – товщина гільзи, мм.

Площа клина

Sк = hк bк (мм2), (11)

де hк – товщина клина, мм; bк - ширина клину, мм.

Таким чином, повний переріз паза дорівнює Sп = W + Sг + Sк. Для круглого паза діаметр можна визначити за його повним перерізом dп = 2 Sп/п (мм).

Визначивши розмір паза за рис.56, можна розрахувати товщину зубця. Спочатку знайдемо діаметр кола Dn, на якому лежатимуть центри пазів. Для цього треба від діаметру якоря відняти діаметр паза + 1 мм.

D_n = D - (d_n +1).

Відстань між сусідніми пазами

t = пD_n/Z (мм),

товщина зубця

b_z = t - d_n (Мм). (4)

Товщина зубця у вузькому місці має бути не менше 2 мм. Якщо цього не виходить, треба випилювати пази складної форми, а оскільки це складно, можна збільшити діаметр якоря з таким розрахунком, щоб отримати зубці завтовшки не менше 2 мм. Проріз паза "а" повинен бути на 1 мм більше діаметра дроту d_з.

Перетин вугільної чи графітової щітки

S_щ = I/d_щ(5)

де d_щ - Щільність струму під щіткою.

Переходимо до розрахунку магнітної системи. Для саморобного двигуна найпростіше застосовувати магнітну систему відкритого типу (рис.57, де 1 - просочений папір; 2 - фланц; 3 - котушка).

Насамперед визначимо повітряний зазор між між якорем і полюсами. У машинах постійного струму беруть збільшений зазор, який зменшує дію магнітного поля якоря, що розмагнічує. Повітряний зазор

q = 0,45 t AS/B (см). (6)

Розміри магнітної системи розраховуємо за магнітними індукціями. При розрахунку магнітної системи полюсів і станини величину магнітного потоку слід збільшити на 10%, так як частина силових ліній замикається між сторонами станини, минаючи якір. Тому магнітний потік полюсів та станини

Фст = 1,1Ф.

Індукцію у станині приймаємо Вст = 5000 Гс (0,5 Тл).

Довжину станини Lст визначимо за ескізом рис.58.

Якщо форма станини відповідає рис.59 (де 1 - котушка; 2 - полюс; 3 - заклепка), то потік станини Фст потрібно розділити навпіл, оскільки він роздвоюється двома паралельними шляхами.

На рис.58 штриховий лінією показаний шлях магнітного потоку. Він складається з наступних ділянок: два повітряні зазори, два зубці, якір і станина. Щоб дізнатися, яку силу, що намагнічує Iw повинна мати котушка збудження, треба розрахувати Iw для кожної з цих ділянок, а потім все їх скласти.

Почнемо із повітряного зазору. Намагнічуюча сила повітряного зазору

I_w = 1,6 qkB, (7)

де q – повітряний зазор з боку якоря (см); k – коефіцієнт, який можна прийняти k = 1,1; В – індукція у повітряному зазорі (Гс).

Для визначення сили, що намагнічує (н.с.) зубців якоря потрібно знати індукцію в зубці. Товщину зубця визначимо за формулою (4). Магнітний потік входить у зубець через частину кола якоря, що припадає на один зубець. Вона називається зубцевим розподілом і визначається за формулою

t₁ = пD/Z. (8)

Індукція в зубці буде в стільки разів більша за індукцію в повітряному зазорі, у скільки разів товщина зубця менша за зубцевий поділ. Крім того, треба врахувати, що частина довжини якоря зайнята ізоляційними прошарками між листами, які становлять 10%. Тому індукція в зубці

B_z = B_t/b_z 0,9. (9)

Ця індукція за наведеною табл.2 відповідає напруженість поля Hz.

Таблиця 2

Для розрахунку н. на дві висоти зубця треба Hz помножити на подвійну висоту зубця I_wz = H_z 2h_z. У таблиці у вертикальній графі відкладено магнітну індукцію, виражену в тисячах гаус, а в горизонтальному рядку - в сотнях гаус. Якщо, наприклад, індукція дорівнює 10500 Гс, потрібне значення напруженості поля знаходять на перетині рядка 10000 і стовпця 500 (в даному випадку 6,3). Намагнічує можна визначити, помноживши напруженість на довжину силової лінії.

При розрахунку індукції в осерді якоря слід врахувати, що магнітний потік у ньому розгалужується, і тому на один переріз припадає лише половина потоку. Перетин сердечника якоря (рис.58) дорівнює відстані h_a від основи паза до валу, помноженого на довжину якоря h_a = D/2 - h_z - d_b/2. Також потрібно врахувати ізоляційні прошарки між листами. Таким чином, індукція в сердечнику якоря

B_a = Ф/(2h_al 0,9).

Цій індукції по вищенаведеній таблиці відповідає Ha. Намагнічуюча сила сердечника якоря I_w = HL_a, де L_a - Довжина силової лінії в сердечнику згідно рис.58:

L_a = п (D - 2h_z - ч_a)/2 (см).

Як видно на рис.58, цей двигун не має виступаючих полюсів, які злилися зі станиною. Тому розрахунок нерухомої частини магнітопроводу зводиться до розрахунку станини.

Ширину станини визначаємо по заданій індукції = 5000 Гс.

Звідси

b_cm = Ф_cm/5000 х l х 0,9 (см).

Напруженість поля Нсм для індукції 5000 Гс знаходимо в табл.2. При визначенні довжини силової лінії у станині зустрічається утруднення. Адже довжина збоку станини залежить від товщини котушки, а вона невідома. Тому візьмемо товщину котушки, що дорівнює 30 значенням повітряного зазору. Визначивши за ескізом довжину силової лінії в станині Lст, розрахуємо силу, що намагнічує (н.с.) для станини

Iw_cт = Л_cт Н_cт.

Тепер складемо Н.С. всіх ділянок

Iw₀ = Iw_d + Iw_z + Iw_a + Iw_cт .

Таку н. повинна створити котушка при холостому ході двигуна, але при навантаженні з'явиться дію магнітного поля якоря, що розмагнічує. Тому потрібен запас, який підрахуємо за формулою

Iw_p = 0,15 t AS (А-витків). (10)

Число витків котушки можна підрахувати за сумарною Iw: w = Iw/I. Для визначення перерізу дроту потрібно розділити струм на щільність струму (визначаємо по кривій 2 рис.55. За таблицями довідника "Радіокомпоненти та матеріали" знаходимо найближчий стандартний переріз і діаметр дроту в ізоляції d_з. Площа, зайнята витками котушки, F = wd_з2 / к_з (k_з - Коефіцієнт заповнення). Розділимо площу F на довжину котушки (на ескізі l_к) і отримаємо її ширину b_к = F/l_к.

Приклад розрахунку двигуна постійного струму

Номінальні дані двигуна: Р = 5 Вт, U = 12, n = 4000 об/хв. По кривій рис.52 визначаємо ККД двигуна 30%, за формулою (2) - розрахункову потужність двигуна

Ра = 5 (1 + 2х0,3) / 3х0,3 = 8,9 Вт.

Для знаходження значень AS і по кривим рис.53 і 54 обчислимо відношення потужності двигуна, вираженої в міліватах, до швидкості обертання 5000/4000 = 1,25. По рис.53 знаходимо AS = 50 A/див. Аналогічно по рис.54 знаходимо індукцію повітряному зазорі У = 2200 Гс. Приймемо відношення l/D = 1. Підставимо чисельні значення розрахункових величин у формулу (6) та знайдемо діаметр якоря D=(8,9х10)⁹/1,1х50х2200х4000)^1/2 = 2,6 див.

При k = 1 довжина якоря l = 2,61 = 2,6 див.

Струм якоря за формулою (3)

I = 5/0,3 х12 = 1,4 А.

ЕРС обмотки якоря за формулою (4)

Е = 3,14 2,6/1,4 = 6,3 Ст.

Полюсний поділ якоря t = 3,14 х2,6, 2/4,1 = XNUMX см.

Магнітний потік за формулою (7)

Ф = 0,65 х4,1, 2,6х2200, 15200хXNUMX = XNUMX.

Число провідників обмотки якоря за формулою (8) N= =6,3х60х10⁸/ 15200х4000 = 620. Число пазів якоря z = 3х2,6 = 7,8. Округлюємо до найближчого непарного числа z = 7. Число провідників у пазу Nz = = 620/7 = 88. Це число ділиться на 2, тому округляти його не потрібно. Перетин провідника обмотки якоря при d=10А/мм2 s=1,4/2х10=0,07 мм2.

Згідно з кривою 1 рис.55 при перерізі 0,07 мм² треба взяти густину струму 8 А/мм2. Коригуємо перетин дроту 0,07х10/8 = 0,085 мм² та діаметр дроту 0,33 мм. З урахуванням товщини ізоляції діаметр ізольованого дроту дорівнює 0,37 мм.². Переріз паза за формулою (9) S = dіз2 88/0,7 = 17,2 мм2. Діаметр кола, зайнятого провідниками обмотки d0=(4х17,2/3,14)1/2=4,7 мм. Периметр ізоляційної гільзи р = = 3,14 х4,7, 14,7 = 10 мм. Площа паза, яку займає гільза за формулою (14,7) Sг = 0,2 2,9 = XNUMX мм². Площа паза, яку займає клином, за формулою (11) Sк = 0,3 3 = 0,9 мм². Повний переріз паза Sп = 17,2 + 2,9 + 0,9 = 21 мм². Діаметр паза dп = (4x21/3,14) 1/2 = 5,2 мм. Діаметр кола, на якому розташовані центри пазів, Dп = 26 - (5,2 + 1) = 19,8 мм. Відстань між сусідніми пазами дорівнює 3,14 19,8/7 = 8,9 мм. Товщина зубця у вузькому місці bz = 8,9 – 5,2 = 3,7 мм. Проріз паза а = 0,37 + 1 = 1,37 мм. Число колекторних пластин К = 7. Перетин щітки Sщ = 1,4/6 = 0,23 см². Можна взяти квадратну щітку із розмірами сторін 5 х 5 мм. Повітряний зазор між якорем і полюсом за формулою (6, РЕ 10/2000) дорівнює 0,45×4,1×50/2200 = 0,4 мм.

Для визначення н. котушки проведемо розрахунок магнітного ланцюга за рис.58. Н.С. повітряного зазору за формулою (7, РЕ 10/2000) Iwd = 1,6 x0,04, 1,1x2200, 155xXNUMX = XNUMX А-витків.

Зубцове розподіл за формулою (8, РЕ 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 см. Індукція в зубці за формулою (9, РЕ 10/2000) Bz = 2200х1,2/0,37х0,9 8000 = 10 гс. Напруженість поля зубця за таблицею (РЕ 2000/10, стор.4,05) Нz = 4,05. Н.С. зубців Iwz = 2 х0,57х4,6, 15200 = 2 Авітков. Індукція в сердечнику якоря Ba = 0,5/2,6х0,9, 6500х3,2, 3,2х1,5, 4,8 = 1,1 Гс. З тієї ж таблиці цієї індукції На = 15200. Н.С. для сердечника якоря Iw = 16700 хXNUMX, XNUMX = XNUMX А-витків. Визначаємо н.с. для нерухомих частин магнітопроводу. Магнітний потік станини Фст = XNUMX хXNUMX = XNUMX.

Приймемо індукцію у станині 5000 Гс. Тоді ширина станини bст = 16700/5000х2,6, 0,9х1,4, 5000 = 2,5 см. Індукції 30 Гс по таблиці відповідає значення Нст = 30. Для визначення довжини силової лінії в станині приймемо товщину котушки bк = 0,04d = 1,2х58, 4,5 = 2,5 см. По рис.4,5 визначаємо середню довжину силової лінії Lст = 11 см. Н.с. станини Iwcт = 0 х155, 4,6 = 4,8 А-витків. Тепер складемо н.с. всіх ділянок Iw11 = 175 + XNUMX + XNUMX + XNUMX = XNUMX А-витків.

Розмагнічує сила за формулою (10) Iwp = 0,15х4,1х50 = 31 А-виток. Тоді н. при навантаженні двигуна Iw = 175 + 31 = 206 А-витків. Число витків котушки w = 206/1,4 = 147 витків. Приймемо щільність струму в котушці 5 А/мм²тоді перетин дроту s = 1,4/5 = 0,28 мм2. Найближчий переріз стандартного дроту s = 0,273 мм² та діаметр дроту 0,59 мм. Діаметр ізольованого дроту дорівнює 0,64 мм. Площа, зайнята витками котушки F = 147х0,642/0,7 = 86 мм². Довжина котушки за рис.58 дорівнює lк = 12 мм. Звідси товщина котушки bк = 86/12 = 7,2 мм.

Розрахунок однофазних асинхронних двигунів

Задаємося потужністю двигуна Р (Вт), напругою U (В) та швидкістю обертання n (об/хв). Розрахункова потужність двигуна

Величина η cos φ береться з кривої рис.60.

Зовнішній діаметр статора

Da = (14Pa)^1/3 (см). ( 2 )

Внутрішній діаметр статора

D = 0,55 Da(см). ( 3 )

Довжина статора l = D(см). Полюсний поділ t = 3,14 D/2 (см). Магнітну індукцію в повітряному зазорі Вибираємо по кривій рис.54. Магнітний потік, як вище, визначаємо за формулою Ф = a B t l. Для однофазних двигунів значення а можна вибрати рівним 0,72.

Число пазів статора для двигунів з пусковою обмоткою, що відключається, вибираємо кратним 6. Для двигунів потужністю до 10 Вт можна взяти 12 пазів статора. З них 8 будуть зайняті робочою обмоткою, а 4 – пусковий. Для двигунів більшої потужності потрібно 18 пазів статора (12 пазів – робоча обмотка, 6 – пускова). Число витків робочої обмотки

w_p = U 10^6/2,5 Ф. ( 4 )

Число провідників у пазу робочої обмотки

N_z = 2w_p/z_p, ( 5 )

де z_p - Число пазів, займаних робочою обмоткою. Струм у робочій обмотці

Я = П_a/U(А). ( 6 )

Переріз провідника робочої обмотки S = ​​I/d. Діаметр дроту в ізоляції знаходимо як і вище. Розміри пазів визначаємо аналогічно до розрахунку двигунів постійного струму. Пускова обмотка займає 1/3 паз статора. Число витків пускової обмотки залежить від того, який елемент включається під час пуску послідовно з пусковою обмоткою. Якщо як елемент служить активний опір, то число витків пускової обмотки беремо в 3-4 рази менше від числа витків робочої обмотки. Але вона займає у 2 рази менше пазів, отже, у кожному пазу буде у 1,5-2 рази менше витків, ніж у пазу робочої обмотки. Намотуємо пускову обмотку тим самим проводом, що й робочу. Якщо як пусковий елемент застосовуємо конденсатор, то число витків пускової обмотки дорівнює кількості витків робочої.

Щоб пускова обмотка помістилася у своїх пазах, перетин дроту потрібно брати вдвічі меншим. Схема обмотки та порядок укладання її в пази показані на рис.61.

Число пазів ротора вибираємо в залежності від кількості пазів статора. При 12 пазах статора можна взяти 9 пазів ротора, а за 18 пазів статора - 15 пазів ротора. Діаметр паза ротора вибираємо так, щоб загальний переріз стрижнів ротора було в 1,5-2 рази більше від загального перерізу провідників робочої обмотки статора. У пази ротора треба забити мідні стрижні, які припаять до замикаючих кільців на торцях ротора. Перетин замикаючого кільця має бути приблизно втричі більшим за переріз стрижня. Пусковий момент двигуна залежить від опору обмотки ротора, тому двигуна з великим пусковим моментом стрижні ротора слід робити з латуні або бронзи. Повітряний зазор між статором і ротором в асинхронних двигунах слід брати якомога менше. У двигунах заводського виготовлення зазор зазвичай дорівнює 0,25 мм. У саморобних двигунах 0,3-0,4 мм.

Місткість пускового конденсатора для малопотужних двигунів зазвичай 3-10 мкФ. Слід мати на увазі, що на затискачах конденсатора утворюється напруга, що значно перевищує напругу мережі, тому конденсатори потрібно встановлювати на напругу, що дорівнює потрійному напруги мережі. При зниженні напруги ємність конденсатора збільшується за квадратичним законом, тому на робочу напругу 12 довелося б взяти конденсатори величезної ємності (до 1000 мкФ).

Приклад розрахунку однофазного асинхронного двигуна

Номінальні дані: потужність 3 Вт, напруга 220 В, швидкість обертання 3000 об/хв, робота двигуна повторно короткочасна. По кривій рис.60 знаходимо твір η cos φ = 0,25.

Розрахункова потужність двигуна за формулою (1) Р_а = 3/0,25 = 12 В.А. Зовнішній діаметр статора за формулою (2)

D_a =(14х12)^1/3 = 5,5 див.

Для спрощення візьмемо форму статора як квадрата, описаного біля зовнішнього діаметра (рис.62).

Внутрішній діаметр статора за формулою (3) D = 0,55x0,55 = 3 см. Довжина статора l = 3 см. Полюсний поділ t = 3,14x3/2 = 4,7 см. див. рис.54) дорівнює 2800 Гс, але за квадратної формі статора її доводиться збільшувати до 4000 Гс. Магнітний потік Ф = 0,72х4000х4,7х3 = 40600. Число пазів статора 12, з них для робочої обмотки 8, для пускової 4. Число витків робочої обмотки (4)

w_p = 220 х10⁶/ 2,5 х40600 = 2170 витків.

Число провідників у пазу робочої обмотки N_z = 2х2170/8 = 542. Сила струму в робочій обмотці за формулою (6) I = 12/220 = 0,055 А. При густині струму d = 5 А/мм² переріз дроту s = 0,055/5 = 0,011 мм². Цьому перерізу відповідає діаметр дроту ПЕЛ в ізоляції 0,145 мм. При коефіцієнті заповнення паза провідниками, що дорівнює 0,5, площа паза, яку займає провідники, становить s = 0,1452х542/0,5 = 27 мм². Діаметр кола, зайнятого провідниками обмотки, d₀ = (4х27/3,14) 1/2 = 5,9 мм. Периметр ізоляційної гільзи р = 3,14 х5,9, 18,3 = XNUMX мм. Площа паза, яку займає гільза, S_z = 18,3 х0,2, 3,7 = XNUMX мм². Площа паза, яку займає клином Sк = 0,3х3 = 0,9 мм². Повний переріз паза S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 мм2. Діаметр паза dn = (4х31,6 / 3,14) 1 / 2 = 6,3 мм, округляємо до 6,5 мм. Діаметр кола, на якому розташовані центри пазів, D_n = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 мм.

Відстань між сусідніми пазами t=3,14х37,5/12=9,6 мм. Товщина зубця у вузькому місці bz = 9,6 – 6,5 = 3,1 мм. Проріз паза а = 0,145 + 1 = 1,145 мм, округляємо до 1,2 мм.

Повітряний проміжок приймаємо рівним 0,3 мм. Діаметр ротора Dp = 30 – 2х0,3 = 29,4 мм. Число пазів ротора 9. Загальний переріз міді у пазах робочої обмотки статора 0,011х542х8 = 47 мм². Загальний переріз міді у пазах ротора 47х1,5 = 70,5 мм2. Перетин стрижня ротора 70,5: 9 = 7,8 мм². Діаметр стрижня ротора (4х7,8/3,14)^1/2 = 3,1 мм. Найближчий стандартний діаметр дроту 3,05 мм. Діаметр паза ротора з припуском на забивання стрижнів 3,05 + 0,25 = 3,3 мм. Діаметр кола, на якому розташовані центри пазів ротора, 29,4 – (3,3 + 1) = 25,1 мм. Відстань між сусідніми пазами 3,14×25,1/9 = 8,7 мм. Товщина зубця ротора у вузькому місці 8,7 – 3,3 = 5,4 мм.

Автор: А.Д.Прядко

Дивіться інші статті розділу Електродвигуни.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Робот-аптекар 06.07.2007 В одній із аптек французького містечка Фаш-Тюменіль із минулого року служить робот. Коли приходить покупець із рецептом, фармацевт вводить рецепт у комп'ютер, робот підбирає потрібні ліки, прочитуючи їх штрих-коди на коробочках та баночках і кладе медикаменти на стрічку конвеєра, яка забирає до віконця видачі.

Інші цікаві новини:

▪ Ліфт через автотрасу

▪ Передача електрики із космосу на Землю

▪ Робот вперше напав на людину

▪ Оцінювальна плата STEVAL-IDB009V1

▪ Сенсори імплантують людей і створять єдину мережу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Зорові ілюзії. Добірка статей

▪ стаття Штрейкбрехер. Крилатий вислів

▪ стаття Які товари найнебезпечніші? Детальна відповідь

▪ стаття Тесляр. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Види цукру. Прості рецепти та поради

▪ стаття Стабілізатор напруги велофари. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024