Расчет основных параметров магнитоэлектрического ШД

3.1.1Выбор главных размеров.

3.1.1.1 Число пар полюсов двигателя.

(3.1)

3.1.1.2 Предварительно задаемся нормализованными параметрами привода:

и соотношения между ними вычисляемого по формуле:

(3.2)

где (х/б)_опт - отношение для оптимальной прямой возврата оптимальной н.с. статора определяются для m=4 при четырехтактной парной коммутации;

k_u - коэффициент, учитывающий изменение напряжения питания и температуры обмотки статора в процессе эксплуатации, определяется по формуле:

(3.3)

U_мин - минимальное по техническому заданию напряжение питания, В;

U_макс - максимальное по техническому заданию напряжение питания, В;

r_мин - удельное электрическое напряжение сопротивления меди, приведенное к минимальной по техническому заданию окружающей температуре, т.е. +20° С, Ом×м;

P_макс - удельное электрическое напряжение сопротивления меди, приведенное к максимальной (по условиям эксплуатации) рабочей температуре обмотки, т.е. +20° C, Ом×м.

Предварительно зададимся отношением D_r/d_sr, а также коэффициентом форсировки

k_ф:

D_r/d_sr=200, k_ф=4.5

Отношение (b/х)_опт для сплава магнита ЮНДК25БА и отношения D_r/d_sr=200 находим по кривым.

3.1.1.3 Коэффициент использования магнита для оптимальной прямой возврата :

где _опт- коэффициент использования магнита при оптимальной н.с. статора, определяется для принятого отношения D_r/b_sr при коэффициенте полюсной дуги _r=0.5:

x_опт=0.09

3.1.1.4 Безразмерная частота приемистости

Значения f_x.x* и k_xd определяются для m=4 и четырехтактной парной коммутации относительный момент нагрузки принимаем равным m_н=0.36 тогда:

f_х.х*=0.81; k_xd=0.82

3.1.1.5 Диаметр ротора вычисляем по формуле:

(3.6)

где

(3.7)

Коэффициент результирующей н.с. статора k_m при m=4 при четырехтактной парной коммутации равен . Коэффициент k₁ для сосредоточенных обмоток (принимаем q=0.5) равен 4/ . Коэффициент скоса пазов статора для 1-й гармоники момента определяем равным:

(3.8)

Число пазов статора:

Cкос пазов в долях зубцового деления статора принимаем =0.5.

Коэффициент согласно опытным данным для роторов магнитоэлектрических

ШД, опрессованных прессматериалом типа АГ-4, принимаем равным =7 10² кг/м3.

Свойства постоянных магнитов из сплава ЮНДК25БА:

B_r=1.35 Тл; H_c=58890 А/м

Величину воздушного зазора принимаем _sr=1×10^-4 м; при этом полученное отношение D_r/d_sr=182 незначительно отличается от принятого ранее.

3.1.1.6 Длину ротора вычисляем по формуле:

(3.10)

3.1.1.7 Длина магнитной линии на полюс магнита предварительно вычисляется по формуле:

3.1.1.8 Оптимальная н.с. статора:

3.1.1.9 Н.с. статора при минимальном напряжении питания и максимальной рабочей температуре обмоток:

3.1.1.10 Зададимся допустимой плотностью тока в обмотке статора в режиме форсированной остановки под током (соответствующая минимальному напряжению питания максимальной рабочей температуре обмотки):

.

3.1.1.11 Cредняя длина витка обмотки статора определяется по приближенной формуле:

(3.14)

где внутренний диаметр статора

(3.15)

3.1.1.12 Коэффициент заполнения паза медью, для обмоточных проводов типа ПЭВ-2 и ПЭТВ

k_Cu=0.26÷0.3. (3.16)

3.1.1.13 Удельный тепловой поток с поверхности пакета статора при минимальном напряжении питания и максимальной рабочей температуре обмотки, вт/м2, определяется в зависимости от допустимого перегрева обмотки

(3.17)

где a_u- коэффициент теплоотдачи с поверхности корпуса; для двигателей закрытого исполнения с естественным охлаждением

a_u=13÷16 вт/м²×°С

Отношение наружной поверхности корпуса S_к к наружной поверхности пакета статора S_s выбираем S_k/S_s=4.

3.1.1.14 Наружный диаметр пакета статора определяем по формуле:

(3.18)

3.1.1.15 Мощность, выделяющаяся в меди двигателя в статическом режиме при минимальном напряжении питания и максимальной рабочей температуре обмотки:

P_Cu=2r_maxрDl_wF'_мин=2×2.35×10^-8×8×10⁶ 25×10^-2×117=43.9 Вт (3.19)

3.1.1.16 Мощность, потребляемая двигателем и добавочными сопротивлениями в статическом режиме при минимальном напряжении питания и максимальной рабочей температуре обмотки:

где

Момент инерции ротора определяем по формуле:

;

Круговая частота собственных колебаний ротора:

Максимальный момент

Коэффициент ;

Проводимость воздушного зазора в относительных единицах предварительно определяется по формуле:

Проводимость рассеяния магнита в относительных единицах предварительно определяется по формуле:

Относительный коэффициент возврата

3.1.1.17 Массы активных материалов определяются по формулам:

масса ротора:

масса стали статора:

масса меди статора:

3.1.2 Расчёт параметров обмотки статора

3.1.2.1 Ток в фазе ШД в статическом режиме при минимальном напряжении и максимальной рабочей температуре обмотки:

3.1.2.2 Число эффективных проводников в пазу статора

3.1.2.3Сечение проводника обмотки статора

Число параллельных ветвей в обмотке принято а=1.

По ГОСТ окончательно принимаем провод марки ПЭТВ-2 d=0.5мм с намоткой в два параллельных провода, суммарное сечение

3.1.2.4 Сопротивление фазы, приведённое к рабочей температуре обмотки

3.1.2.5 Коэффициент форсировки

3.1.2.6 Индуктивность фазы, обусловленная главным потокосцеплением

3.1.2.7 Индуктивность фазы, обусловленная потокосцеплением рассеяния

Значения удельных проводимостей рассеяния:

пазового рассеяния ,

рассеяния лобовых частей .

3.1.2.8 Индуктивность фазы обмотки статора

3.1.2.9 Постоянная времени фазы обмотки статора

3.1.2.10 Добавочное сопротивление, включаемое в цепь фазы

3.1.3 Расчёт динамических характеристик

3.1.3.1 Нормализованная постоянная времени с шунтированием обмоток диодами

3.1.3.2 Коэффициент внутреннего демпфирования

3.1.3.3 Частота приёмистости