Лифанов - расчет эл. машин малой мощности

Здесь km – коэффициент, который для электрических микромашин с

71

удобно представить в виде таблицы 3.2 с формулами для определения ряда необходимых величин при заданном значении потребляемого тока.

72

Глава 4

Исполнительный двигатель постоянного тока с полым ротором

4.1. Общие сведения

В стартстопных лентопротяжных механизмах, применяемых во внешних запоминающих устройствах ЭВМ – накопителях на магнитной ленте (НМЛ) наибольшее распространение получил монороликовый способ ведения магнитной ленты. Сущность способа состоит в том, что магнитная лента охватывает (ведущий вал) моноролик на большом угле, достигающим 150…1800, и находится с ним в постоянном контакте. Благодаря определённому значению трения покоя между лентой и монороликом движения МЛ происходит без проскальзывания и деформаций.

Информация на МЛ записывается зонами. В соответствии с этим НМЛ является быстродействующим, реверсивным, стартстопным механизмом, с помощью которого осуществляется разгон ленты за определённое время, равномерное перемещение её в прямом или обратном направлении с требуемой номинальной скоростью, а также торможение (останов) в строго регламентированное время. Между зонами имеются интервалы (межзонные промежутки) необходимые для разгона и торможения (рис. 4.1).

Величина междузонного промежутка определяется следующим образом hМП = h0 + hз−в + hp ,

где h0 – длина участка ленты, расходуемая на останов (торможение) ленты после записи или воспроизведения зоны; hз−в – расстояние между линиями воздушных зазоров головок записи и воспроизведения (у современных НМЛ hз−в = 3,8 мм); hp – длина участка МЛ, расходуемая при разгоне до номинальной скорости движения υЛ .

Стартстопный режим характеризуется частотой повторения циклов до 250 Гц. При рабочих скоростях движения и величине междузонного промежутка 5 м/с и величине междузонного промежутка 0,7 см угловые ускорения, которые должен обеспечивать ИДП, достигают десятков тысяч рад/с2.

Укажем некоторые параметры ИДП современных НМЛ: суммарный момент инерции вращающихся частей 14·10-7 кг·м2; время разгона до скорости 2500 об/мин – tp = 0,5...1,0 мс; электромеханическая постоянная времени

TM = 0,7...0,8 мс; угловое ускорение ε = (2,6...3,6) 105 рад/с2.

При таком быстродействии двигатель достигает рабочей скорости после поворота на 5…70.

73

Этим требованиям удовлетворяет ИДП с полым якорем и внешним индуктором в виде радиально расположенных постоянных магнитов из высококоэрцитивных сплавов [25] (рис. 4.2). Рассмотрим алгоритм его расчёта.

4.2. Выбор основных размеров

74

Рис. 4.2. ИДП с полым якорем и внешним индуктором

Так как разгон и останов ленты происходит равномерно, т.е. с постоянным ускорением, то время разбега и торможения будет

где ωH и εH – угловые частота и ускорение (замедление). При этом

где Dp – диаметр ролика, м.

75

Как показывают исследования, суммарный момент инерции при оптимальном

где mя – масса якоря; kh – коэффициент, учитывающий влияние лобовых частей,

76

коэффициенты заполнения полого якоря изолированным проводом; λK1 и λK 2 – относительные длины пакета якоря соответственно для однослойной и

двуслойной обмотки λK1,2 = lδ1,2 = 2...3;

Dcp1,2

С другой стороны, учитывая выражения (4.14)…(4.17), с некоторым приближением получим

4.3. Расчёт обмотки якоря

Максимальное число проводников обмотки якоря из условия их размещения: для однослойной обмотки

77

В двухполюсной машине обмотка простая петлевая, в четырёхполюсной – волновая. В случае волновой обмотки результирующий шаг и шаг по коллектору

где δ ≈ 0,25 мм – величина внешнего и внутреннего воздушных зазоров, (см.

рис. 4.2)

Полюсное деление

78

UЩ – падение напряжения в щёточном контакте на пару разноимённых щёток

(см. приложение 8).

Расчёт коллектора и выбор щёток осуществляется по известной методике [8, 13].

Попутно напомним, что якорь рассматриваемого электродвигателя не содержит активной стали и, следовательно, в нём отсутствуют магнитные потери. При этом однослойная обмотка якоря является более предпочтительной.

4.4. Расчёт магнитной цепи и определение размеров постоянных магнитов

Индукция в воздушном зазоре

При этом Da – диаметр сердечника; dвн – диаметр вентиляционного канала внутри сердечника.

Здесь Ha – напряжённость, определяемая по кривой намагничивания материала

сердечника (сталь 3,10) (см. приложение 9). МДС ярма (станины).

79

Для определения МДС ярма необходимо предварительно определить высоту полюсов (постоянных магнитов) hm , а также внутренний и наружный диаметр

где НЯ – напряжённость поля в ярме, определяемая по кривой намагничивания материала ярма; LЯ – средняя длина магнитной линии, определяемая согласно формуле

Предварительное определение размеров постоянных магнитов, расчёт магнитных проводимостей и построение рабочей диаграммы магнита, а также расчёт рабочих характеристик осуществляются по той же методике, что и в случае ИДП с гладким якорем.

4.5. Особенности конструкции ИДП с полым якорем

Для пояснения конструктивных особенностей ИДП с полым якорем удобно воспользоваться рисунком 4.3, на котором изображены сечение двигателя и его щёточно-коллекторный узел. На этом рисунке приведена следующая спецификация:

1.Обмотка якоря в виде полого якоря с волновым соединением концов многовитковых секций и коллекторных пластин выполнена из круглого изолированного провода, закреплена на изолированной прокладке с термореактивным клеящим слоем, забандажирована тонкой нитью на стеклянной основе и залита полиэфиерным компаундом.

2.Коллектор, состоящий из прямоугольных проводов – коллекторных пластин, закреплённых на изоляционной прокладке с термореактивным клеящим слоем.

3.Щётки.

4.Металлическая втулка.

5.Вал.

6.Полюсные наконечники индуктора.

7.Постоянные магниты.

8.Ярмо (станина).

9.Внутренний магнитопровод (сердечник).

80