В этой главе мы обсудим следующие вопросы:
Точность скорости/плавность хода/срок службы и ремонтопригодность/пылеобразование/эффективность/тепловыделение/вибрация и шум/меры противодействия выхлопным газам/условия эксплуатации
1. Виросоустойчивость и точность
При работе двигателя с постоянной скоростью он будет поддерживать равномерную скорость в соответствии с моментом инерции на высоких скоростях, но будет изменяться в зависимости от формы сердечника двигателя на низких скоростях.
В бесщеточных двигателях с пазами притяжение между зубцами паза и магнитом ротора будет пульсировать на низких скоростях. Однако в случае нашего бесщеточного двигателя без пазов, поскольку расстояние между сердечником статора и магнитом постоянно по окружности (то есть магнитосопротивление постоянно по окружности), пульсации вряд ли возникнут даже при низких напряжениях. Скорость.
2. Срок службы, ремонтопригодность и пылеобразование.
Наиболее важными факторами при сравнении коллекторных и бесколлекторных двигателей являются срок службы, ремонтопригодность и пылеобразование. Поскольку щетка и коммутатор соприкасаются друг с другом при вращении коллекторного двигателя, контактирующая часть неизбежно изнашивается из-за трения.
В результате приходится заменять весь двигатель, и появляется проблема скопления пыли от износа. Как следует из названия, бесщеточные двигатели не имеют щеток, поэтому они имеют больший срок службы, проще в обслуживании и производят меньше пыли, чем щеточные двигатели.
3. Вибрация и шум
В коллекторных двигателях вибрация и шум возникают из-за трения между щеткой и коммутатором, тогда как в бесколлекторных двигателях этого не происходит. В щелевых бесколлекторных двигателях вибрация и шум возникают из-за крутящего момента в пазах, тогда как в щелевых двигателях и двигателях с полой чашкой этого не происходит.
Состояние, при котором ось вращения ротора отклоняется от центра тяжести, называется дисбалансом. При вращении дисбалансированного ротора возникают вибрации и шум, которые усиливаются с увеличением скорости вращения двигателя.
4. Эффективность и тепловыделение
КПД двигателя определяется отношением выходной механической энергии к входной электрической энергии. Большая часть потерь, не преобразующихся в механическую энергию, превращается в тепловую энергию, которая нагревает двигатель. К потерям в двигателе относятся:
(1). Потери в меди (потери мощности из-за сопротивления обмотки)
(2). Потери в железе (потери на гистерезис сердечника статора, потери на вихревые токи)
(3) Механические потери (потери, вызванные сопротивлением трения подшипников и щеток, а также потери, вызванные сопротивлением воздуха: потери от сопротивления ветра)
Потери меди можно уменьшить, увеличив толщину эмалированного провода для снижения сопротивления обмотки. Однако, если эмалированный провод сделать толще, обмотки будет сложно установить в двигатель. Поэтому необходимо разработать структуру обмотки, подходящую для двигателя, увеличив коэффициент заполнения (отношение длины проводника к площади поперечного сечения обмотки).
Если частота вращающегося магнитного поля выше, потери в железе увеличиваются, а это значит, что электрическая машина с более высокой скоростью вращения будет выделять много тепла из-за потерь в железе. Потери в железе можно уменьшить за счет уменьшения толщины ламинированной стальной пластины из-за вихревых токов.
Что касается механических потерь, то в коллекторных двигателях всегда присутствуют механические потери из-за трения между щеткой и коммутатором, в то время как в бесколлекторных двигателях их нет. В отношении подшипников, коэффициент трения шариковых подшипников ниже, чем у подшипников скольжения, что повышает эффективность двигателя. В наших двигателях используются шариковые подшипники.
Проблема с нагревом заключается в том, что даже если в самом устройстве нет ограничений по температуре, тепло, выделяемое двигателем, снизит его производительность.
При нагреве обмотки сопротивление (импеданс) увеличивается, и току становится труднее протекать, что приводит к снижению крутящего момента. Кроме того, при нагреве двигателя магнитная сила магнита уменьшается из-за термического размагничивания. Поэтому выделение тепла нельзя игнорировать.
Поскольку самариево-кобальтовые магниты обладают меньшей тепловой размагничиваемостью, чем неодимовые магниты, их выбирают в тех областях применения, где температура двигателя выше.
Дата публикации: 21 июля 2023 г.