Цель исследований - экспериментальное сопоставление характеристик коллекторных электродвигателей с различной конфигурации магнитной системы статора при одинаковой конфигурации и размерах якоря. В исследования за базу взят якорь электродвигателя СЛ – 569МУ2.
В данном отчете проведены исследования и сопоставлены характеристики коллекторных двигателей следующих конфигураций:
- электродвигатель СЛ – 569 МУ2. с обмотками возбуждение на статоре (SL-569 (Coil));
- электродвигатель без обмоток возбуждения на статоре (SL-569 (stateless)).
1. Коллекторного электродвигатель СЛ-569МУ2
Электродвигатель СЛ-569МУ2 - коллекторный, постоянного тока, имеет две обмотки: обмотку возбуждения и обмотку якоря. Режим работы - продолжительный. Обмотки изготовлены из медного провода, покрытого высокопрочной эмалью. Электродвигатель изготовлен в алюминиевом корпусе, выполненном методом литья под давлением. Общий вид электродвигателя СЛ-569МУ2 приведен на рис. 1, технические характеристики – в табл.1.
Рис. 1 – Общий вид электродвигателя СЛ-569.
2. Электродвигатель без обмоток возбуждения на статоре (SL-569 (stateless)).
Инновационный электродвигатель выполнен на базе коллектора и якоря коллекторного двигателя СЛ – 569МУ2. В этом двигателе на статоре отсутствуют обмотки возбуждения и статор выполнен из сегментов электротехнической стали специальной конфигурации.
3. Экспериментальные исследования двух типов электродвигателей
Экспериментальные исследования двух типов электродвигателей производилось на специальном стенде. Испытательный стенд (рис. 2) состоит из следующих основных частей: 1 – нагрузочный генератор; 2- тахометр для измерения частоты вращения исследуемых двигателей; 3 – станина, на которой закрепляются исследуемые электродвигатели и нагрузочный генератор; 4 – резиновая муфта для сочленения испытуемого электродвигателя и нагрузочного генератора; 5 – коллекторный двигатель (SL-569 (Coil)); 6 – электродвигатель без обмоток возбуждения на статоре (SL-569 (stateless)).
Рис. 2. Стенд для испытаний коллекторного двигателя SL-569 (Coil) (а) и электродвигателя без обмоток на статоре (SL-569 (stateless) (б).
б)
Испытания исследуемых электродвигателей производились следующим образом. К испытуемому электродвигателю подключалось напряжение постоянного тока. Величина подводимого напряжения могла регулироваться в диапазоне Uin = 50÷110) В. После подключения напряжения к клеммам испытуемого электродвигателя его якорь начинал вращается и посредством муфты 4 приводил во вращение нагрузочный генератор 1. Обмотки нагрузочного генератора подсоединялись к переменному активному сопротивлению, изменяя которое можно регулировать нагрузку на испытуемый электродвигатель.
4. Сравнение результатов для трех двух типов коллекторных электродвигателей.
В процессе испытаний к каждому из электродвигателей подводилось такое напряжение, чтобы входная мощность для заданной нагрузки для обоих электродвигателей была одинакова. В табл. 2 приведены основные параметры двух сравниваемых электродвигателей: с обмотками возбуждения на статоре – SL-569 (Coil); без обмоток и магнитов на статоре – SL- 569 (stateless). В этой таблице приведены данные при входной мощности равной Pin = 132 Вт.
Анализируя результаты испытаний, следует отметить, что при одинаковой входной мощности (Опыт 1)выходная мощность и КПДдвух типов электродвигателей также одинаковы. При этом двигатель без обмоток имеет меньший диаметр магнитной системы и поэтому его удельная мощность (Вт/см3) в 1,8 разавыше, чем у двигателя с обмотками, а удельная мощность, отнесенная к массе активных частей (Вт/кг) в 1,5 раза выше. При одинаковой частоте вращения якоря (Опыт 2) удельная мощность (Вт/см3) в двигателе без обмоток на статоре в 2.4 раза выше, чем у стандартного двигателя SL-569, а удельная мощность, отнесенная к массе активных частей (Вт/кг) в 1,8 раза выше
Также следует отметить, что значение КПД у электродвигателя без обмоток на статоре примерно равно значению КПД стандартного коллекторного двигателя.
Выводы
-
Удельная мощность, отнесенная к объему(Вт/см3) у коллекторного электродвигателя без обмоток по сравнению с электродвигателем с обмотками на статоре в среднем в 2 раза выше и соответственно выше в 1,65 разаудельная мощность,отнесенная к массе активных частей (Вт/кг).
-
Технология изготовления электродвигателя без обмоток существенно проще, чем электродвигателя с обмотками на статоре, а значит и существенно дешевле, что при массовом производстве имеет решающее значение.
Для более детального описания всех продуктов перейдите по ссылке www.project.st
COMPARISON OF TWO TYPES OF COMMUTATOR MOTORS BASED ON THE SL-569MU2 MOTOR ARMATURE
The purpose of this research consists in experimental comparison of characteristics of commutator electric motors having different configuration of stator magnetic system and similar configuration and dimensions of the armature. In this research the armature of SL-569MU2 motor is taken as a basis.
This report is focused on studying and comparing the characteristics of the following commutator motor configurations:
- SL-569 MU2 electric motor with stator field windings (SL-569 (Coil));
- electric motor without stator field windings (SL-569 (stateless)).
1. Commutator motor SL-569MU2
SL-569MU2 electric motor is a DC commutator motor that has two windings: a field winding and an armature winding. The motor is operated in a continuous mode. The windings are made of copper wire insulated with high-strength enamel coating. The electric motor is fabricated in aluminum housing, made by die casting method. General view of SL-569MU2 electric motor is shown in Fig.1, and its technical characteristics are given in Table 1.
Fig. 1 – General view of SL-569 electric motor.
2. Electric motor without stator field windings (SL-569 (stateless))
The innovative electric motor is built on the basis of the commutator and armature of SL-569MU2 commutator motor. This motor has no field windings on the stator which is made from electrical steel segments of a special configuration.
3. Experimental studies of two types of electric motors
Experimental studies of two types of electric motors were carried out on a special test bench. The bench (Fig. 2) consists of the following main parts: 1 – load generator; 2 – tachometer to measure the speed of the studied motors; 3 – frame, on which the studied electric motors and the load generator are fixed; 4 – rubber coupling for connection of the electric motor and the load generator; 5 – commutator motor (SL-569 (Coil)); 6 - electric motor without stator field windings (SL-569 (stateless)).
Fig. 2. A test bench for commutator motor SL-569 (Coil) (a) and electric motor without stator field windings (SL-569 (stateless) (b).
The tests of the studied electric motors were carried out in the following manner. DC voltage was connected to the tested electric motor. The value of applied voltage could be adjusted in the range Uin = 50÷110) V. After connecting the voltage to the electric motor terminals, its armature began to rotate thus driving the load generator 1 via coupling 4. Windings of the load generator were connected to variable active resistance, by changing which the load on the tested electric motor could be adjusted.
4. Comparison of results for two types of commutator motors.
During the tests, each electric motor was supplied with voltage, such that the input power for a given load was the same for both motors. Table 2 shows the basic parameters of two compared electric motors, i.e. SL-569 (Coil) with stator field windings and SL-569 (Stateless) without windings and magnets on stator. In the table below the data are given for input power equal to Pin = 132 W.
When analyzing the test results, it should be noted that at the same input power (Test 1) the output power and efficiency of both types of electric motors are also the same. At the same time, the motor without windings has a smaller diameter of magnetic system and, therefore, its power density (W/cm3) is 1.8 times higher than that of the motor with windings, and the ratio of specific power to the weight of its active parts (W/kg) is 1.5 times higher. With the same rotation frequency (Test 2), the power density (W/cm3) in a motor without windings on the stator is 2.4 times higher than that of a standard SL-569 motor, and the power density referred to the mass of active parts (W/kg) is 1.8 times higher.
It should also be noted that the efficiency value of an electric motor without stator windings is approximately equal to that of a standard commutator motor.
Conclusions
1. The power density per volume (W/cm3) for a collector electric motor without windings compared to an electric motor with windings on the stator is on average 2 times higher and, accordingly, 1.65 times higher the power density per mass of active parts (W/kg).
2. The technology of manufacturing an electric motor without windings is much simpler than an electric motor with windings on a stator, and therefore much cheaper, which is of decisive importance in mass production.
For a more detailed description of all products, follow the link www.project.st