4
Synchronous Reluctance Motor with Sinewave Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1 Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.2 Initial sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.3 Starting PC-BDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.4 No magnets! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.5 The stator winding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.6 Estimating the number of turns per coil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.7 Wire size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.8 Selecting materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.9 Setting up the first calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.10 Setting up the thermal analysis with Motor-CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.11 Steady-State Thermal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5
3-Phase Induction Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.1 Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.2 Initial sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.3 Starting PC-IMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.4 Initial sizing and dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.5 Rotor design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.6 Stator winding layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.7 Determining the number of turns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.8 Selecting materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.9 Setting up the first test calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.10 Operation at high speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.11 Checking the flux-densities with PC-FEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.12 Other parameters to consider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.13 Setting up the thermal analysis with Motor-CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.14 Steady-State Thermal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.15 Fin Spacing Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6
Single-Phase Induction Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.1 Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.2 Starting PC-IMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.3 Stator winding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.4 Estimating the number of turns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.5 Selecting materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.6 Setting up the operating point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.7 Torque/speed characteristic and steady-state operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.8 Further aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.9 Setting up the thermal analysis with Motor-CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.10 Steady-State Thermal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.11 Further Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
7
PM DC Commutator Motor (Brush motor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.1 Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.2 Initial sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.3 The armature winding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.4 Determining the turns/coil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.5 Selecting materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.6 Initial calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.7 Engineering changes required to meet the specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.8 Precise kE, or the simple formula? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.9 Nominal performance calculation (still with high friction) . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.10 Calculation and graphical display of the torque/speed characteristic . . . . . . 122 7.11 Setting up the thermal analysis with Motor-CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 -x-