Автор: Копылов И.П.
Текст
Копылов ПЛ. Проектирование электр,Р1е<кпх машин
Глава восьмая. Проектирова-
ние машин постоянного тока . . 330
8-1. Общие сведения . . . 330
8-2. Задание на проектирование
машины постоянного тока 338
8-3. Выбор главных размеров . 339
8-4. Расчет обмотки и пазов якоря 341
8-5. Расчет воздушного зазора
под главными полюсами
Компенсационная обмотка 348
8-6. Расчет магнитной цепи . 353
8-7. Расчет обмочи возбужде-
ния .................... . . 357
8-8. Расчет коммутации . . 360
8-9. Расчет добавочных полюсов. 362
8-10. Потери и КПД. Рабочие
характеристики . . . 365
8-11. Особенности теплового и
вентиляционного расчетов
машин постоянного тока 367
8-12. Пример расчета двигателя
постоянного тока . . . 373
Продолжение смотри в следующей части
Этот электронный документ предназначен только для использования в образовательных
целях.
Г лава восьмая
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
8-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Разработка конструкции элект-
рической машины постоянного тока
должна быть основана на существу-
ющих стандартах на установочннэ
Рис. 8-1. Установочные размеры машин по-
стоянного тока.
а—исполнение IM1001; б — исполнение 1M310L
размеры, требованиях ГОСТ и реко-
мендациях МЭК-
Основная идея этих рекоменда-
ций состоит в следующем.
Принята единая шкала номи-
нальных высот оси вращения машин.
При этом за высоту оси вращения
принимается расстояние от оси вра-
щения до опорной плоскости маши-
ны (рис. 8-1) .
Установочные размеры Ь\0; /|0;
l3i; di0 однозначно увязаны с высо-
той оси вращения h, но не опреде-
ляются мощностью машины.
Для каждой высоты оси враще-
ния приняты три значения размера
li0, которым соответствуют три обо-
значения длины станины: S — для
коротких, М — для средних и L —
для длинных машин. Обычно элект-
ромашиностроительные заводы огра-
ничиваются выбором только двух
длин из предложенных МЭК трех
значений.
Установочные размеры электри-
ческих машин приведены в табл.
П-39 и П-40. Зд^сь приняты следую-
щие обозначения размеров: h—вы-
сота от нижней опорной поверхности
лап до оси машины; &ю— расстоя-
ние между отверстиями под болты в
лапах (торцевой вид); /10 — рассто-
яние от оси отверстия в лапе маши-
ны до упора (заплечика) свободного
конца вала; d\ — диаметр основного
свободного конца вала; h— длина
свободного конца вала; — диа-
метр отверстий под болты в лапах
машины. Обозначения размеров
указаны согласно ГОСТ 4541-70.
Размеры 1\ и d\ свободного конца
вала не связывают с высотой оси
вращения, а выбирают в зависимо-
сти от наибольшего длительного
вращающего момента электродви-
гателя согласно табл. П-42; размеры
шпонки и шпоночных канавок свя-
заны размерами /1 и d\.
Диаметры крепительных флан-
цев, регламентируемые МЭК, приве-
дены в табл. П-41. Обозначения раз-
меров приведены на рис. 8-1,6.
Машины общего назначения про-
ектируют и выпускают заводами в
виде серий, т. е. соразмерного ряда
машин с конструктивным подобием
и с закономерным нарастанием мощ-
330
Таблица 8-1
Мощности электродвигателей общего применения (степень зашиты IP22)
L/ н = 110В | ип = 220 В и п = 400 В
Мощность, кВт при частоте вращения, об/мин
и 600 750 1000 1500 3000 600 750 /000 1500 3000 750 1000 1500
и — — 0,13 0,30 0,7 — — 0,13 0,3 0,7 0,1
12 .— 0,20 0,45 1,0 — — 0,2 0,45 1,5 — — —
21 —- 0,2 0,30 0,70 1,5 — 0,2 0,3 0,7 2,2 — —— “—
22 — 0,3 0,45 1,00 2,2 —- 0,3 0,45 1,0 3,2 — •*— —
31 — 0,45 0,70 1,50 3,2 -—. 0,45 0,7 1,5 4,5 — —. —
32 — 0,7 1 .00 2,20 4,5 —- 0,7 1,0 2,2 6,0 ‘— —. —
41 — 1,0 1,50 3,20 6,0 —— 1,0 1 ,5 3,2 8,0 — —
42 — 1,5 2,20 4,50 8,0 •— 1 ,5 2,2 4,5 11,0 —- —- -—
51 — 2,2 3,20 6,00 — — 2,2 3,2 6,0 14,0 — — —
52 —- 3,2 4,50 8,00 — — 3,2 4,5 8,0 19,0 — — —
51 — 4,5 6,0 11,0 — <—- 4,5 6,0 11,0 25,0 ——гг- —
62 6,0 8,0 14,0 —- — 6,0 8,0 14,0 32,0 — — —
71 — 8,0 11,0 19,0 — — 8,0 11,0 19,0 42,0 -— ——
72 —_ 11,0 14,0 25,0 — — 11,0 14,0 25,0 — —- —-
81 —- 14,0 19,0 32,0 — — 14,0 19,0 32,0 — 1 -— 19 32
82 — 19,0 25,0 — 19,0 25,0 42,0 —. •—- 25 42
91 19,0 25.0 32,0 — 19,0 25,0 32,0 55,0 — 22 32 55
92 25,0 32,0 —- -— 25,0 32,0 42,0 75,0 — 32 42 75
101 32,0 42,0 55,0 -— 32,0 42,0 55,0 100,0 — 42 55 100
102 42,0 55,0 *—1 — 42,0 55,0 75,0 125,0 55 75 125
111 55,0 • 1 — — 1 55,0 75,0 100,0 160,0 — 75 95 160
112 — — — — 70,0 85,0 125,0 200,0 — 85 125 180
пости и геометрических размеров. Номенклатура машин серии П
В настоящее время наряду с единой
серией П осваивают выпуск машин
новой серии 2П, которая нормализо-
вана рекомендациями МЭК.
подразделяется на три группы: ма-
шины мощностью от 0,3 до 200 кВт
(1 — 11-й габариты); машины мощ-
ностью 200—1400 кВт (12—17-й га-
Таблица 8-2
Мощности генераторов общего назначения со смешанным возбуждением (степень
защиты 1Р22)
ип = 115 в | ин = 230 в ин = 460 в
Габарит Мощность, кВт, при частоте- вращения, об/мик
980 | 1450 | 2850 | 980 1450 | 2850 980 1450
21 0,37 1,25 0,37 1,25 — —
22 <— 0,6 1,6 — 0,6 1,6 — —•
31 — 1,0 2,6 — 1,0 2,6 — —
32 1,5 3,8 — 1,5 3,8 — —
41 — 2,7 6,2 2,7 6,2 —* —
42 — 3,2 7,2 — 3,2 7,2
51 —- 5,0 11,0 .— 5,0 и,о — —
52 — 6,5 14,0 — 6,5 14,0 -— —
61 —- 9,0 —— — 9,0 18,0 —— —
62 — 11,5 — — 11,5 25,0 —
71 — 16,0 — — 16,0 — — —
72 — 21,0 .— — 21,0 — — —
81 19 27,0 <— 19 27,0 — 27
82 25 35,0 !, — 25 35,0 — 25 35
91 32 50,0 — 32 50,0 — 32 50
92 42 — — 42 70,0 — 42 65
101 55 85 — 55 90,0 — 55 90
102 70 —• 70 110,0 — 65 ПО
111 90 — 90 150.0 — 90 145
112 — — —- 115 190,0 — ПО 170
331
Таблица 8-3
Показатели, определяющие подсерии
Показател и Диапазон мощностей, кВт
0,37—1,1 1,5—30 37—200
Число полюсов Класс нагревостойкости изоляции Тип пазов якоря Высота оси вращения, мм Предельное отношение активной длины якоря к его диаметру 2 В Овальный 90; 100 1,25 4 В Овальный 132; 160; 180; 200 1,15 4 F Прямоугольный 225; 250; 280; 315 1,0
бариты); машины мощностью свыше
1400 кВт (18—26-й габариты).
Габарит машины определяется
диаметром якоря, который норма-
лизован. Для каждого габарита
имеются две длины сердечника. Ис-
полнение электродвигателей единой
серии П от 1-го до 11-го габарита по
степени защиты IP22, по способу ох-
лаждения IC01 или IC05. Возбужде-
ние смешанное.
Мощности электродвигателей и
генераторов общего применения в
зависимости от типоразмера и ча-
стоты вращения приведены в табл.
8-1 и 8-2.
На рис. 8-2 дан чертеж электри-
ческой машины серии П, являющей-
ся типичной для этой серии.
С целью обеспечения строгого
геометрического подобия узлов и
деталей машин и создания сораз-
мерного ряда вся серия 2П подраз-
деляется на ряд подсерий. В частно-
сти, в диапазоне поминальных мощ-
ностей от 0,37 до 200 кВт первая
иодсерия охватывает диапазон мощ-
ностей от 0,37 до 1,1 кВт, вторая —
от 1,5 до 30 кВт, третья — от 37 до
200 кВт. Некоторые показатели,
характеризующие указанные подсе-
рии, приведены в табл. 8-3.
Электродвигатели серии 2П име-
ют следующие степени защиты (по
ГОСТ 17494-72): -
IP22 — с самовентиляцией (типа
2ПА); с независимой вентиляцией
от постороннего вентилятора (типа
2ПН);
IP44 — закрытое исполнение с
естественным охлаждением (типа
2ПВ) и закрытое исполнение с на-
ружным обдувом от постороннего
вентилятора (типа 2ПО).
Таблица 8-4
Номинальные значения электродвигателей типа 2ПЛ (род защиты IP22, изоляция
класса нагревостойкости В, напряжение 110, 220, 440 В)
р. кВт Номинальная частота вращения, об/мин
3000 2200 1500 1000 750
Габа - рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Мак сн- мальная ча стота вращения
0,37 — — —. — — -— — — — —
0,55 — — — — = —— — —- —— —
0,75 — — — I — 1I2M 3000
1.1 —— ,— — —, — — 112М 3000 112 3000
1,5 — -— — — —. 112 3000 I32M 3000
2,2 —_ — — — 112М 3500 132М 3000 132 3000
3,0 —— П2М 3500 112 3500 132 3000 160 3000
4,0 112М 3500 112 3500 132М 3500 160М 3000 180М 3000
5,5 112 3500 132М 3500 132М 3500 160 3000 180 3000
7,5 132М 3500 132 3500 160М 3500 180М 3000 200 2500
4,0 132 3500 I60M 3500 160 3500 180 3000 200 2500
15,0 160М 3500 160 3500 180М 3300 200М 3000 — в-
18,5 160 3500 180 3300 180 3300 200 3000 — ’—
332
Рис. 8-2. Машина постоянного тока типа П-92.
Г —крышка подшипника; 2 — передний щит; 2 —траверса: 4 — шарикоподшипник 70-313: 5 —крыш-
ка подшипника; 6— крышка подшипникового щита; 7 — коллектор: 8 — станина; 9 —добавочный
полюс; 10— якорь; 11 — главный полюс; 12— шайба на валу; 73— задний щит; 14— вентилятор;
15 — болт Мб; 16 — крышка подшипника; 17 — роликоподшипник 2313; 18 — крышка подшипника-
79 — вал; 20 — шпонка 16X10X90 мм; 21 — жалюзи.
Таблица 8-5
Номинальные мощности электродвигателей типа 2ПБ (род защиты IP44, изоляция
класса нагревостойкости F, напряжения 110, 220, 440 В)
р. кВт Номинальная частота вращения, об/мин
зооо 2260 150С» 1000 750
Габа- рит Макси - мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения Габа- рит Макси- мальная частота вращения
0,37 — — 112М 3000
0,55 — — »— — .— — I12M 3000 112 3000
0,75 — —. — -— 112М 3500 112 3000 132М 3000
1.1 —. — 112M 3500 112 3500 132М 3000 132 3000
1,5 112М 3500 112 3500 I32M 3500 132 3000 160М 3000
2,2 112 3500 1.32М 3500 132 3500 160М 3000 160 3000
3,0 132М 3500 132 3500 160М 3500 160 3000 180М 3000
4,0 132 3500 160М 3500 160 3500 180М 3000 200М 2500
5,5 160М 3500 160 3500 180М 3300 220М 3000 200 2500
7,5 160 3500 18051 .3300 220М 3300 200 3000 —.
11,0 180М 3300 200М 3300 200 3300 = - —
15,0 180 3300 — — — — — — —
* На напряжение 110 В
не выполняются.
Таблица 8-6
Формы исполнения электродвигателей
Форма исполнения Диапазон габа- ритов
1MI001; 1М1011; 1М1031 1М2101; IM21U; 1М2131 1М3601; 1М3611; 1М3631 112; 132; 160; 180; 200 180 и 200 112; 132; 160; 180; 200
Номинальные мощности электро-
двигателей приведены в табл,- 8-4 и
8-5. Формы исполнения электродви-
гателей серии 2П в зависимости от
габаритов приведены в табл. 8-6.
Электродвигатели серии 2П
предназначены для работы как от
источников постоянного тока, так и
от тиристорных преобразователей.
Номинальные напряжения якорной
цепи — 110; 220; 440; 600 В. Возбуж-
дение независимое, номинальное
напряжение возбуждения 110 и
220 В.
Электродвигатели мощностью до
200 кВт изготовляют на номиналь-
ные частоты вращения 750; 1000;
1500; 2200 и 3000 об/мин. Частота
вращения электродвигателей может
регулироваться как изменением на-
пряжения якорной цепи, так и ос-
лаблением поля. Ослаблением поля
допускается увеличение частоты
334
вращения до пределов, указанных в
табл. 8-4 и 8-5.
Электродвигатели серии 2П за-
щищенного исполнения типов 2ПА
и 2ПН выполняют с изоляцией клас-
са нагревостойкости В, электродви-
гатели закрытого исполнения типов
2ПО и 2ПБ—с изоляцией клас-
са нагревостойкости F.
Конструктивно электродвигатель
серии 2П состоит из следующих ос-
новных узлов и деталей (рис. 8-3):
станины, якоря, коллекторного щи-
та, щита со стороны привода, защит-
ных лент.
Корпус станины имеет цилиндри-
ческую форму, изготавливается из
стали СтЗ. К корпусу винтами при-
вернуты главные и дополнительные
полюсы с обмотками. Главные по-
люсы состоят из сердечника и по-
люсного наконечника, которые
штампуются заодно из листовой
электротехнической стали 3411,3413
толщиной 1 или 0,5 мм. Листы по-
люса скрепляют заклепками. Сер-
дечники дополнительных полюсов
также выполняют из электротехни-
ческой стали 3411 толщиной 1 мм.
При высотах оси вращения до
132 мм середечники дополнительных
полюсов выполняют из полосовой
стали СтЗ. Обмотку главных полю-
сов (многослойную) выполняют из
Рис. 8-3. Машина постоянного тока 2П-160М.
/— крышка подшипника; 2— щит подшипниковый; 3—траверса; 4 — лента защитная; 5 — баланси-
ровочное кольцо; 6 — коллектор; 7 —коробка выводов; 8— станина; 9 — болт; /0 — шайба МЮ:
// — якорь; 12 — обмотка якоря; 13 — диффузор; /-/ — защитная лента; 15 — вентилятор; 16 — крыш-
ка подшипника; /7 — шарикоподшипник 309; 18 — подшипниковый щит; /9 — болт МЮХ32: 20 —
шайба М10; 2/ — болт М6Х60: 22—шайба MG; 23 — крышка подшипника; 24 -- вал: 25 — главный
полюс; 26 — дополнительный полюс; 27 — щетки.
Таблица 8-7
Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока
(й = 80ч-200 мм; напряжение до 600 В; изоляция классов нагревостойкости В, F, Н)
; j г « z м
Позиция на рис. Назначение Материал Число слоев
Класс В Класс F Класс Н Тол- щина, ' мм
/ И зол яц и я сер деч - вика (напыление; Эпоксидная смола 1.0 —
2 Изоляция катушки Лакотканеслюдопласт 0,25 1
гит-лсв-лсл гип-лсп-лсл гик-лск-лсл
3 Изоляция катуш- ки Стеклянная лента ЛЭС 0.1 1 впол- не хлеста
4 Рамк 1 Стек лоте к с то лит 0.5 Табл 1 и ц а 8-8
ст стзф стк
Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока
(Л = 2Й54-315 мм; напряжение до 600 В; изоляция классов нагревостойкости В, F. Н)
Позиция ня рис. Назначение Материал Число слоев
Наименование, марка Толщина, мм
Класс В Класс F Класс Н Класс В Класс F. Н
/ Изоляция катушки Стеклянная лента ЛЭС 0,1 1 впол- нахлес- та
2 Каркас Стеклол а к отк а нь 2,0 1
ГИТ-ЛСБ-ЛСЛ ГИП-ЛСП-ЛСЛ гик-лск-лсл
3 Рамка Сталь СтЗ 1,5 1
4 Рамка Сте кл отекстол и т 1,5 1
ст СТЭФ | стк
336
/Грохол.жени г табл. 8-8
11и.11ЩПИ на рис. Назначение Материал Число слоев
Наименование, марка Толщина, мм
Класс В Класс F Класс И Класс В Класс F. Н
5 Скоба Сталь СтЗ 8—10 1
6 Изоляция сердечника Сл юдопл асто- фолнй ИФГ-Ь Синтофолий Синтофолий 1-] 0,15 0,16 7,5
7 Прокладка междувит- ковая Асбестовая бума- га Фениленовая бумага 0,2 мм 0.3 0,2X2 1
8 Изоляция углов Стеклянная лента ЛЭС 0,1 1 впо- нахлес- та
Таблица 8-9
Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока
(й = 355ч-500 мм; напряжение до 1000 В; изоляция классов нагревостойкости В, F, Н)
I Позиция на рис. Назначение Материал Число слоев
Наименование, марка Тол- щина, мм
Класс В Класс F Класс Н
/ Изоляция катуш- ки Стеклянная лента ЛЭС 0.1 1 вполна>- леста
2 Каркас Стеклолакоткаиь 3,5 1
ГИТ-ЛСБ-ЛСЛ гип-лсп-лсл гик-лсклсл
3 Рамка Сталь СтЗ 2—3 1
4 Скоба Сталь СтЗ 8—12 1
5 Изоляция сердеч- ника С л юдопл ас,то- фолий ИФГ-Б Синтофолий Е СинтофолиП Н 0,15 7,5
6 Прокладка меж- ду витков а я Асбестовая бумага Фенилоновая бу- мага 0,2 мм ,0,3 1
7 Изоляция катуш- ки Стеклослюдинитовая лента ЛС-ПЭ-934-ТП Полними дна я пленка ПМ 0.05 мм 0,15 7
8 Хомут Латунь Л62 2,0 1
22—326
337
круглого медного провода марки
ПЭТВ. Обмотку дополнительных по-
люсов выполняют из круглого про-
вода марки ПЭТВ или прямоуголь-
ного провода марки ПСД. Изоляция
обмоток главных и дополнительных
полюсов двигателей серии 2П приве-
дена в табл. 8-7—8-9. Собранные
катушки основных и дополнительных
полюсов подвергают тщательной
пропитке в нагревостойком изоляци-
онном лаке, что обеспечивает их мо-
нолитность и влагостойкость. Пакет
якоря выполняют из штампованных
и изолированных лаком листов элек-
тротехнической стали марок 2211,
2312, 2411, 3413 толщиной 0,5 мм,
напрессовывают непосредственно на
вал и зажимают между двумя на-
жимными кольцами (обмоткодержа-
телями), которые одновременно слу-
жат опорой для лобовых частей
обмотки якоря. Один из обмоткодер-
жателей упирается в уступ на валу,
а другой запирается кольцом, на-
саженным на вал по горячей посад-
ке. Вал изготовляется из стали мар-
ки 45, имеет ступенчатую форму для
раздельной посадки на него сер-
дечника якоря, коллектора и венти-
лятора.
Коллектор состоит из коллектор-
ных пластин, изолированных друг от
друга слюдяными пластинами, явля-
ющимися межламельной изоляцией.
При наружном диаметре коллектора
до 250 мм коллекторные пластины
закрепляют пластмассой, которую
впрессовывают во внутреннее отвер-
стие между пластинами и коллектор-
ной втулкой, предназначенной для
посадки коллектора на вал. В каче-
стве армирующей пластмассы ис-
пользуют пластмассу АГ-4с или Кб.
Для присоединения концов об-
мотки якоря к коллектору в коллек-
торные пластины впаяны петушки.
К подшипниковому щиту со сто-
роны коллектора с помощью болтов
крепят траверсу щеткодержателей.
Щеткодержатели штампуют на тек-
столитовых кольцах. В щеткодержа-
телях установлены щетки. Аксиаль-
ную принудительную вентиляцию
электродвигателя осуществляют при
помощи литого вентилятора, наса-
женного на вал со стороны привода.
Воздух забирается через жалюзи,
выполненные в защитной ленте со
стороны коллектора, и выбрасывает-
ся через отверстия в защитной ленте
со стороны привода (выходного
вала). Для рационального распре-
деления охлаждающего воздуха над
активными частями машины преду-
смотрен диффузор.
Со стороны коллектора на валу
предусмотрено специальное балан-
сировочное кольцо. В подшипнико-
вых щитах со стороны привода и со
стороны коллектора установлены
шариковые или роликовые подшип-
ники. Концы обмоток якоря и воз-
буждения выводят к болтам панели,
размещенной в коробке выводов.
8-2. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В задании на проектирование
машины постоянного тока должны
быть указаны следующие данные.
1. Номинальная мощность маши-
ны, кВт.
2. Номинальное напряжение се-
ти, В.
3. Номинальная частота враще-
ния, об/мин.
4. Род возбуждения.
5. Исполнения по степени защи-
ты, способу монтажа и способу ох-
лаждения.
6. Условия эксплуатации при воз-
действии климатических и механи-
ческих факторов.
7. Номинальный режим работы и
допускаемое превышение темпера-
туры, класс изоляции по нагрево-
стойкости.
8. Характеристики регулирования
частоты вращения: диапазон регу-
лирования частоты вращения вверх
ослаблением поля главных полюсов,
изменением напряжения сети и др.
9. Массогабаритные показатели.
10. Требования к коммутации.
11. Дополнительные технические
требования, например показатели
надежности и долговечности, значе-
ния КПД при номинальном режи-
ме и определенном коэффициенте
нагрузки.
При задании указанных величин
вся последовательность расчета и
проектирования машины постоянно-
го тока сответствует установленным
338
практикой электромашиностроения
принципам проектирования машин
общепромышленного назначения.
На основе электромагнитного, теп-
лового и вентиляционного расчетов
может быть спроектирована машина
с. учетом других дополнительных
требований к конструкции и харак-
теристикам машины.
При курсовом и дипломном про-
ектировании следует максимально
использовать данные серийных ма-
шин общепромышленного примене-
ния, приведенные в соответствую-
щих стандартах па эти машины,
конструкторские и технологические
решения электромашиностроитель-
ных заводов, изученные в процессе
производственной практики, а так-
же материалы публикаций периоди-
ческой печати и специальной техни-
ческой литературы.
8-3. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
Основной особенностью оформ-
ления конструктивной схемы совре-
менной электрической машины по-
стоянного тока является то, что сей-
час наравне с номинальными дан-
ными конструктору даются высота
оси вращения и другие установочные
размеры. Поэтому разработка кон-
струкции электрической машины с
заданными установочными размера-
ми требует нового подхода к задаче
выбора главных размеров.
Связь между главными размера-
ми машины и электромагнитной
мощностью определяется «машин-
ной постоянной» по (1-1).
По формуле «машинной посто-
янной» можно рассчитать только
произведение О2Л>, а для определе-
ния главных размеров D и /б необ-
ходимо предварительно задаться
или отношением Х = /е/т, или од-
ним из размеров.
При заданной высоте оси враще-
ния h наружный диаметр корпуса
машины постоянного тока Dn, кото-
рый определяется диаметром яко-
ря, воздушным зазором и высотой
полюса, не может превышать 2ft,
т. е. Dtl<.2h (см. рис. 8-1).
11а основании анализа конструк-
ций машин постоянного тока можно
22*
принять
£>Н = 2Л —(8-ь 1О).1О-3, (8-1)
а для четырехполюсных машин
D^h. (8-2)
По данным многих типов и кон-
струкций машин постоянного тока
относительная радиальная высота
магнитной системы (Он—-0)/£> = ц
является функцией числа полюсоз.
Область значений этой функции для
Рис. 8-4. К определению отношения наруж-
ного диаметра якоря к внутреннему диа-
метру.
Рис. 8-5. Зависимость X от диаметра якоря
для машин общего назначения.
1 — верхняя граница; 2 — нижняя граница.
различных чисел полюсов приведе-
на на рис. 8-4. Пользуясь (8-1) и
(8-2), а также рис. 8-4, можно опре-
делить предварительные значения
диаметра якоря D. Значение D уточ-
няют после составления эскиза маг-
нитной системы и междуполюсного
окна. Далее по (1-1) при известном
значении D определяют расчетную
длину якоря /б .
Для машин общепромышленно-
го применения рекомендованные
значения находятся в пределах
0.41,25. Кривые зависимости
V =/(£)) для этих машин приведе-
339
0,6 0,81,01,52 3 4 6 8 10 1520 30 40 60 80100 200 400 600 800 2000 5000 кВт
Рис. 8-6. Зависимость КПД от (см. рис. 8-6) мощности.
ны на рис. 8-5. Точками отмечены
значения ?/ машин серии 2П.
При выборе ?/ необходимо иметь
в виду также, что с увеличением
длины машины уменьшается отно-
сительная длина лобовых частей,
возрастает КПД, снижаются мо-
мент инерции машины и электроме-
ханическая постоянная времени
Тм,, но при этом ухудшаются усло-
вия охлаждения и коммутации ма-
шины. Поэтому выбор оптимальных
главных размеров и отношения 7.
возможен только путем сравнения
нескольких вариантов машины.
Электромагнитная мощность.
В (1-1) в качестве расчетной мощ-
ности Р' принимается электромаг-
нитная мощность. Однако эту мощ-
ность можно определить только пос-
ле полного расчета электрической
машины — на этапе расчета ее ха-
рактеристик. Поэтому мощность Р'
определяют предварительно по но-
минальной мощности и КПД, кото-
рым следует задаться.
Зависимость КПД от номиналь-
ной мощности для машин общего
назначения приведена на рис. 8-6.
Для генераторов расчетная мощ-
ность принимается равной:
Р' — kr Р„, (8-3)
для двигателей
/>' = ka Рн/Лн. (8-4)
Значения коэффициентов kr и kn
приведены в табл. 8-10.
Для электрических машин обще-
го назначения можно определить
340
предварительно электромагнитную
мощность по формуле
Р' = рп 1 |'т>" , (8-4а)
2т)н
где т]ц—КПД (см. рис. 8-6).
Таблица 8-10
Значения коэффициентов kr, Ад, kB
Мощность
машины.
кВт
До 1 1,4—1,15
1 — 10 1,2—1,1
10—100 1,15—1,06
100—1000 1,06—1,03
0,65—0,85
0,82—0,95
0,85—0,97
0,93—0,98
0,2—0,08
0,1—0,025
0,035—
0,02
0,02—
0,005
Выбор коэффициента полюсного
перекрытия. Расчетный коэффици-
ент полюсного перекрытия ав, как
следует из (1-1), непосредственно
влияет па степень использования
машины: с увеличением ав возрас-
тает использование машины. Одна-
ко это приводит к уменьшению
межполюсного расстояния т—Ьр,
происходит возрастание потоков
рассеяния главных полюсов, увели-
чивается проникновение поля глав-
ных полюсов в зону коммутации, и
в результате ухудшается коммута-
ция машины.
Для машин общего назначения
с дополительными полюсами значе-
ние ав находится в пределах 0,55—
0,72, без дополнительных полюсов
а.6 =0,64-0,85.
На рис. 8-7 приведены зоны пре-
дельных значений ав для машин об-
щего применения при числе полю-
сов 2р^4. Точками отмечены зна-
чения для машин серии 2П.
Выбор электромагнитных на-
грузок. Объем якоря, определяемый
произведением D'2l&, обратно про-
порционален электромагнитным
нагрузкам А и Вб, поэтому увеличе-
ние А и В<з приводит к улучшению
использования объема якоря. Но с
Верхние границы значений А
(рис. 8-8) определяют предельные
значения нагрузок для хорошо ох-
лаждаемых машин при сравнитель-
но легких условиях коммутации,
нижние значения — для тихоход-
ных машин или машин, работаю-
щих с перегрузками и частыми ре-
версами, а также для машин с
Рис. 8-7. Зависимость =[(D).
Рис. 8-9. Зависимость индукции в воздуш-
ном зазоре от диаметра якоря.
Рис. 8-8. Зависимость линейной нагрузки
от диаметра якоря.
ростом А увеличивается нагрев яко-
ря и машины, с ростом В& —насы-
щение отдельных участков магнит-
ной цепи. Электромагнитные на-
грузки оказывают влияние и на ком-
мутацию машины.
Таким образом, уровень элек-
тромагнитных нагрузок нельзя оп-
ределить одназпачпо и поэтому вы-
бор А и Вб на начальном этапе
расчета машины, как правило, ос-
новывается на зависимостях, по-
строенных в результате анализа ра-
нее разработанных серий и отдель-
ных типов машин.
Рекомендуемые значения А и Ев
в зависимости от диаметров якорей
для машин общего назначения по-
стоянного тока приведены на рис.
8-8, 8-9.
уменьшенным значением воздушно-
го зазора.
Выбор верхних значений индук-
ции Be (рис. 8-9) оправдан в ма-
шинах, работающих с большими пе-
регрузками, например в двигателях
для реверсивных прокатных станов.
Однако, как видно из рис. 8-9,
в некоторых серийных машинах с
целью унификации отрезков серий
приняты максимальные значения
Вб (показано точками). Целесооб-
разность выбора этих значений под-
тверждается обычно сравнением ря-
да вариантов выбора главных раз-
меров, геометрии зубцовой зоны и
обмоток.
8-4. РАСЧЕТ ОБМОТКИ И ПАЗОВ ЯКОРЯ
В § 3-11 даны исходные реко-
мендации для выбора и расчета об-
моток машин постоянного тока. Тип
и число параллельных ветвей об-
мотки определяют, исходя из при-
нятого числа главных полюсов 2р
и тока параллельной ветви /а- Чис-
ло главных полюсов машин посто-
янного тока общего назначения в
зависимости от диаметра якоря мо-
жно выбрать согласно рис. 8-10.
При известной высоте оси враще-
ния двигателей можно принимать:
2р = 2 при D до 0,1 м, 2р=4 при
£> = 0,1124-0,5 м.
341
Для расчета числа параллель-
ных ветвей определяется предвари-
тельное значение тока якоря, А:
/= ^. (1 +kB)-
д.ля генераторов; _ _
р
для двигателей.
Значения коэффициента kB мож-
но выбрать из табл. 8-10.
Исходя из принятого числа глав-
ных полюсов 2р, предварительного
значения тока якоря I и допустимо-
го тока параллельной ветви 1а —
= 250—300 А согласно табл. 3-14
Число эффективных проводни-
ков обмотки в пазу N/Z должно
быть в двухслойных обмотках чет-
ным числом.
По условиям коммутации пазо-
вый ток /п = А/1 не должен превы-
шать 1500—1600 А при О<1 ми
2000 А при 7)>1 м.
Для расчета числа коллектор-
ных пластин К и числа секционных
сторон в пазу «п целесообразно рас-
смотреть несколько вариантов вы-
полнения обмоток.
Выбор варианта К, ип, wc
№
вариа-
нта
ик, ср--~
Рис. 8-10. Зависимость числа полюсов от
диаметра якоря.
принимается тип обмотки. При то-
ках якоря до 600 А допускается вы-
бор простой волновой обмотки, от
500 до 1400 А — простой петлевой
или лягушачьей, свыше 1400 А —
двухходовой петлевой или лягу-
шачьей обмотки.
Число проводников обмотки
якоря
N = /”£-2а . (8-6)
Согласно рекомендациям табл.
3-14 и ориентировочным значениям
зубцового деления tt определяется
число пазов якоря Z:
Z = — . (8-7)
А
Ориентировочные значения t\
для различных высот оси вращения
следующие:
й, мм. . . 80—200 225—315 355—500
?(1 мм . . 10—20 15—35 18—40
При сравнении вариантов следу-
ет учесть, что в двигателях с полу-
закрытыми пазами при всыпной об-
мотке из круглых проводников чис-
ло витков секции wc=NI‘2K может
быть дробным, так как в этом слу-
чае допускается выполнение сек-
ций, расположенных в одном пазу,
с разным числом витков. Например,
в некоторых машинах серии 2П
при волновой обмотке с ип = 3 чис-
ло витков в секциях принято рав-
ным: 1—2—1; 2—1—2; 5—4—5.
При открытых пазах и проводах
прямоугольного сечения значения
wc должны округляться до ближай-
шего целого числа.
Максимальное число коллектор-
ных пластин K—uaZ должно оцени-
ваться по минимально допустимому
значению коллекторного деления,
которое в зависимости от диаметра
коллектора должно быть не менее:
£>к, мм . . . . 125 140—280 315—500
tK. мм .... 3,0 3,5 3,8
Минимальное значение К. огра-
ничивается допустимым значением
напряжения между соседними кол-
лекторными пластинами {/КСр=
=2pU!K.
Для серийных машин без ком-
пенсационной обмотки допускается
UK,cp до 16 В, для машин с компен-
сационной обмоткой {/к.ср^20 В,
для машин малой мощности (до
342
1 кВт) L7K,cp=S254-30 В. Для рас-
чета коллекторного деления tK не-
обходимо выбрать наружный диа-
метр коллектора DK из следующего
ряда по ГОСТ 19780-74: 56, 63, 71,
80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180,
200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450,
500, 560 мм.
Диаметр коллектора DK при от-
крытых пазах якоря должен нахо-
диться в пределах
DK = (0,65 ч-0,7) D. (8-8)
При полузакрытых пазах якоря
и отсутствии петушков на коллек-
торе
DK = (0,65 ч-0,8)0. (8-9)
После выбора варианта обмот-
ки необходимо уточнить линейную
нагрузку
А = 2ц°гаМ2- (8-10)
nD '
и скорректировать расчетную длину
машины.
Поперечное сечение эффективно-
го проводника обмотки якоря, м2,
qa = l-2a!Ja, (8-11)
где Ja — плотность тока, А/м2.
Определение допустимой плот-
ности тока в зависимости от класса
нагревостойкости изоляции возмож-
но по значению произведения AJ
(см. рис. 8-8). Область F соответст-
вует классу нагревостойкости F,
область В — классу В.
Для всыпных обмоток якоря с
полузакрытыми пазами из табл.
3-15 следует выбрать круглый про-
вод марки ПЭТВ при классе нагре-
востойкости изоляции В и ПЭТ-155
при классе нагревостойкости F.
При классе нагревостойкости Н мо-
гут быть применены провода марки
ПСДКТ. Диаметр изолированного
провода нс должен превышать
1,8 мм.
Эффективные проводники всып-
ных обмоток обычно состоят из не-
скольких элементарных проводни-
ков выбранного диаметра. Число
элементарных проводников пэл и
сечение элементарного проводника
9эл определяют из равенства
Ча ~ ^ЭЛ Аэл- (®”12)
Число rij.i должно быть целым.
Сечение и размеры прямоуголь-
ных проводников обмотки якоря с
открытыми пазами определяют при
расчете размеров паза и зубца.
Форма паза и геометрия зубцо-
вой зоны в целом зависят от диа-
метра якоря, типа и конструктив-
ных характеристик обмотки.
Наиболее целесообразной с точ-
ки зрения технологии обмоточных
работ формой паза является откры-
тый паз с параллельными стенками.
При прямоугольной форме провод-
ников эти пазы обеспечивают наи-
больший коэффициент заполнения.
Но, с другой стороны, при от-
крытых пазах возрастает коэффици-
ент воздушного зазора, увеличива-
ется пульсация магнитного потока,
возрастают зубцовые гармоничес-
кие электромагнитного момента.
Увеличиваются также поверхност-
ные и пульсационные добавочные
потери в магнитной системе.
Области применения полуза-
крытых и открытых пазов указаны
в гл. 3.
При диаметрах якоря до 0,05 м
для упрощения формы штампа до-
пускается применение пазов круг-
лой формы.
При выбранной форме паза ис-
ходной величиной для расчета гео-
метрии зубцовой зоны является пло-
щадь паза, обеспечивающая разме-
щение в пазу проводников, изоля-
ции и крепления с учетом коэффи-
циента заполнения.
Овальные пазы якоря. При
овальной форме паза зубцы выпол-
няются с равновеликим по высоте
сечением (рис. 8-11). Ширина зуб-
ца предварительно
= (8-13)
где Bz—допустимое значение ин-
дукции в зубцах;
kc— коэффициент заполне-
ния пакета якоря
сталью (табл. 6-11).
Значения магнитной индукции
Вг в зависимости от частоты пере-
магничивания, степени защиты и
способа охлаждения могут быть
приняты согласно приведенным в
табл. 8-11.
343
Таблица 8-] 1
Значения магнитной индукции в зубцах
якорей с овальными пазами
Исполнение двигателя Магнитная индукция Тл, при частоте перемагничивания, Гц
100 75 50 25 и ниже
IP22, IC01, 1,65— 1,75— 1 ,85— 1,9—
1С17, IP44, IC37 1,85 1,95 2,05 2,1
IP44, IC0141 1,4— 1,6 1,5— 1,7 1,55— 1,75 1,6- 1,8
IP44, IC004I 1,3— 1,5 1,3— 1,6 1,5-1,7 1,55— 1,75
Рис. 8-11. Полузакрытые пазы овальной
формы с параллельными сторонами зубцов.
Рис, 8-12. Зависимость высоты паза от
диаметра якоря.
Высота паза йп предварительно
выбирается по рис. 8-12. При выбо-
ре высоты паза необходимо иметь
в виду, что высота ярма якоря
(рис. 8-11) должна быть более или
равной значению hjmin, при кото-
ром магнитная индукция в спинке
якоря является предельно допусти-
мой (табл. 8-12).
Таблица 8-12
Предельные допустимые значения
магнитной индукции в спинке якоря
Исполнение машины Магнитная индукция В], Тл, при частоте перемагничи- вания, Гц
5G—100 до SO
IP22, IC01. IP22, 1С17 IP44, 1С37 1,4 1,45
1Р44, 1С0141 1,15 1,2
IP43, 1С0041 1,05 1,1
Примечание. При числе полюсов 2р=2
предельные значения Bj следует увеличить на
0,2 Тл.
Минимальная высота спинки
якоря hjmin равна:
hjmin=-^-+2dK/3, (8-14)
где Ф— магнитный поток в воз-
душном зазоре, Вб;
I—длина пакета якоря, м;
/dK—диаметр аксиальных вен-
тиляционных каналов, м.
Обычно магнитопроводы якорей
с овальными пазами выполняются
без аксиальных каналов, и только
в некоторых случаях при высотах
оси вращения h^200 мм и диамет-
рах якоря свыше 200 мм выполня-
ется один ряд аксиальных каналов.
При расчете йп и hj необходимо
задаться значением внутреннего
диаметра листов якоря Do (рис.
Таблица 8-13
Наружные D и внутренние Da диаметры
матнитопровода якоря с овальными пазами
ft, мм 90 по 112 132 160 180 200
D, мм 90 106 ПО 132 156 180 202
мм 24 28 38 50 55 60 65
344
(8-15)
8-11). Это значение приближенно
определяется по табл. 8-13.
При выбранной ширине зубца
Ьг и установленном значении hn оп-
ределяются размеры и площади се-
чения паза: высота Лш принимается
равной 0,5—0,8 мм; ширина шлица
Лш должна быть больше суммы
максимального диаметра изолиро-
ванного проводника и двусторонней
толщины пазовой изоляции;
больший радиус и, м,
_ л (D — 2йш) — Zbg .
~ 2(Z + n)
меньший радиус, м,
л(£> — 2йп) — Zhz .
Г <> — ------~ ,
2 (Z - л)
расстояние h\, м,
- hn~ йш — г, — г.2; (8-17)
площадь паза в штампе, м2,
Su-^(n + i) + (G + ^^: (8-18)
площадь сечения пазовой изоля-
ции, м2,
5ИЗ = Ьиэ (2лг1 + лг, + 2/zJ, (8-19)
где &из — односторонняя толщина
пазовой изоляции (табл. 3-15);
площадь пазового клина и изо-
ляционной прокладки между слоя-
ми обмотки
SK^(3-5)ri; (8-20)
площадь поперечного сечения
паза, заполненная обмоткой, м2,
Sn,0 = Sn-S„3-5K; (8-21)
площадь поперечного сечения
обмотки, уложенной в один паз, м2.
о 2^113 Лзл ип Wt
"3
(8-22)
где rf1I3 —диаметр одного изолиро-
ванного провода;
яэп—число элементарных
проводников в одном
эффективном провод-
нике;
аус — число витков в секции;
иа — число секционных сто-
рон в пазу;
kt — коэффициент заполне-
ния паза изолирован-
ными проводниками:
£а=0,684-0,72.
Если площадь поперечного сече-
ния паза Зп.о больше площади по-
перечного сечения обмотки So, то
необходимо выбрать проводники
большего диаметра и снизить плот-
ность тока Ja обмотки якоря. Если
So>Зп.о, то требуется увеличить
плотность тока и выбрать провод-
ники меньшего сечения, при кото-
рых обеспечивается коэффициент
заполнения паза k3 не более 0,72.
Рис. 8-13. Открытые пазы с параллельными
стенками при креплении обмоток клиньями.
Средняя длина полувитка сек-
ций обмотки якоря с овальными
пазами и всыпными обмотками, м,
1асР = + /п, (8-23)
где /л — длина лобовой части, м;
/п—длина якоря, м.
Средняя длина лобовой части:
при 2р=2
1Л 0,9т; (8-24)
при 2р=4
/л^(1,2-:- 1,3) т. (8-25)
Сопротивление обмотки якоря
по (4-34), Ом,
= -?/дср ., (8-26)
а (2a)2qa
где ptf — удельное сопротивление
меди при расчетной рабочей темпе-
ратуре по табл. 4-1.
Масса меди обмоток, кг,
тМа = 8900/асрУ^. (8-27)
Прямоугольные пазы якоря.
При прямоугольной форме паза
(рис. 8-13 и 8-14) предварительно
необходимо задаться высотой паза
йп (рис. 8-12). Ширина зубца в ми-
нимальном сечении Ьг3 (у основа-
ния паза) определяется допустимой
345
Таблица 8-14
Индукция в минимальном сечении зубцов
якорей с прямоугольными пазами
Исполнение дви- гателей по степе- ни защиты и спо- собу охлаждения Магнитная индукция тах Тл, при частоте перемагни- чивания, Гц
100 75 50 До 26
IP22, IC01, 1С17, 1Р44, JC37 1,9— 2,1 2,0— 2,2 2,1 — 2,3 2,2—2,4
IP44, 100141 1,6— 1,8 1,7— 1,9 1,8— 2,0 1,9—2,1
1Р44, IC0041 1,5— 1 1,7 1,6— 1.8 1,7— 1,9 1.3-2.0
Рис. 8-14. Открытые пазы с параллельными
стенками при креплении обмоток бандажом.
индукцией Вгтах, значения которой
можно принять по табл. 8-14.
Якоря машин постоянного тока
общего назначения с прямоугольны-
ми пазами при диаметрах свыше
0,2 м имеют аксиальные вентиляци-
онные каналы. При диаметрах до
0,3 м достаточно выполнить один
ряд каналов диаметром от 15 до
22 мм при числе каналов от 18 до
25. При диаметрах выше 0,3 м (до
0,5 м) выполняют два ряда каналов
диаметром от 24 до 34 мм с числом
каналов от 24 до 30.
При диаметрах якоря до 0,5 м
пакет магнитопровода насаживает-
ся непосредственно на вал. Внут-
ренний диаметр сердечника в этом
случае принимается равным Dozz
«0,3.0 или О0«27 PJПи (где
Рн—номинальная мощность, кВт,
па — номинальная частота враще-
ния, об/мин).
При диаметрах сердечника вы-
ше 0,5 м между внутренней поверх-
ностью ярма якоря и валом распо-
лагают втулку или якорную звезду,
конструктивно выполненную анало-
гично роторной звезде крупных син-
хронных машин (гл. 7).
Размеры паза ha и Ьп и спинки
якоря hj уточняются после провер-
ки индукции в спинке якоря В,, ко-
торая не должна превышать пре-
дельных значений, приведенных в
табл. 8-12.
При креплении обмоток в пазах
якоря бандажом (этот вид крепле-
ния практикуется в машинах с диа-
метром якоря от 0,22 м до 0,33 м)
высота бандажной канавки прини-
мается равной 3—3,5 мм. В этом
случае пазы выполняются с глад-
кими стенками (рис. 8-14).
При креплении обмоток в пазах
якоря диаметром свыше 0,33 м кли-
ньями (рис. 8-13) высота клина hK
принимается равной 4 мм, высота
шлица /1ш= 1 мм.
После выбора размеров паза и
зубца устанавливаются по разме-
щению в пазу проводников и изоля-
ции (см. табл. 3-16, 3-17) ширина и
высота проводников. Максималь-
ная ширина проводника с изоля-
цией
h = ~.ь"? . (8-28)
При скосах пазов на одно или
половину зубцового деления ра-
счетную ширину паза необходимо
уменьшить на 0,1 мм.
Предельно допустимое значение
высоты проводника с изоляцией
равно:
а = - Айз - hK , (8-29)
2шс
где а/с — число витков в секции;
hK — высота клина.
При креплении обмоток банда-
жом в (8-29) необходимо вместо
hK подставить йб— высоту бандаж-
ных канавок. Высота йб ~ 0,01D.
С целью уменьшения эффекта
вытеснения тока в проводниках об-
мотки якоря и снижения добавоч-
ных потерь высота элементарного
проводника должна быть не более
4 мм при 100 Гц, 7 мм при f=
= 50 Гц, 10 мм при /=С25 Гц.
В этом случае допускается эффек-
тивный проводник подразделять по
346
высоте на два элементарных про-
водника, каждый из которых имеет
высоту не более допустимой для
данной частоты.
По размерам anpX^up необходи-
мо взять по табл. П-29 размеры и
сечение проводника выбранной
марки.
Рис. 8-15. К расчету длины секции обмогки
якоря.
Для обмоток якорей с прямо-
угольными пазами при Л^315 мм
выбираются прямоугольные провод-
ники марки ПЭТВП при классе на-
гревостойкости изоляции В и
ПЭТП-155 при классе нагревостой-
кости F. При высотах оси вращения
до 0,5 м применяются провода мар-
ки ПСД классов нагревостойкости
В и F и ПСДК—класса нагрево-
стойкости Н.
После проверки размещения
всех проводников обмотки якоря
в пазу с учетом клина, пазовой и
витковой изоляции уточняются раз-
меры паза, которые округляются до
ближайшей большей десятой мил-
лиметра.
По выбранному сечению провод-
ника определяются плотность тока,
А/м2,
Ja = Ia'qa (8-30)
и произведение AJ, А2/м3.
Полученное значение произведе-
ния AJ необходимо сравнить с реко-
мендованными (см. рис. 8-8). Если
AJ превышает допустимые значе-
ния, то необходимо увеличить пло-
щадь паза и, повторив расчет зуб-
цовой зоны и размеров проводни-
ков, установить окончательные раз-
меры паза.
Размеры секций обмотки якоря
(рис. 8-15) определяются по черте-
жу пакета якоря и обмоточным
данным.
Длина переднего Ц и заднего /г
вылетов секции равна, м:
/1 = /34-а + 6; (8-31)
4 = Ц + а + (8-32)
где а — прямолинейный участок сек-
ции с учетом радиуса изгиба; в за-
висимости от напряжения значения
а принимают:
и, В........ 250 500 750 1500
а, м........ 0,013 0,015 0,019 0,025
Ь — прямолинейный участок кон-
цов секции, который при перекру-
ченных проводниках секции равен
0,015—0,02 м, при расплющенных
концах секций 0,04 м, при выполне-
нии секции без скрутки проводни-
ков 0,012—0,015 м;
с — прямолинейный участок у
головок секций (с учетом радиуса
изгиба): с=0,004+г+Лкт.
Прямолинейные участки лобо-
вых частей передней части секции
mn = Z5 и задней pq=l$ равны:
4=^: 4 = -/^; (8-33)
2 cos а 2 cos а
соответственно вылеты /3 и Z4 рав-
ны:
/3 = ; /4 = , (8-34)
гДе У1 = -7- ± е;
Уг = У~У\ (табл. 3-14).
Шаг V для предварительных ра-
счетов принимают равным;
f = Mff —. (8-35)
Угол а определяют согласно рис.
8-15:
sina = Йл±-6Д?-, (8-36)
где Ьл — толщина катушки в лобо-
вой части; Ьл as 1,2 Ьп; бл — расстоя-
347
: няе между лобовыми частями двух
соседних катушек: бл= (0,4-i-10) X
ХЮ"3 м.
Длина полувитка обмотки яко-
ря, м,
^аср = 41 + 2а + /5 + /# -]- b + с. (8-37)
Сопротивление и масса обмотки
определяются по (8-26) и (8-27) со-
ответственно.
8-5. РАСЧЕТ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
ПОД ГЛАВНЫМИ ПОЛЮСАМИ.
КОМПЕНСАЦИОННАЯ ОБМОТКА
Воздушный зазор под главными
полюсами оказывает влияние на
магнитное сопротивление магнит-
Рис. 8-16. Переходная характеристика ма-
шины постоянного тока.
ной цепи машины, МДС обмотки
возбуждения и потери в ней. От
воздушного зазора зависит также
размагничивающее действие реак-
ции якоря.
Поскольку в машинах постоян-
ного тока, за редким исключением,
щетки устанавливаются строго по
линии геометрической нейтрали, а
магнитная цепь машины насыщена,
то при расчете реакции якоря рас-
сматривают только ее поперечную
составляющую.
Расчет размагничивающего дей-
ствия поперечной реакции якоря
производят по переходной характе-
ристике Вй=ф(/?бг/) (рис. 8-16),
построенной по результатам расче-
та магнитной цепи (см. табл. 8-19).
При нагрузке под действием попе-
речной реакции якоря магнитное
поле в воздушном зазоре искажает-
ся: под одним краем полюса индук-
ция уменьшается, под другим воз-
растает. Точки d и f, отстоящие от
ординаты ab на расстоянии 0,5АЬр
(где Ьр — ширина полюсной дуги),
определяют значения Встш и В^тах
под краями полюсов, а кривая
daf— распределение индукции в
воздушном зазоре на протяжении
полюсной дуги.
Среднее значение индукции в
воздушном зазоре в этом случае
можно определить по формуле при-
ближенной квадратуры:
5во=(56т1п + 4Вд + ВвП1ах)/6, (8-38)
где В& — индукция в воздушном за-
зоре в режиме холостого хода.
Для определения МДС размаг-
ничивания поперечной реакции яко-
ря F4d необходимо ось ab криволи-
нейного четырехугольника edafh
сместить на bb', при которой пло-
щади криволинейных треугольни-
ков d'c'a и af'g' равны. При этом с
достаточной степенью точности
можно принять разность ординат
а'Ь' — ab равной ДВ = Вд— Ввср .
Как следует из переходной ха-
рактеристики, поперечная реакция
якоря нарастает от середины полюс-
ной дуги к его краям. При значи-
тельной поперечной реакции якоря
может возникнуть условие, когда
^вг/ будет меньше 0,5Л&Р, и поэто-
му точка d на переходной характе-
ристике сместится в область отри-
цательных значений Be > т. е. индук-
ция в воздушном зазоре под одним
краем полюса изменит знак; про-
изойдет опрокидывание поля. Так
как наибольшим магнитным сопро-
тивлением участка магнитной цепи,
по которому замыкается поле реак-
ции якоря (воздушный зазор, зуб-
цы якоря и спинка якоря), облада-
ет воздушный зазор, то его величи-
на выбирается таким образом,
чтобы индукция Вц, на протяжении
всей полюсной дуги не изменяла
своего направления. Обычно это ус-
ловие выполняется, если воздушный
зазор б находится в пределах, ука-
занных на рис. 8-17. С целью сни-
жения реакции якоря под краями
полюсов воздушный зазор выполня-
ется эксцентричным или с припод-
нятыми краями (рис. 8-18). В этом
348
случае расчетный воздушный зазор
может быть принят равным
8р = 0,756! 4- 0,2563. (8-39)
Зазор 62 принимают равным
(2-3) 6(.
При диаметрах якоря серийных
машин постоянного тока свыше
0,3 м, а также в машинах с Рн/пв>
>0,2 кВт/(об/мин) или с широким
диапазоном регулирования частоты
Рис. 8-17. Предварительное определение
воздушного зазора по диаметру якоря.
Рис. 8-18. Полюсной наконечник главного
полюса.
вращения и большой кратностью
перегрузок для компенсации попе-
речной реакции якоря в зоне полюс-
ной дуги применяют компенсацион-
ную обмотку. Применение компен-
сационной обмотки позволяет вы-
полнить относительно небольшой
воздушный зазор под главными по-
люсами и уменьшить массу меди
обмотки возбуждения.
Однако наличие компенсацион-
ной обмотки усложняет производст-
во и увеличивает стоимость маши-
ны.
Конструктивно компенсацион-
ную обмотку выполняют в виде од-
нослойной катушечной пли стерж-
невой обмотки и укладывают в пазы
наконечников главных полюсов
(рис. 8-19) таким образом, что ось
обмотки совпадает с осью дополни-
тельных полюсов.
Типичная схема компенсацион-
ной обмотки приведена на рис. 8-2,
где буквами N и S обозначена по-
лярность дополнительных полюсов.
При расчете компенсационной
обмотки обычно принимают, что
Рис. 8-19. Пазы компенсационной обмотки.
она должна создавать в зоне полюс-
ной дуги МДС в пределах
Ри = (0,85-ь 1,15) (8-40)
Компенсационную обмотку сое-
диняют последовательно с обмот-
кой якоря, что автоматически обес-
печивает компенсацию реакции яко-
ря при любом токе нагрузки.
Во избежание вибраций маг-
нитного происхождения зубцовый
шаг по полюсному наконечнику
/к (рис. 8-19) должен отличаться
от зубцового шага ti по якорю.
Это условие обычно указывается
в виде требования
ZK =/= (0,85 ч- 1,15) — ав . (8-41)
2р
Число зубцов ZK должно быть
четным. Выбор числа зубцов ZK и
расчет зубцовой зоны компенсаци-
онной обмотки производят в сле-
дующем порядке.
Определяют число проводни-
ков компенсационной обмотки на
один полюс:
/V„ = АЬр“к , (8-42)
349
Рис, 8-20. Схема компенсационной обмотки.
где ак — число параллельных вет-
вей компенсационной обмотки;
I — ток якоря, А.
Число параллельных ветвей
компенсационной обмотки при-
нимают ак=1. Если ток в пазу
при ак=1 превышает 2000 А, вы-
полняют соединение компенсаци-
онной обмотки в две параллель-
ные ветви (<11( = 2)Выбирая ZK
в диапазоне ZK=64-i2, опреде-
ляют шаг /к, ширину
=tKB6 ar/BZKkc, где
Изоляция компенсационной обмотки машин постоянного тока
(пазы прямоугольные полузакрытые; обмотка однослойная
стержневая; h= 355—500 мм; напряжение до 1000 В; изоляция
классов нагревостойкости В, F, Н)
коэффициент рассеяния главного
полюса; Вгк= 1,64-1,8 Тл — индук-
ция в минимальном сечении зубца
компенсационной обмотки.
Ширина паза в свету равна:
bn=tK — bZKm(n. (8-43)
При выбранном числе зубцов
ZK определяют число проводников
обмотки в одном пазу:
пк ==NK!ZK. (8-44)
зубца bZK = Число пк округляют до ближай-
стг=1,05— шего целого числа.
Таблица 8-15
Позиция на рисунке 1 Материал Число слоев Двусторонняя толщи- на изоляции, мм
Наименование, марка Толщина, мм Рисунок а Рисунок б
Класс В Класс F Класс Н и о ГО *3 X Класс F X CJ ег г? Класс В Класс F Класс Н по шири- не по высоте S ф <и с = по высоте
/ Стек л ос лю ди нито в а я лента ЛС-ПЭ-994-ТП Пол ИН МИД- ная пленка ПМ 0.1 0,1 0,05 1 вполнах- леста 2 впол- нахлесте — — 0.8 0.8
2 Слюдо- пластофо- лий ИФГ-Б Синтофо- лий F Синтофо- лий Н 0,15 0,16 0.16 4.5 обо- рота 3,5 обо- рота 3,5 обо- рота 1,1 1.1 1,1 1 I
3 Лакотка- неслюдо- пласт ГИТ-ЛСБ- ЛСЛ Фениленовая бумага 0.15 0,15 0,15 1 1 1 0,3 0,3 0.3 0,3
— Допуск на укладку обмотки 0,2 0,4 0,3 0,4
— 1 Общая толщина изоляции в пазу 1.6 1,8 2,5 2,6
350
Таблица 8-16
Изоляция компенсационной обмотки двигателей постоянного тока
(пазы прямоугольные открытые; обмотка однослойная секционная из голых проводов;
h = 355-?500 мм; напряжение до 1000 В; изоляция класса нагревостойкости В)
Часть обмотки Позиция на рисунке Материал Число слоев Двусторонняя толщина ИЗОЛЯЦИЙ, мм
Наименование, марка я В fo
по ширине шир по высоте при мп, выс
1 2 2 1 3 1 4
Пазовая
1 Стеклослюдо- 0,14 1 вполнах- 0,56 1,12 1,12 1,68 2,24
пластовая лента ли-ск-тт леста
2 То же 0,14 1 вполнах- леста 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56
3 Стеклянная лента ЛЭС 0,1 1 впритык 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
4 Стеклолако- ткань 0,15 1 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
5 Стеклотексто- лит 0,5 1 — — 0,5 0,5 0,5
— Разбухание от пропитки Допуск на ук- ладку обмот- ки 0,3 0,3 0,3 0,3 0,5 0.5 0,5 0,5 0,5 0,5
— Общая толщина изоляции в пазу (без высоты клина) 2,22 2,78 3,68 4,24 4,8
6' Стеклослюдо- пластовая лента ЛИ-СК-ТТ 0,14 1 вполнах- леста 0,56 1,12 1,12 1,68 2,24
7 То же 0,14 1 вполнах- леста 0,56 0,56 0,56 0,56 0.56
8 Стеклянная лента ЛЭС 0,1 I впритык 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
Общая толщина изоляции секции в лобовой части 1,32 1,88 1,88 2,44 3,00
Площадь поперечного сечения
проводника, м2,
<?к = . <8-45)
“к JK
где /к — плотность тока в компен-
сационной обмотке, А/м2.
В зависимости от класса на-
гревостойкости изоляции плот-
ность тока /к принимается (4,7—
5,2) • 106 А/м2 для класса В, (5,3—
5,8)-10е А/м2 для класса F и
(6,0-—6,6) • 106 А/м2 для класса Н.
Если число проводников в па-
зу Нк>2, то компенсационную об-
мотку целесообразно выполнять
катушечной с укладкой в откры-
тые пазы. Размещение проводников
в этом случае в зависимости от
выбранных размеров элементарно-
го провода может осуществляться
либо меньшей, либо большей сто-
роной по ширине паза; стороны
катушечных групп могут уклады-
ваться как в один, так и два ряда
по ширине паза (рис. 8-21, а—в).
При числе проводников в пазу
пк=1 или 2 (рис. 8-21, г, (?) обмот-
ку выполняют стержневой. Стерж-
ни обмотки изготовляют из голой
шинной меди, изолируют и встав-
ляют с торца в полузакрытые па-
зы, ширину шлица паза принима-
ют равной 2—3 мм. В лобовых
частях стержни соединяют дугами
из голых медных шин.
Конструкция изоляции компен-
сационных обмоток в пазу и лобо-
вых частях приведена в табл,
8-15—8-17.
351
Таблица 8-17
Изоляция компенсационной обмотки машин постоянного тока
(пазы прямоугольные открытые; обмотка однослойная секционная из голых проводов;
/1 = 355—500 мм; напряжение до 1000 В)
Часть обмотки Позиция на рисунке Материал Число слоев : Двусторонняя толщина изоляции, мм
Наименование, марка X § 121
по ширине при нП1 шир по высоте при "п. выс
Класс F Класс II
I 2 2 3 *
Пазовая 1 2 Фенилоновая бумага Полиимидная 0,05 0,05 2 3 вполнах- леста вполнах- 0,4 0,6 0,8 0,6 0,8 0,6 1.2 0,6 1,6 0,6
пленка ПМ лес та
И . 1 3 Фенилоновая 0,05 2 вполнах- 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
4 бумага Стеклянная лента ЛЭС 0,1 леста вполнах- леста 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
ш 2 5 Фенилоновая бумага 0,2 1 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
Кг 6 Стеклотексто-
СТЭФ стк 0,5 1 — — 0,5 0,5 0,5
Лобовая — Допуск па ук- ладку обмот- ки Общая толщи- на изоляции в пазу (без высоты кли- 1^) 0,3 2,5 0,3 2,9 0,5 3,6 0,5 4,0 0,5 4,4
- 7 0,05
— 8 7 Фенилоновая бумага Полиимидная 2 вполнах- 0,4 0,8 0.8 1,2 1,6
-^3 8 0,05 3 леста вполнах- 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
^-10 пленка ПМ 0,05 0,1 леста
К: 9 Фенилоновая бумага 1 вполнах- леста 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
10 Стеклянная лента ЛЭС Общая тол- щина изоля- ции секции в лобовой ча- сти 1 вполнах- леста 0,4 1,8 0,4 2,2 0,4 2,2 0,4 2,6 0,4 3,0
После выбора стандартных
размеров проводника, схемы раз-
мещения проводников в пазу и
класса нагревостойкости изоляции
обмотки окончательно рассчитыва-
ют размеры пазов, уточняют сте-
пень компенсации
Ак = . (8-46)
“*ЬрА
Коэффициент kK должен нахо-
диться в пределах 0,85—1,15.
Высота клина принимается
равной Лк = 2,5 мм, высота шлица
йщ=1,0 мм.
Средняя ширина катушки ком-
пенсационной обмотки, м,
h — л (Dr + йк)
°к,кат,ср 2р
Ьр (Dr 4~
2 Dr
(8-47)
где Dr — диаметр внутренней по-
верхности главного по-
люса;
hK — высота паза компенса-
ционной обмотки;
Ьр — ширина полюсного на-
конечника.
Средняя длина лобовой части
компенсационной обмотки, м,
At,л ~ 1 кат.ср- (8-48)
Средняя длина прямолинейной
352
части катушки компенсационной
обмотки
U = 4, -I- 2& , к, (8-49)
где Ьл, к — средняя длина прямо-
линейного участка компенсацион-
ной обмотки от торца полюсного
наконечника до радиуса закругле-
ния:
Ьл, к — 0,05 м при стержневой
обмотке и Ьл. к = 0,03 м при кату-
шечной обмотке.
Рис. 8'21. Укладка проводников в пазы ком-
пенсационной обмотки.
Средняя длина полувитка об-
мотки, м,
^к.ср = 4t.n + 4(,.т (8-50)
Сопротивление компенсацион-
ной обмотки, Ом,
Rrt = . (8.51)
°к?к
Масса меди компенсационной
обмотки, кг,
тн = 8900/,, ср Мк • 2pqK. (8-52)
8-6. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
Магнитная система машин пос-
тоянного тока представляет собой
2р симметричных магнитных цепей
(рис. 8-22), каждая из которых
состоит из семи последовательно
соединенных условно однородных
участков: воздушного зазора под
главными полюсами, зубцов яко-
ря, ярма якоря, зубцов полюсных
наконечников главных полюсов
(у кохмпенсированных машин), сер-
дечника главного полюса, зазора
между главным полюсом и стани-
ной и станины.
Замкнутый контур магнитных
линий пары полюсов является сим-
метричным относительно оси гео-
метрической нейтрали (рис. 8-23),
поэтому расчет магнитной цепи
машин постоянного тока достаточ-
Рис. 8-22. Магнитные системы машин по-
стоянного тока.
<2 — двухполюсная; б — четырех полюсная; в —
восьмиполюсная.
Рис, 8-23. Магнитная цепь пары полюсов.
но производить на один полюс.
Для расчета магнитной цепи
необходимо знать размеры всех
участков магнитопровода, площа-
ди их сечения, магнитные потоки
этих участков. Указанные данные
для машин постоянного тока при-
ведены в табл. 8-18.
В табл. 8-18 приведены отдель-
ные коэффициенты и размеры, ко-
торые для магнитных систем ма-
шин постоянного тока могут быть
рассчитаны следующим образом.
1. Коэффициент воздушного за-
зора kh, учитывающий влияние
зубчатости якоря Ъо, зубцов ком-
пенсационной обмотки на главном
полюсе бандажных канавок
kt,e. и радиальных вентиляционных
каналов блп.к на магнитное сопро-
тивление воздушного зазора,
23—326
353
Таблица 8-18
Данные для расчета магнитной цепи
Участок магнитной цепи Расчетная длина участка, м Плошадь сечения участка, ма Магнитный поток при номинальном режиме Индукция н сечении участка
Воздушный зазор под главным по- люсом t6 = М •$6 — ЬП а6 Ti<' 60а Е„ Фбн— «н P'v Вбн
Зубцы якоря овальной фор- мы (рис. 8-11) £.г = 0*2г1 2а6йг ^й^е Sl~ 2р Фх бн в в- 5г
Зубцы якоря пря- моугольной фор- мы (рис. 8-13, 8-14) SS /1п ла6 16 O->Q X 2р X (D —2Л„ — Zt>n) Ас Фх 4 он к? II
Ярмо якоря _ Я<ро+М , hJ L}~ ip Ф 2 S/= «Л; —2/3d) kc Фа ОН & 1 сч II «г
Зубцы наконечни- ка главного по- люса (рис. 8-19) с компенсацион- ной обмоткой ^К,П = ^К,Ц -$к.п ~ (Ьр — 2ц8к,ц)Х X /г /<с огФ6н в %| °г К~ 5К,П
Сердечник глав- ного полюса (рис. 8-19) jLp —/ip <Sp — /р 6Г °,- Фбя fir ” 3Г
Зазор между глав- ным полюсом и станиной Ас.п = ®с,п —’ = 2/г-10-4 + 10—4 ^счп ж г °.-Фйн Вс л = Вг
Станина «г* и а b я. я "° 1 п + 5С /р /сс (1), Он °г 2 в - °гФби с 25с
равен:
k<> ~ ^6а ^йб ^йв.к’
где
G 4“
или
Afto - .
G — Ьш -4- 106
(8-53)
(8-54а)
(8-546)
При бандажах из немагнитного
материала
Айй — 1
be, ftp______
la(6 + h6)-bc,h0 ’
(8-56)
Ьш, 6 — по рис. 8-11; при пря-
моугольных пазах (рис. 8-13)
вместо Ьш вводится Ьп-,
Айк = 1 Ч----------—------------;
Ак.Ш i ^б^к/Акдо
(8-55)
где be— общая ширина бандаж-
ных канавок на якоре;
Ао—глубина бандажных ка-
навок;
1а — длина якоря.
При бандажах из магнитной
проволоки
Айб — 1 "Ь
&к.ш, (к,ш —ПО рис. 8-19.
____________AG(/ir,-!-0,8rf)___________
1Я (6 -(- Ло - O.8d) — t>6 (>'о — 0,8rf) ’
(8-57)
354
где d — диаметр бандажной про-
волоки.
Размеры и число бандаж-
ных канавок определяются предва-
рительно и уточняются после меха-
нического расчета бандажа (см.
гл. 9).
Коэффициент
36
, (8-58)
/„4-36(1 +/п/бРк)
где 1„ — длина пакета;
ftp. к— ширина вентиляционного
канала.
м
0,16
0,12
0,8
о,ч
О
Рис. Я-24 К определению высоты главного
полюса.
2. Расчетная ширина полюс-
ной дуги b'p =- ftp при эксцентричном
зазоре под главными полюсами и
ftp == ftp +26 при концентрическом
зазоре под главными полюсами с
компенсационной обмоткой.
3. Расчетная длина якоря I
равна длине пакета якоря 1п, т. е.
(б = 1а при отсутствии рЭДИЭЛЬНЫХ
вентиляционных каналов и /е =
-ftp,к при наличии пк ради-
альных вентиляционных каналов
шириной ftp. к каждого канала.
4. Расчетная длина станины 1С
для машин постоянного тока обще-
промышленных серий может быть
принята:
/с = 1Г + 0,40, (8-59)
где /г — длина главного полюса.
5. Высоту главного полюса hr
для машин постоянного тока с диа-
метром якоря до 0,5 м предвари-
тельно можно определить по рис.
8-24. При О>0,5 м для предвари-
тельного определения высоты по-
люса необходимо использовать ус-
тановленные зависимости DH —
— ({(D; р), приведенные на рис. 8-4.
6. Высота станины + определя-
ется при известных радиальных
размерах магнитной системы:
Ас = -Ри -- Аг - Аг „. (8-60)
где Аг. н — высота наконечника
главного полюса (см. рис. 8-18),
выбирается исходя из условия,
чтобы магнитная индукция в сече-
нии агсг не превышала 1,8—1,9 Тл;
индукция в станине из массивной
стали не должна превышать Sc =
— 1,3 Тл (1,05 Тл при классе изоля-
ции (7) Увеличение магнитной ин-
дукции сверх установленных зна-
чений приводит в первую очередь
к ухудшению коммутации машины.
7. Ширина выступа наконечни-
ка главного полюса ftr. в может
быть принята равной (0,1—0,15)
ftp.
Ширина сердечника главного
пол юса
о Ф.„
ftr — 1 *, (8-61)
/г +
где В,— индукция в сердечнике
главного полюса. Для сталей ма-
рок 3411, 3412, 3413 В,- = 1,6-4-
1,7 Тл, для сталей 1211 и 1212
Sr = 1,35-4-1,55 Тл. При исполне-
нии машины по степеням защиты
IP44 и способу охлаждения IC0141
и IС 0041 индукция Вг должна
быть снижена на 0,2- 0,3 Тл.
8. Коэффициент магнитного
рассеяния главных полюсов ог за-
висит от воздушного зазора б, ши-
рины междуполюсного окна т—ЬР
и ширины полюсного наконечника
добавочного полюса.
В каждом конкретном случае
путем моделирования магнитного
поля в воздушном зазоре можно
определить ог.
При расчетах магнитных цепей
машин постоянного тока можно
принять о-= 1,15 для двухполюс-
ных машин, Or = 1,2 для четырех-
полюсных машин без компенсаци-
онной обмотки, Or = 1,25 при 2р =
4 и 6 и наличии компенсационной
обмотки.
Для построения характеристи-
ки намагничивания машины посто-
янного тока необходимо опреде-
лить сумму МДС всех участков
23*
355
Таблица
8-19
Расчет характеристики намагничивания машины
№ п/л. 1 Расчетная величина Расчетная формула Единица величины О ю о Ю =С ста А £
1 эдс Е в
2 Магнитный поток 60а Е Ф« = pNn Вб
3 4 Магнитная индук- ция в воздуш- ном зазоре МД С воздушного зазора Магнитная индук- ция в зубцах якоря * фй Тл А Тл Тл Тл
и> О <ф " ю О ~ «5 « ОД п " м » у * 4* , * II II II ° Й « o’ и ед ед од” ед3
6 7 8 9 10 11 Напряженность магнитного по- ля в зубцах якоря (по табл. П-20) Средняя напря- женность маг- нитного поля в зубцах Магнитное напря- жение зубцов Магнитная ин- дукция в спин- ке якоря (см. табл. 8-18) Напряженность магнитного по- ля в спинке якоря (по табл. П-19) Магнитное напря- жение спинки Нг1 Wza Нп+4Нп+Нгз ‘hep- 6 ^г — ^гер В7.=Фб /25. ‘Ь А/м А/м А/м А/м А Тл А/м А
12 якоря Магнитный поток главного полю- фг = °гфй Вб
13 14 15 16 с а Магнитная индук- ция в сердечни- ке главного по- люса Напряженность магнитного по- ля в сердечнике главного полю- са Магнитное напря- жение сердечни- ка главного по- люса Магнитная ин- дукция в зуб- цах наконечни- ка главного по- люса (компенса- ционной об- мотки) Вр = Фр/5р Яг Fr = Ег Н [ агФй Тл А/м А Тл
Дгк *“ q
|?Ф5Г I
356
Продолжение табл. 8-19
№ ri/n. 1 Расчетная величина Расчетная формула Единица величины Я о е ю о* § о 0.9Ф6н X о е s’ е 1 э
17 18 19 20 21 22 23 24 25 ля с ма ма заз 1,1 наг npi ха] Напряженность магнитного по* ля в зубцах компенсацион- ной обмотки Магнитное напря- жение зубцов наконечника главного полю- са Магнитная ин- дукция в воз- душном зазоре между главным полюсом и ста- ниной Магнитное на- пряжение воз- душного зазора между стани- ной п главным полюсом Магнитная ин- дукция в ста- нине Напряженность магнитного поля в станине Магнитное напря- жение станины Сумма магнитных напряжений всех участков магнитной цепи Сумма магнитных напряжений участков пере- ходного слоя Примечание. П] ть напряженность магн1 учетом вытеснения магн Для открытых пазов kzi - для овальных пазов ( *21 гнитной цепи 'НИТНОГО поток, оре Фб = 0,5; 5 Фен. Расчет (агничивания п веденной в таб/ По данным та зактеристику Нгк Вп.к — ^-п.к Нгк Вс.п — Вг 8с.п = 0,8Дс,пВг-10° агФб Вс — С 25с Нс Fc = Lc Нс ^ + bz + f.+ f^ + FZK+Fc.n + Fc~FZ Fb~F г ' FJ — F6zi >и определении магнитного t тного поля по кривым прило зтного ноля в лаз. см. рнс. 8-13) 5 . k а, 'i 1& b2I ‘о kc ' “ *22 ‘а * см. рис. 8-11) G lb . . _ Z2 !6 lakc ’ 22 bz ‘a* при значениях ма । в воздушном = 0,75; 0,9; 1,1 и ти характеристики роизводнтся по I. 8-19 форме. 8-7 бл. 8-19 строят намагничивания то А/м А Тл А Тл А/м А А А апряже жения I • k23 С • ь ’ KZ3 с ШИНЫ №) ку . РАСЧ Man к пар кия зу I, кото = —i 623 А по и п £ ЕТ ОЕ итод алле. бцовог рыс по z6 ’ lakl ‘а* СТОЯ! ерех о = < >МОТЕ вижу 1Ы10Г о слоя строен с ’ 1НОГО одну р(^т СИ во щая О ил следу ы при ТО о ха /)• ЗБУЖ СИЛ и не; ет опг вг >1, ка Е эакт« ДЕНИ а о !авис еде- 8 Тл (8-62, (8-63) 1б = )рис- 8-62) Я бмо- имо-
357
Таблица 8-20
Размер проводов, марка провода и тип обмотки возбуждения
Сечение» м» Марка провода Тип обмотки
<8-10-6 ПЭТВ, ПЭТ-155, ПСД, псдк Многослойная катушка; проводники круглого сечения
(8-25)-10-s ПЭТВП, ПЭТП-155, ПСД, ПСДК Многослойная катушка; проводники прямоугольного сечения с отношени- ем сторон 1,4—1,8
>25 10—6 Галая шинная медь Однослойная по ширине катушка с намоткой меди на ребро
го возбуждения на один полюс при
нагрузке, А,
FB = Fs + Fqd±Fd-Fc, (8-63)
где Fa — продольная составляю-
щая реакции якоря, возникающая
при сдвиге щеток с геометрической
Рис. 8-25. К определению размеров кату-
шек главных полюсов.
нейтрали на относительную дугу
х: Fd = А-2х;
Fc — МДС стабилизирующей
обмотки;
Средняя длина витка обмотки
главного полюса (рис. 8-25), м,
/вср-2(/г + &г) -Ьл(6к.г + 2ДИЗ),
(8-64)
где Дпз — толщина изоляции ка-
тушки по табл. 8-7—8-9 плюс одно-
сторонний зазор между катушкой и
полюсом, который принимается рав-
ным (0,5—0,8) 10~3 при диаметрах
якоря до 0,5 м.
Площадь сечения проводника
обмотки при последовательном со-
единении катушек, м2,
qB^ , (8_65)
U в
где Аз—коэффициент запаса МДС
обмотки возбуждения: /г3=1,1-~-1,2.
Марка и размеры проводов об-
моток возбуждения выбираются в
соответствии с табл. 8-20.
Многослойные катушки из про-
водников круглого сечения выпол-
няются сплошными. Размеры кату-
шек (рис. 8-25) ориентировочно мо-
гут быть приняты в зависимости от
диаметра якоря:
D, м . . . 0,09 0,10 6 0,110 0,132 0,156 0,180
*ктХЛнт,м 0,023 X 0,019 0,032 X 0,018 0,024 X 0,023 0,025 X 0,03 0,025 X 0,038 0,03 X 0,04
Fqd — размагничивающее дейст-
вие поперечной реакции якоря.
При компенсации реакции якоря
компенсационной обмоткой состав-
ляющая Fqd принимается равной
нулю.
Конструкции изоляции и крепле-
ния обмоток главных полюсов при-
ведены в табл. 8-7—8-9,
Катушки обмоток возбуждения
машин с диаметром якоря свыше
0,2 м выполняются секционирован-
ными (см. табл. 8-8, 8-9). Это увели-
чивает поверхность охлаждения об-
моток и позволяет повысить плот-
ность тока в обмотке возбуждения.
Проводники прямоугольного се-
чения и проводники из шинной ме-
358
ди наматываются плашмя, меньшей
стороной сечения проводника по
высоте катушки.
Для расчета числа витков об-
мотки необходимо задаться плот-
ностью тока JB в обмотке возбуж-
дения. Средние значения JB машин
постоянного тока могут быть приня-
ты (2—3)106 А/м2 при исполнении
1Р44 и (4,5—6)-106 А/м2 при испол-
нении IP22.
Число витков обмотки на один
полюс
wu = Fn/JBqn, (8-66)
где /в^в = (а,н — номинальный ток
возбуждения.
При укладке обмотки в между -
полюсном окне необходимо обеспе-
чить воздушные промежутки между
краями главных и дополнительных
полюсов и выступающими краями
катушек и внутренней поверхностью
станины не менее (6—8) • 10-3 м.
Площадь сечения катушки рав-
на:
S =ВУЯ2/Ь (8-67)
где dlt3 — диаметр изолированного
провода (при проводах прямоуголь-
ного сечения необходимо вместо
d„3 ввести 6/прХ^пр);
&з,в — коэффициент заполнения,
определяющий разбухание катушек.
Окончательные размеры кату-
шек обмоток возбуждения устанав-
ливаются после размещения в меж-
дуполюсном окне главных и доба-
вочных полюсов. Если площадь
междуполюсного окна не позволяет
разместить обмотки, то необходимо
увеличить внутренний диаметр ста-
нины.
Сопротивление обмотки возбуж-
дения, Ом,
R, = р,? 2ршп l„cp/qB. (8-68)
Масса меди параллельной об-
мотки
^м,в = 19,6р/в Ср/йв </в. (8-69)
Максимальный ток обмотки воз-
буждения, А,
max = £/в//?в- (8-70)
Коэффициент запаса
Аэ = /втаояи>в/Гв; (8-71)
k3 должен быть не менее 1,1.
На главных полюсах машин без
компенсационных обмоток кроме
обмоток параллельного или неза-
висимого возбуждения с целью по-
вышения устойчивости работы дви-
гателя и частичной компенсации ре-
акции якоря устанавливают ста-
билизирующую обмотку, которая
соединяется последовательно с об-
моткой якоря и обмоткой добавоч-
ных полюсов.
Конструктивно стабилизирую-
щая обмотка располагается либо
у полюсного наконечника, либо
между секциями катушек главных
полюсов, при этом она одновремен-
но выполняет роль дистанционной
прокладки.
Плотность тока /с стабилизиру-
ющей обмотки принимается такой
же, как и в обмотках главных по-
люсов.
Число параллельных ветвей ста-
билизирующей обмотки принима-
ется равным числу ветвей компен-
сационной обмотки и обмотки доба-
вочных полюсов.
Число витков на один полюс
стабилизирующей обмотки
ы)с — Fqaaa!h (8-72)
где Fqd— размагничивающее дей-
ствие поперечной реак-
ции якоря. А;
/—ток якоря, А;
и.л— число параллельных
ветвей обмотки доба-
вочных полюсов.
Полученное число витков округ-
ляют до ближайшего целого числа.
Марка провода и конструкция
обмотки выбираются согласно табл.
8-20.
Средняя длина витка обмотки
/Сср = 2 (4 + М + л (^кт.с + 2^ns)>
(8-73)
где А„3 — толщина изоляции ка-
тушки согласно табл. 8-7—8-9 плюс
односторонний зазор между катуш-
кой и полюсом, который принима-
ется равным (0,5—0,8)-10-3 при
диаметрах якоря до 0,5 м;
Ькт.с — ширина катушки, кото-
рая определяется после выбора
марки провода и размещения об-
мотки в междуполюсном окне.
359
Сопротивление стабилизирую-
щей обмотки, Ом,
= . (8-74)
9 с
8-8. РАСЧЕТ КОММУТАЦИИ
Процесс коммутации в машинах
постоянного тока, в основе которого
лежит процесс переключения сек-
ций из одной параллельной ветви в
другую, сопровождается сложным
комплексом взаимодействующих
между собой электромагнитных,
механических и других процессов в
секции и щеточном контакте. Точ-
ный учет этих процессов представ-
ляет собой весьма сложную задачу.
Поэтому в конструкции каждой ма-
шины предусматриваются конст-
руктивные меры, позволяющие
выполнить экспериментальную на-
стройку коммутации, в частности
путем изменения числа витков об-
мотки добавочных полюсов, регули-
ровки воздушного зазора в цепи
добавочных полюсов, подбора мар-
ки щеток и т. д.
В настоящее время критерием
оценки коммутации машин постоян-
ного тока является визуальная
оценка степени искрения на коллек-
торе. ГОСТ 183-74 устанавливает,
что при номинальном режиме рабо-
ты машины степень искрения не
должна превышать класса 1,5. При
этом классе наблюдается слабое
точечное искрение под большей
частью электрощетки, которое, од-
нако, не оказывает существенного
влияния на срок службы коллек-
торно-щеточного узла электричес-
кой машины.
Косвенным критерием оценки
коммутационной напряженности яв-
ляется реактивная ЭДС Др, кото-
рая индуктируется в секции в про-
цессе коммутации, когда секция
замкнута щеткой накоротко.
Для машин с высотой оси вра-
щения до 200 мм ЭДС Ер не долж-
на превышать 2,5—3,5 В. В маши-
нах с высотой оси вращения до
355 мм максимально допустимая
Ертах может достигать 5 В, в круп-
ных машинах с компенсационной
обмоткой и лягушачьей обмоткой
на якоре допускается Ертах до
12 В.
Реактивная ЭДС коммутируе-
мой секции, В,
Ер ~ 2wc Avak-10”2, (8-75)
(8-76)
где wc — число витков в секции;
/о — длина якоря, м;
А — линейная нагрузка, А/м;
va = дДЛн/60 — окружная ско-
рость, м/с;
Л—приведенная удельная
магнитная проводимость
пазового рассеяния.
Для овальных полузакрытых
пазов (см. рис, 8-11)
л = 0,6 -А- + + -А- +
2 1а
. 2,5’10* а
>а Ava Р
для прямоугольных пазов (см.
рис. 8-13 и 8-14)
х = о,6—п- -4- ч----2’5—°----
ра &с ?а Ava Р
(8-77)
Так как активные стороны сек-
ций вступают в процесс коммутации
не одновременно, а через опреде-
ленные интервалы времени, завися-
щие от ширины щетки, коэффици-
ента укорочения обмотки, числа
секционных сторон в пазу и т. д., то
расчет результирующей проводимо-
сти пазового рассеяния представля-
ет собой довольно трудоемкую за-
дачу.
Формулы (8-76) и (8-77) обес-
печивают достаточную точность
расчета коммутации машин посто-
янного тока общего назначения,
когда диаметр якоря не превыша-
ет 0,3—0,32 м и при сравнительно
не напряженных условиях коммута-
ции. Для расчета коммутации на-
пряженных в коммутационном от-
ношении машин и при диаметрах
якоря свыше 0,3 м используют за-
висимости, учитывающие средний
за период коммутации эффект ин-
дуктивного взаимодействия секций.
В этом случае средний результиру-
ющий коэффициент удельной прово-
димости пазового рассеяния
Ч - (*в + К) + \т . (8-78)
360
Здесь коэффициент 4м' прини-
мается по рис. 8-26;
(8-80)
? = 1,25 , (8-79а)
з*п ьп
где размеры hh h2, bn — по рис.
8-27;
Хк л = &г1/2бд (8-796)
бг1 — по рис. 8-14;
Рис. 8-26. К расчету результирующего ко-
эффициента проводимости пазового рассе-
яния.
бд — воздушный зазор под до-
полнительным полюсом, предвари-
тельно принимается бд«0,027);
Хл=0,75 при бандажах на лобо-
вой части обмотки якоря из магнит-
ной проволоки и Хл=0,5 при стек-
лобандажах и бандажах из немаг-
нитной проволоки;
у" — относительная ширина
щетки, определяющая число одно-
временно коммутируемых секций;
где tv — коллекторное деление.
При расчете по (8-78) — (8-80)
необходимо предварительно вы-
брать ширину тетки. Ширина щет-
ки принимается 6щ=(24-4)/к при
простых волновых обмотках, £>щ =
= (нп4-О,5)/к при простых петлевых
обмотках и Ьщ>3/Н при двухходо-
вых петлевых обмотках.
Ширина щетки Ьт определяет
ширину зоны коммутации f>3,K, т. е.
Рис. 8-27. Расчетные размеры паза.
ширину дуги окружности поверхно-
сти якоря, в границах которой на-
ходятся коммутируемые секции;
Диаметр коллектора DK, коллек-
торное деление tK, а также ип вы-
бирают согласно § 8-4; укорочение
обмотки в коллекторных делениях
К
8к = —--У\ принимается всегда со
знаком плюс. Ширина щетки долж-
на обеспечить ширину зоны комму-
тации:
< (0,55 -ь 0,7) (т — Ьр), (8-82)
где т — бр=бН13.
Верхние границы этого отноше-
ния относятся к машинам с диа-
метром якоря до 0,2 м, нижние зна-
чения принимаются при диаметрах
якоря выше 0,4 м. При отсутствии
добавочных полюсов в маши-
нах малой мощности отношение
б3,к/(т--бр) можно выбирать в
пределах 0,8—1,25.
Принятое значение ширины щет-
ки округляется до ближайшего
стандартного размера (см. табл.
П-34).
361
Выбор марки щеток для машин
постоянного тока — весьма сложная
задача, так как от марки щеток за-
висят коммутация машины и срок
службы коллекторно-щеточного
узла.
На практике марку щеток опре-
деляют в соответствии с условиями
работы согласно табл. П-35, где
приведены основные технические
данные наиболее распространенных
марок щеток и области их приме-
нения.
Контактная площадь всех ще-
ток, м2,
• 10-*, (8-83)
J Ш
где /щ — плотность тока в щеточ-
ном контакте, А/см2 (см. табл.
П-35).
Контактная площадь щеток од-
ного бракета
$щ.б = 2Sw/2p. (8-84)
По табл. П-34 выбирают длину
одной щетки, определяют пло-
щадь щеточного контакта одной
щетки Sni — biuXlm и рассчитывают
число щеток на один щеточный
болт:
= Nm. (8-85)
По выбранным размерам щеток
и Ащ определяют фактичес-
кую контактную площадь и уточня-
ют плотность тока в щеточном кон-
такте 7щ-
Активная длина коллектора при
шахматном расположении щеток
по длине коллектора, м,
/к = Л^щ(/щ+ 0,008)+ 0,01, (8-86)
где /щ — длина щетки, м.
Механический расчет коллекто-
ров приведен в гл. 9.
8-9. РАСЧЕТ ДОБАВОЧНЫХ ПОЛЮСОВ
Магнитодвижущая сила обмот-
ки добавочных полюсов должна
создать в зоне коммутации магнит-
ное поле, индуктирующее в комму-
тируемой секции ЭДС коммутации
Ек, направленную встречно к реак-
тивной ЭДС Ер. Электродвижущая
сила Ек должна быть несколько
больше ЕР, чтобы процесс коммута-
ции протекал с некоторым ускоре-
нием. При расчете индукции в воз-
душном зазоре под добавочными
полюсами ЕбД принимают расчет-
ное значение реактивной ЭДС Е'р =
= ( 1,054-1,1) Ер.
В этом случае индукция Ерд
равна, Тл:
(8.87)
- 2w I v
/б Vt
Рис, 8-28. Размеры добавочного полюса.
Ширина наконечника добавоч-
ного полюса Ьд.н (рис. 8-28), м,
(0,55 н-0,75) Ь,.к. (8-88)
Длину наконечника добавочного
полюса /д.н принимают равной дли-
не якоря /д.н=/а. Магнитный поток
добавочного полюса в воздушном
зазоре в зоне коммутации, Вб,
<8’89)
где Ь’лн =Ьд,н+26д — расчетная
ширина полюсного наконечника до-
бавочного полюса.
Магнитный поток в сердечнике
добавочного полюса, Вб,
Фд = ояФвд, (8-90)
где Од— коэффициент рассеяния до-
бавочных полюсов; од = 2,5ч-3,5
для машин без компенсационной
обмотки, од=2 для машин с ком-
пенсационной обмоткой.
Ширину сердечника добавочного
полюса Ьд предварительно опреде-
ляют по зависимости на рис. 8-29, а.
Длину сердечника добавочного по-
люса /д принимают равной длине
якоря; для машин с диаметром яко-
ря до 0,132 м длина /д короче дли-
ны полюсного наконечника на (5—
10)•10~3 м.
362
Таблица 8-21
Расчет МДС обмотки добавочных полюсов
№ п/п. Расчетная величина Расчетная формула Единица величины Числен- ное значе- ние
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Магнитный поток в воздушном зазоре Магнитная индукция в воз- душном зазоре Магнитное напряжение воз- душного зазора Магнитная индукция в зубцах якоря Напряженности магнитного по- ля в зубцах якоря по табл. П-20 Средняя напряженность поля в зубцах Магнитное напряжение зубцов Магнитная индукция в спинке ярма: на участке согласного на- правления главного пото- ка и потока добавочных полюсов на участке встречного на- правления главного потока и потока добавочных по- люсов Напряженность магнитного поля: на участке с индукцией в>, на участке с индукцией В;2 средняя напряженность магнитного поля в ярме Магнитное напряжение ярма якоря Магнитный поток добавочного полюса Магнитная индукция в сердеч- нике добавочного полюса Напряженность магнитного по- ля в сердечнике добавочного полюса Магнитное напряжение в сер- дечнике добавочного полюса Магнитное напряжение воз- душного зазора между ста- ниной и добавочным полю- сом Магнитная индукция в ста- нине: на участке согласного на- правления магнитных по- токов главного и добавоч- ного полюсов на участке встречного на- правления магнитных по- токов главного и доба- вочного полюсов фвд вбл~ Ьл1п BZ1 = *21 ВбД Bz2 = *z2 Ввд BZ3 = *23 Вбд Wzl И13 „ /Лг + + Нгз rtzcp - 6 Вг = Вгср _ Ф6 + Ф6д Bjl “ 2Sj „ Фй ~ фДд 72 “ 2Si «И HJ2 _ Иц —- Hj« tijep- 2 Fj = Фд = %ФЙЛ в __ ФД ^с,д С.Д “ ^с.л ^д2 = 0,8йдбд2-10₽ ф, +фд Вс1 _ 250 Ф,. -Фд 2$0 Вб Тл А Тл Тл Тл А/м А/м А/м А/м А/м Тл Тл А/м А/м А/м А Вб Тл Тл А А Тл Тл
363
П родолжение табл. 8-21
№ п/п. Расчетная величина Расчетная формула Единица величины Численное значение
17 Напряженность магнитного по-
ля в станине: Hci А/м
на участке с индукцией ВС|
на участке с индукцией Вег ^С2 А/м
18 Средняя напряженность маг- ,, ^С1 — "С2 . А/м
нитного поля в станине "с.ср — 2
19 Магнитное напряжение участка 'с — ^с.ср А
станины
20 Сумма магнитных напряжений FдГ == F6z + Fz + Fj + А
всех участков "I" Fc.a "J" ^0д- Fc
21 МДС обмотки добавочного по- А
люса д д- 2
Индукция в сердечнике добавоч-
ного полюса, Тл,
Вс,д=-^-. (8-91)
°Д ‘д
Рис. 8-29. К расчету магнитной цепи доба-
вочных полюсов.
а — зависимость ширины добавочных полюсов от
диаметра якоря: б — магнитные цепи главных и
добавочных полюсов.
Она не должна превышать
1,6 Тл.
Сердечники добавочных полюсов
выполняют из СтЗ при диаметрах
якоря до 0,16 м, при больших диа-
метрах — из листов электротехни-
ческой стали марки 3411 толщиной
1,0 мм. В зависимости от отношения
ширины полюсного наконечника
к ширине сердечника форма по-
перечного сечения дополнительного
полюса может быть прямоугольной
(рис. 8-28) и прямоугольной со
скошенным наконечником при
^д.н < ^д-
Для расчета МДС обмотки до-
бавочных полюсов необходимо оп-
ределить магнитные напряжения
отдельных участков и полную МДС
магнитной цепи на один полюс в
соответствии с табл. 8-21.
Распределение магнитных пото-
ков главных полюсов Фг и добавоч-
ных полюсов Фд в магнитной систе-
ме машины показано на рис. 8-29, б.
Магнитодвижущая сила обмотки
добавочных полюсов для машин
постоянного тока без компенсаци-
онной обмотки находится в преде-
лах
= (1,2 ч-1,4) Л-L. (8-92)
Число витков обмотки на один
добавочный полюс
= (8-93)
где ял — число параллельных вет-
вей обмотки добавочного полюса,
364
обычно ад=1; при наличии компен-
сационной обмотки равно числу
параллельных ветвей компенсаци-
онной обмотки; число витков округ-
ляется до ближайшего целого числа.
Сечение провода обмотки доба-
вочных полюсов, м2,
<Ьс = ~~- (8-94)
Чд -'л
Средние значения /д машин по-
стоянного тока при исполнении
IP44 могут быть приняты (2—3) X
ХЮ6 А/м2, при исполнении 1Р22—
(4,5—6,5) • 10е А/м2.
Марка провода и тип обмотки
добавочных полюсов выбираются
согласно рекомендациям табл. 8-20.
По выбранному стандартному сече-
нию проводника уточняется плот-
ность тока /д.
После проверки размещения ка-
тушек главных и добавочных полю-
сов с учетом принятых припусков
на разбухание катушек (см. § 8-7)
определяют окончательные размеры
витка катушки, м:
(д.ср^^^д 4- (ц)“|-Д0кт д-(-2Диа), (8-95)
где Ьл и /д — ширина и длина сер-
дечника добавочного полюса;
(’кт.д — ширина катушки доба-
вочного полюса;
Диз — односторонний размер за-
зора между сердечником добавоч-
ного полюса и катушкой с учетом
изоляции сердечника; Д|13=(1,7-г-
4-2,2) • 10~3 м при диаметрах якоря
до 0,5 м.
Сопротивление обмотки доба-
вочного полюса в холодном состоя-
нии, Ом,
= (8-96)
?дад
Масса меди обмотки добавоч-
ных полюсов
mz=8900 /д ср 2рд qa. (8-96а)
8-10. ПОТЕРИ И КПД. РАБОЧИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Коэффициент полезного дейст-
вия машины, %,
П = £« 100 = —— 100, (8-97)
Pt Ри+^Р
где Рн— номинальная полезная
мощность машины, кВт;
^Р — сумма потерь в маши-
не, кВт;
Pi—потребляемая мощность,
кВт.
Сумма потерь в машине в об-
щем случае, кВт,
SP = Рэо4-Р0,с -I- Рэ,в + Рэ.а 4- P„,h 4-
+ Рщ + Рст + Р^ 4- Р^, (8-98)
где РЭа— электрические потери
в обмотке якоря;
РЭ1С—электрические потери в
стабилизирующей об-
мотке;
Рэ,в—электрические потери в
обмотке параллельного
возбуждения;
Рэ,д — электрические потери в
обмотке добавочных
полюсов;
Рэ,к—электрические потери в
компенсационной об-
мотке;
Рщ—электрические потери в
переходном контакте
щеток на коллекторе;
Pct— магнитные потери в
стали якоря;
Рмех—суммарные механичес-
кие потери;
Рдвп—добавочные потери.
Электрические потери в обмотке
якоря, кВт,
Рэа = /2/?о-10-3. (8-99)
Электрические потери в стаби-
лизирующей обмотке, кВт,
Рм = /2/?с-10Л (8-100)
Электрические потери в цепи
обмотки параллельного возбужде-
ния, кВт,
U2
РЭЕ = Л.Рв-Ю-3 = -^ IO"3, (8-101)
Рв
где (7В — напряжение на выводах
обмотки возбуждения.
Электрические потери в обмотке
добавочных полюсов, кВт,
рэд = /-рд.10Л (8-102)
Электрические потери в компен-
сационной обмотке, кВт,
Рэ,в= /Ч-10-3. (8-103)
365
Электрические потери в переход-
ном контакте щеток на коллекторе,
кВт,
Рщ = 2АУ11(/-10-3. (8-104)
Значение 2А(7Щ определяется
для конкретной марки щеток по
табл. П-35.
Магнитные потери в стали зуб-
цов и ярма якоря, кВт,
^ст — 1,0/50 ) х
X [В2гтг + В^т^. (8-105)
Масса стали зубцов якоря с
овальными пазами, кг,
тг 7800 Zbz (hx + l6 ke. (8-106)
Масса стали зубцов с прямо-
угольными пазами, кг,
m~7800Zbicph„l6kc. (8-107)
Масса стали спинки ярма, кг,
(8-108)
При наличии аксиальных кана-
лов в спинке ярма при расчете мас-
сы необходимо учитывать уменьше-
ние площади сечения стали ярма
на площадь поперечного сечения
всех каналов.
Суммарные механические поте-
ри, кВт,
Рме. = ^Т,Щ + Рве‘ЕТ + РТ,П, (8-109)
где Рт,щ — потери на трение щеток
о коллектор;
Т’вент+Рт.п — потери на венти-
ляцию и трение в подшипниках.
При средних значениях удель-
ного нажатия на щетку 3-104 Па
(0,3 кгс/см2) и коэффициенте тре-
ния щеток о коллектор, равном
0,25, потери на трение щеток о кол-
лектор, кВт,
PTjBl = 7,52SIU₽K, (8-110)
где —суммарная площадь
контакта всех щеток,
м2;
vK— окружная скорость
коллектора, м/с.
Средние значения потерь Рэент +
-}-Ртп можно определить по рис.
8-30. Семейство кривых А на этом
рисунке относится к машинам с вен-
тиляторами, установленными на ва-
лу машины, семейство кривых Б—
к машинам, приводные двигатели
вентиляторов которых не установ-
лены на машинах.
Рис. 8-30. Потери на вентиляцию и в под-
шипниках.
Добавочные потери при номи-
нальной нагрузке, кВт:
для некомпенсированных машин
/’до6==0,01 — ; (8-111)
Ли
для компенсированных машин
Рдов=0,005^, (8-112)
Пи
где т]н — предварительное значение
КПД по рис. 8-6.
При номинальной нагрузке КПД
определяется в следующем по-
рядке.
Задают значения тока якоря
/«0,1/н; /лй0,25/н; /«0,5/н; /«
«0,75/и; 1,0/„; 1,25/к.
Для каждого значения тока оп-
ределяют мощность, кВт:
Pt =UJ 10“3+f4 /в.н • 10-3. (8-113)
Рассчитывают суммарные поте-
ри ZP. Для каждого значения тока
366
определяют полезную мощность на
валу и по (8-97) определяют
КПД,
Строят зависимость Pz=f (I),
г)=<р(/) и для номинального зна-
чения Р2н определяют номиналь-
ное значение тока якоря 1„ и номи-
нальный КПД т)„.
Электромагнитная мощность при
номинальном значении тока якоря
(8-114)
Номинальное значение ЭДС, В,
£„ = Р7/Н. (8-115)
Номинальное значение магнит-
ного потока Фан и суммарную МДС
FSll определяют по характеристике
холостого хода машины; по пере-
ходной характеристике рассчитыва-
ют размагничивающее действие
реакции якоря Fqd.
Номинальная частота вращения,
об/мин,
Номинальный ток обмотки па-
раллельного возбуждения
/„ я = fс + Fqd {8.1 j 7)
“•’в
Вращающий момент на валу
двигателя, Нм,
М = 2^.7'!0^г. (8-118)
п
Ток двигателя
Л., =/н +(8-119)
Зависимости М, п, т), / от полез-
ной мощности на валу Р? опреде-
ляют рабочие характеристики дви-
гателя.
При расчете рабочих характе-
ристик генераторов принимается
частота вращения якоря n=const.
Напряжение на выводах генера-
тора, В, определяется из основного
уравнения напряжения
U = E-/(Ra + R„ + Rc +
+/?д) — 2Л(/Щ, (8-120)
где Е — ЭДС обмотки якоря;
Ra, Rk, Rc, Rd — сопротивления,
определяются по (8-26), (8-51),
(8-74) и (8-96) соответственно;
2Д(7щ — падение напряжения в
щеточном контакте, принимается
согласно приложению IV.
Однако Е в (8-120) является
сложной функцией тока якоря /,
тока возбуждения /в и состояния
магнитной цепи машины. Для опре-
деления ЭДС Е необходимо задать-
ся током возбуждения /в и током
якоря /, рассчитать результирую-
щую МДС согласно (8-64):
= + (8-121)
По характеристике намагничи-
вания, построенной согласно табл.
8-19, определяется ЭДС Е.
Если при указанных расчетах
напряжение на выводах генератора
(7 = const, а рассчитывается зави-
симость дока возбуждения от тока
нагрузки IB=f(l), то полученная
характеристика называется регули-
ровочной.
Если принимается полное сопро-
тивление в цепи обмотки возбужде-
ния rBs =const и определяется за-
висимость напряжения U на выво-
дах машины от тока нагрузки:
U=f(l), то полученная характери-
стика является внешней характери-
стикой генератора. В этом случае
МДС в (8-121) FB=-¥-wB, где
wB — число витков обмотки воз-
буждения.
Путем расчета серии внешних
характеристик для нескольких зна-
чений Гвх можно построить нагру-
зочную характеристику, дающую
зависимость напряжения U на вы-
водах машины от тока возбуждения
/в для принятого значения тока на-
грузки.
8-11. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО
И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО РАСЧЕТОВ
МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Тепловой и вентиляционный рас-
четы машин постоянного тока ос-
новываются на общих принципах
расчета тепловых и вентиляцион-
ных схем электрических машин, из-
ложенных в гл. 5.
Для приближенной оценки теп-
ловой напряженности машины до-
статочно определить превышения
температуры отдельных ее актив-
367
них частей при выбранных элект-
ромагнитных нагрузках и геометри-
ческих размерах.
Обычно рассчитывают средние
превышения температуры обмоток
якоря, возбуждения, добавочных
полюсов и компенсационной, а так-
же поверхности коллектора.
Эти превышения температуры
с учетом приближенного расчета
должны быть ниже предельных до-
пускаемых значений, установлен-
ных ГОСТ 183-74, не менее чем на
10%.
При расчете средних превыше-
ний температуры активных частей
машины необходимо сопротивления
обмоток привести к предельным до-
пускаемым температурам для вы-
бранного класса нагревостойкости
изоляции. Для этого сопротивления,
вычисленные при расчете рабочих
характеристик, необходимо умно-
жить на коэффициент kT. При клас-
се нагревостойкости изоляции В
feT = l,15, при классе нагревостой-
кости F kt — 1,07, при классе нагре-
востойкости Н kt = 1,145.
Вентиляционный расчет машин
постоянного тока также выполняют
с использованием средних значе-
ний аэродинамических сопротивле-
ний и конструктивных размеров
вентиляционных устройств серий-
ных машин.
Для теплового и вентиляцион-
ного расчетов машины необходимо
установить мощности тепловых по-
токов, площади отдельных поверх-
ностей и коэффициенты теплоотда-
чи с этих поверхностей.
Потери мощности в обмотках с
учетом поправочного коэффициента
kt, Вт:
Рот =/гт— в обмотке яко-
ря;
Рдт = ^т/н^д~Б обмотке до-
бавочных полюсов;
PKr = kTI^RK —в компенсаци-
онной обмотке;
Р.т = kt — в стабилизиру-
ющей обмотке;
Рк т = йт l-a н RB — в обмотке возбу-
ждения.
Расчетные значения потерь в об-
мотках принимают при номиналь-
ных токах якоря и возбуждения.
Для расчета потерь, отводимых
охлаждающим внутренние объемы
машины воздухом и наружной по-
верхностью машины, принимают,
что через наружную поверхность
отводится часть потерь обмоток воз-
буждения, стабилизирующей, доба-
вочных полюсов и компенсационной,
равная:
при исполнениях по степени за-
щиты и способу охлаждения IP22,
IC01, IP22, IC17, IP44, IC37
^ = 0-1^ + Л,Т +
+ /?д.г + ^,1); (8-122)
при исполнении 1Р44, 1С0041
^ар = 0*3(Рв>т + Ре>т +
+ Рд.Т + /’к.Л (8-123)
при исполнении 1Р44, 1С0141
рнар = °-4 (Л.т + рс,т +
+ ^,т+^,т)- (8-124)
Потери, отводимые охлаждаю-
щим воздухом из внутреннего объе-
ма машины, составляют:
SP' = SP-Pliap, (8-125)
где 2P=Pi—Ри, а при исполнении
IP44 SP=Pi—Рн-Д(Рт,п+Рвент).
Соответственно потери Р', отво-
димые охлаждающим воздухом из
внутреннего объема машины через
поверхность i-й обмотки главных и
добавочных полюсов, в зависимости
от исполнения машины и системы
охлаждения согласно (8-122) —
(8-124) составляют: 0,9Pj; 0,7Р,;
0,6Р<.
При расчете среднего превыше-
ния температуры компенсационной
обмотки необходимо учесть и доба-
вочные потери, возникающие в по-
люсных наконечниках главных по-
люсов вследствие зубчатости нако-
нечников. Эти потери ориентировоч-
но равны, Вт:
х |'£д\1'52РМг (8-126)
ИО4' 10»
где kA — коэффициент, зависящий
от толщины листа стали главного
полюса: Лд=1,5 при толщине листа
0,5 мм, Ад = 2,8 при толщине листа
368
1,0 мм и &д =4 при толщине листа
1,5 мм;
ke>K — коэффициент воздушного
зазора полюсного наконечника;
(к — зубцовый шаг паза компен-
сационной обмотки;
Ьг, 1Г—ширина и длина полюс-
ного наконечника главного полюса.
Расчетные поверхности охлажде-
ния тепловыделяющих поверхностей
якоря обмоток главных и добавоч-
ных полюсов зависят от выбранной
системы охлаждения (радиальной
или аксиальной) и формы и разме-
ров охлаждающих каналов, образо-
ванных Поверхностями охлаждения
обмоток возбуждения главных и до-
бавочных полюсов.
При тепловом расчете принима-
ют следующие формулы для расчета
поверхностей охлаждения.
Поверхность охлаждения яко-
ря, м2:
при аксиальной вентиляции
Sa = (лО + nKdK) (l„ — 0,52 /б), (8-127)
где пк, dK — число и диаметр акси-
альных вентиляционных каналов
якоря;
2/б— общая длина (по длине
якоря) бандажа;
при радиальной вентиляции
SQ = л/? (/„ — 0,5 2/0 - п„ Ьр), (8-128)
где пр, ЬР — число и ширина ради-
альных вентиляционных каналов.
Поверхность охлаждения пазо-
вой части обмотки якоря и компен-
сационной обмотки, м2,
Sn^riZl6kc, (8-129)
где /7 — периметр поперечного се-
чения паза: для овального полуза-
крытого паза /7=л(Г1+/-2)4-2/гь
для прямоугольного открытого паза
П=2 (Лп+Лп);
/б Лс — длина магнитопровода
якоря (главного полюса —для ком-
пенсационной обмотки).
Поверхность охлаждения наруж-
ной поверхности лобовых частей об-
мотки якоря, м2,
5Я = 2л£> (1ВЫЛ — 0,3 /Сл), (8-130)
где /выл — длина вылета лобовой
части обмотки якоря: /Выл=0,Зт при
2р=2 и /выл «0,4т при 2р^4;
S/бл — полная ширина бандажа
лобовой части обмотки.
Поверхность изоляции лобовых
частей обмотки якоря, м2,
2S = 2Z77 I , (8-131)
из,л из, л л’ v '
где 77|,з,л — периметр поперечного
сечения условной поверхности
охлаждения лобовой части: для
овального полузакрытого паза
/7ИЗ,Л= (1+л/2) (Г14-г2) +/ii; для
прямоугольного открытого паза
77цз.л==2 (&пЧ“йп);
Ьл — длина лобовой части обмот-
ки якоря, м.
Поверхность охлаждения лобо-
вой части компенсационной обмот-
ки, м2:
для стержневой обмотки
5к,л = 2рЛ/к/к,л(Ьд + /1л); (8-132)
для катушечной (секционной)
обмотки)
+ (8-133)
где Л'к — число стержней компенса-
ционной обмотки на один полюс;
Ьк.ц, hK,a — ширина и высота ду-
ги компенсационной обмотки;
бк.п, Лк,л — ширина и высота па-
за компенсационной обмотки.
Поверхность охлаждения обмот-
ки возбуждения, №,
S = / П , (8-134)
в,ср в’ ' 7
где /и,ср — средняя длина витка об-
мотки возбуждения;
Пв — периметр поперечного сече-
ния условной поверхности охлажде-
ния обмотки возбуждения. Для оп-
ределения периметра П по эскизу
междуполюсного окна определяют
длины участков контура поперечно-
го сечения обмотки; поверхности,
прилегающие к сердечнику главно-
го полюса, не учитываются; поверх-
ности, обращенные к каналам шири-
ной менее 6 мм, учитываются с ко-
эффициентом 0,5; поверхности, при-
легающие к изоляционным рамкам,
учитываются с коэффициентом 0,3.
Поверхность охлаждения обмот-
ки добавочных полюсов, м2,
S.4A 48-135)
где расчет периметра Пд — попереч-
ного сечения условной поверхности
24—326
369
охлаждения добавочного полюса —
производят так же, как и для об-
мотки возбуждения.
Поверхность охлаждения кол-
лектора, м2,
5кол=яОк/к, (8-136)
где DK и /к — диаметр и длина кол-
лектора.
Расчетное значение наружной
поверхности охлаждения двигате-
ля, м2,
5охл=^Д/б+2/выл), (8-137)
где DH— наружный диаметр ста-
нины, м;
/выл — вылет лобовых частей
обмотки якоря, м.
Коэффициент теплоотдачи с по-
верхности твердого тела зависит от
характера течения охлаждающей
среды, омывающей поверхность,
конфигурации и размеров поверхно-
сти, характера покрытия и т. д.
Средние значения коэффициен-
тов теплоотдачи с расчетных поверх-
ностей машин постоянного тока при-
ведены на рис. 8-31—8-33.
Превышение температуры по-
верхности магнитопровода якоря
над температурой воздуха внутри
машины, °C,
Рис. 8-31. Коэффициенты теплоотдачи с
поверхностей при аксиальной вентиляции.
/ — якоря и лобовых частей обмоток якоря ’для
исполнений IP22 и IP44; 2—обмоток параллель-
ного возбуждения и добавочных полюсов; 3 —
дуг компенсационной обмотки; 4—полюсного на-
конечника главного полюса в воздушный зазор.
где аа — коэффициент теплоотдачи
по рис. 8-31.
Превышение температуры на-
ружной поверхности лобовых час-
тей якоря, °C,
ДО
НОВ. Л
25 л ал
(8-139)
Перепад температуры в изоля-
ции паза обмотки якоря, °C:
для овальных полузакрытых па-
зов
(8-140)
где г\ и г2 — размеры паза;
Рис. 8-32. Минимальные значения коэффи-
циента подогрева воздуха для исполне-
ний и способов охлаждения машины.
1 — IP22 (ICOI 1С37). IP44. IC37 при Dн<0,6 м;
Рис. 8-33. Коэффициенты
поверхности коллектора.
1 — без аксиальных каналов;
каналами.
теплоотдачи с
2 — с аксиальными
370
— эквивалентный коэффици-
ент теплопроводности внутренней
изоляции секции из круглого прово-
да: «1,4 Вт/(м2-°С);
%экв — эквивалентный коэффици-
ент теплопроводности изоляции: для
классов В, F, Н А.якв=0,16 Вт/(мгХ
Х°С).
Для открытых прямоугольных
пазов составляющая Г1+Гг = 0.
8‘лэкп
Перепад температуры в изоля-
ции лобовых частей обмотки якоря,
°C,
М'-гЧ
^пл
X + . (8-141)
\ 8^ЭКВ ^'экв /
где h„ — высота паза; для якорей с
жесткими секциями из прямоуголь-
ного провода /in/8Z,aKB ~0; для яко-
рей со всыпными обмотками без об-
щей изоляции лобовых частей сек-
ции Д6из/ХЯКв~0.
Среднее превышение температу-
ры воздуха внутри машины над тем-
пературой охлаждающей среды, °C,
ДА воз = -' . (8-142)
-Soxл «и
где а» — коэффициент подогрева
воздуха (рис. 8-32).
Среднее превышение температу-
ры обмотки якоря над температурой
охлаждающей среды, °C,
ДАасР = (Д0„ + Д0из.п)2^ +
+ (ДАП0Б,л + ДАнз,л) X
X ('1 -2М + Д0воз. (8-143)
\ 'аср !
Превышение температуры на-
ружной поверхности обмотки воз-
буждения, °C,
р'
Д0в =-----— , (8-143а)
где <хн — коэффициент теплоотдачи
с поверхности обмотки возбуждения
(рис. 8-31).
Расчет Р' в зависимости от ис-
полнения машины и системы охлаж-
дения приведен выше.
Перепад температуры в изоля-
ции многослойной катушки обмотки
возбуждения, °C,
Д0из „ = —
3,Е 2pSH
( I А^из.в
1,8АЗВВ *экв
(8-144)
где &п — средняя ширина катушки;
Х'кв и ХЭкв принимаются, как и
для изоляции обмотки якоря: Х'кв —
= 1,4 Вт/(м2-°С), Хэкв=0,16
Вт/(м2-°С).
Для катушек возбуждения, вы-
полненных из проводов прямоуголь-
ного сечения, составляющая
&в/8х;кв «о.
Среднее превышение температу-
ры обмотки возбуждения над тем-
пературой охлаждающей среды, °C,
Д0„ = до 4- ДО,, и 4- ДО (8-145)
в, ср в 1 ИЗ, В ВОЗ ' f
Превышение температуры на-
ружной поверхности обмотки доба-
вочных полюсов над температурой
воздуха внутри машины, °C,
__ д, т
"д “ 2рд5дад’
где ал — коэффициент теплоотдачи
с поверхности добавочного полюса:
ад=ав.
Перепад температуры в изоля-
ции многослойной обмотки доба-
вочного полюса, °C,
ДА = _£i2_/*«!£ +(8-146)
2Ра \ 8ХЭКВ *экв )
где 6кт,д — ширина обмотки доба-
вочного полюса;
А'кв и Х.экв принимаются, как и
для изоляции обмотки якоря с полу-
закрытыми пазами;
Д(? =0
И3,д
для обмоток из прямоугольного про-
вода.
Среднее превышение температу-
ры обмотки добавочных полюсов
над температурой охлаждающей
среды, °C,
АО — ДО, + ДО,, „ + ДО, . (8-147)
д,ср Д 1 И3,д воз ' '
Превышение температуры по-
верхности полюсного наконечника
371
главного полюса, °C,
где аг.п — коэффициент теплоотда-
чи с поверхности главного полюса
(рис. 8-31);
Ьг, 1г — ширина и длина полюс-
ного наконечника главного полю-
са, м.
Перепад температуры в пазовой
изоляции компенсационной обмот-
ки, °C,
р 2;г
* К,Т
де =-------------------------, (8-149)
нэ-к 2р2к-2(*к,п+Ли.п)/гАэкв
где Дйиз,к— толщина пазовой изо-
ляции компенсационной обмотки
(табл. 8-15, 8-17);
Ьк.п, Лк.п — ширина и высота па-
за компенсационной обмотки.
Превышение температуры лобо-
вой части компенсационной обмот-
ки над температурой воздуха внут-
ри машины, °C,
ДЙК Л = —-------‘-^1, (8-150)
-5к л ад.и
где ад,к — коэффициент теплоотда-
чи дуг компенсационной обмотки
(рис. 8-31).
Среднее превышение температу-
ры компенсационной обмотки над
температурой охлаждающего воз-
духа, °C,
ДО = (ДО +Д0
к,ср \ к,п 1 ИЗ,К/ J 1
'к.ср
\ ‘К.СР /
Превышение температуры по-
верхности коллектора над темпера-
турой воздуха внутри машины, °C,
ДО —. ~Ь Рт.щ)
(8-152)
где ак — коэффициент теплоотдачи
с поверхности коллектора (по рис.
8-33); потери в щеточном контакте
определены при расчете рабочих ха-
рактеристик машины.
Среднее превышение температу-
ры коллектора над температурой
охлаждающей среды, °C:
при входе охлаждающего возду-
ха со стороны, противоположной
коллектору,
ДО = Д0 +2Д» ; (8-153а)
к,ср К 1 ВОЗ ’ ' 7
при входе охлаждающего возду-
ха со стороны коллектора
ч,с₽ = ч+А^ <8-1536)
Расход воздуха, необходимый
для охлаждения машины, м3/с,
где ХР' определяется согласно
(8-125);
ДОвоз—-среднее превышение
температуры воздуха внутри маши-
ны; при вентиляционном расчете
принимается, что превышение тем-
пературы выходящего из машины
воздуха над входящим в 2 раза
больше среднего превышения тем-
пературы ДОвоз, т. е. ОВыХ—Овх =
——2ДОвоз*
Давление вентилятора, Па, не-
обходимое для обеспечения задан-
ного расхода воздуха QВОЗ;
H = ZQ;03, (8-155)
где Z — эквивалентное аэродинами-
ческое сопротивление вентиляцион-
ного тракта машины; средние зна-
чения Z для машин постоянного то-
ка серийного исполнения приведены
на рис. 5-5.
Аэродинамическая характеристи-
ка вентиляционной системы маши-
ны с вентиляторами центробежного
типа описывается квадратичной па-
раболой:
Д = fei-Vl, (8-156)
I ‘ Ровоз J
где Но — давление, создаваемое
вентилятором в режиме холостого
хода (QBo3=0);
Фовоз — расход вентилятора в ре-
жиме короткого замыкания (при
работе вентилятора в открытой ат-
мосфере Н=0).
При аксиальной системе венти-
ляции наружный диаметр центро-
бежного вентилятора, м,
D2B^0,9dc, (8-157)
где dc — внутренний диаметр стани-
ны, м.
372
Внутренний диаметр колеса вен-
тилятора, м,
О1В = (1,25 ч-1,3)0, (8-158)
где D — диаметр якоря.
Ширина лопаток вентилятора
дл а = (0,12-н 0,15) О2в. (8-159)
Число лопаток вентилятора вы-
бирается согласно формуле (5-131).
Давление в режиме холостого хо-
да, Па
^0 = Лоо Р (“i —
Рис, 8-34. Коэффициенты теплоотдачи с
поверхностей при радиальной вентиляции.
/ — якоря и лобовых частей обмоток якоря: 2 —
полюсного наконечника главного полюса в воз-
душный зазор; 3 — обмоток параллельного воз-
буждения и добавочных полюсов; 4 — дуг компен-
сационной обмотки.
где т|ао~О,6 —- КПД вентилятора в
режиме холостого хода;
_ TtO2t)n , _ лЛ1£1п
Wo — * Wi —— ' «
60 60
Расход воздуха в режиме корот-
кого замыкания Q втал> м3/с,
<?Етиж = 0,42 и2 Х2, (8-161)
где 52=0,92лО2йЙл.в
Действительный расход воздуха
QBO3 при известных значениях Но, Н,
Qb max определяется согласно (8-155)
и (8-156), м3:
Фвоз
Qtunax
"о
^ + ^тах
(8-162)
Действительный расход воздуха,
рассчитанный по (8-162), должен
быть равен необходимому расходу
(8-154). Если это равенство не
обеспечивается, то изменением ши-
рины вентилятора 6л,в и диаметров
D2a и О)в необходимо обеспечить
требуемый расход воздуха.
Мощность, потребляемая венти-
лятором, Вт,
Рвсц = (8-163)
Пэ
где т)э=О, 184-0,2 — энергетический
КПД вентилятора.
При радиальной системе венти-
ляции, выполняемой в основном в
мощных машинах, вентиляционный
расчет проводят по схеме полного
аэродинамического расчета всех
участков системы согласно методи-
ке, изложенной в гл. 5. Коэффициен-
ты теплоотдачи с поверхностей ак-
тивных частей машины при ради-
альной системе вентиляции приведе-
ны на рис. 8-34.
8-12. ПРИМЕР РАСЧЕТА ДВИГАТЕЛЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Задание на проект и исходные данные
Рассчитать и разработать конструкцию
двигателя постоянного тока со следующими
данными.
Мощность Рн = 7.5 кВт. Номинальное
напряжение сети Г/н = 220 В. Номиналь-
ная частота вращения пи=1500 об/мин. Вы-
сота оси вращения /1=160-10-3 м. Возбуж-
дение параллельное: а) без стабилизирую-
щей обмотки; б) со стабилизирующей об-
моткой. Исполнение по степени защиты
1Р22. по способу охлаждения — самовенги-
ляция (IC01). Режим работы — длитель-
ный. Изоляция класса нагревостойкости В.
Конструкция двигателя должна соответ-
ствовать требованиям ГОСТ на установоч-
ные размены и размеры выступающего кон-
ца вала (ГОСТ 13267-73), а также общим
техническим требованиям на машины элек-
трические (ГОСТ 183-74). За основу конст-
рукции принимается машина постоянного
тока серии П или 2П.
Дополнительное требование: рассчитать
п сравнить рабочие характеристики двига-
теля без стабилизирующей обмотки и со
стабилизирующей обмоткой.
Выбор главных размеров
1. Предварительное значение КПД элек-
тродвигателя выбираем по рис. 8-6: q = 84%.
2. Ток электродвигателя (предваритель-
ное значение)
/н
Р„-103 7,5-103
т)С/„ ~ 0,84-220
= 40,5А.
3. Ток якоря, принимая ток в шунтовой
обмотке согласно табл. 8-10 равным около
0,025 /„.
/ = 0,975-40.5 = 39,6 А.
4. Электромагнитная мощность по (8-4а)
373
2-84
(8-2): D=h=
нагрузку якоря
Р'-Ра 122±А = 7500 100 + 84
21)
= 8250 Вт.
5. Диаметр якоря по
- 0,156 м.
6. Выбираем линейную
:о рис. 8-8; А=2-10‘ А/м.
7. Индукция в воздушном зазоре по
рис. 8-9: Вй =0,65 Тл.
Расчетный коэффициент полюсной дуги
но рис. 8-7 а0 =0,64.
8. Расчетная длина якоря
6, IP'
Ze ~a6ABf D*nH ~
6,1-8250
0,64-20 000-0,65-(0,156)2- [500
— 0,165 м.
При отсутствии оадиальных вентиляци-
онных каналов 1й равен полной длине сер-
дечника якоря: ls = (п-=0,165 м.
9. Отношение длины магнитопровода
якоря к его диаметру
‘й 0,165
X = — = —------= 1,06.
D 0,156 ’
Принимаем:
nD
Z=29; t = — = 16,9-10-Зм.
18. Число эффективных проводников в
пазу
Ап =
А 496
— = — = 17,2,
Z 29
принимаем Ап = 18, тогда
А = NaZ = 18-29 = 522.
19. Выбираем паз полузакрытой оваль-
ной формы с параллельными сторонами
зубца.
20. Число коллекторных пластин К
аля различных значений ua — K/Z выбираем,
сравнивая три варианта:
№ л/п “п *=“nz w0=N/2K ик. ср-в
1 1 29 9 30,4
2 2 58 4,5 15,2
3 3 87 3 10,1
10 Число полюсов по рис. 8-10: 2р = 4.
11. Полюсное деление
nf) л-156-10-8
г =----=--------------= 0,122 м
2р
12. Расчетная ширина полюсного нако-
нечника
= ай т = 0,64-122-10—3 = 78- 10-3м.
13. Действительная ширина полюсного
наконечника при эксцентричном зазоре рав-
на расчетной ширине
Рр = Ь6 = 78-10—3 м.
Поскольку Un,<ip—2pUIK должно быть
в пределах 15—16 В, принимаем вариант 3,
обеспечивающий обмотку с целым числом
витков в секции щс=3. Тогда
торных пластин К=87, число эффективных
проводников в пазу Ап = 18, число витков
А 522
обмотке якоря wa = -— = ——
2и>с 2-3
1. Уточняем линейную нагрузку:
А/о 522-19,8
число коллек-
522 „
= 87.
Выбор обмотки якоря
14. Ток параллельной ветви
I 39,6
' — = 19,8 А.
2
° 2а
15. Выбираем простую волновую об-
мотку с числом параллельных ветвей 2я = 2.
16. Предварительное общее число эф-
фективных проводников по (8-6)
tiDA л-156-10-3-20 000
А = —— = ----------—----------= 496.
Л
19,8
17. Крайние пределы чисел пазов якоря
с использованием (8-7)
А - = 21 000 А/м.
nD л-156-10—3
22. Корректируем длину якоря:
. 20 000
1Л = 165-10—3 „„„ = 0,157 м.
6 21000
23. Наружный диаметр коллектора при
полузакрытых пазах
DK as (0,65-н 0,8) D = (0,65-н 0,8) X
X 156-10—3 = (94 -ь- 125)-10—3 м.
По таблице предпочтительного ряда
чисел (см. § 8-4) для диаметра коллекто-
ра принимаем:
DK = 0,100 м.
24. Окружная скорость коллектора
л£>„ пн л-0,1-1500
= -сп =----------ZX-----= 7>85 м/с-
лО л- 156-10—3
Z/nin ~ ~ о ,п______5 =16;
4QUIX
П1)
3- IO-2
60 60
25. Коллекторное деление
л£)к л -100 -10—3
/к=-^ =-----------------= 3,61- 10—Зм.
л-156- 10—3
= 33.
1,5-10-2
К 87
26. Полный ток паза
/п = 1а Ац •= 19,8-18 = 354 А.
4
в
374
27. Предварительное значение плотно-
сти тока в обмотке якоря
AJ„ 16-10«
Ja =------ =--------= 7,6-10“ А/м2,
А 21 000
где AJ а принимаем предварительно по
рис. 8-8.
28. Предварительное сечение эффектив-
ного провода по (8-11)
!а 19,8
qa = —— =-------------= 2,6-10-“ м2.
Ча Ja 7,6-10“
Принимаем два параллельных провод-
ника марки ПЭТВ: по ГОСТ диаметр голо-
го провода 1,2- 10~3 м; диаметр изолиро-
ванного провода 1,405-10—3 м; сечение эф-
фективного проводника 2-1,368-10"“ =
= 2,736-10"“ м2.
21 000
где *е = 0,94 — коэффициент заполнения маг-
китопровода якоря сталью по табл. 6-11.
36. Предварительное значение ЭДС
FH = (7„ЛД = 220-0,945 = 208 В,
где *д — по табл. 8-10.
37. Предварительное значение магнит-
ного потока на полюс
фби
60£1(
pNn-ц
60-208
2-522-1500
=0,797-10—2 Вб.
Принимаем предварительное значение
Ф6н =0,8-10"2Вб.
38. Для магнитопровода якоря прини-
маем сталь марки 2312. Индукция в сечении
зубцов
Расчет геометрии зубцовой зоны
29. Сечение полузакрытого паза (за вы-
четом сечения пазовой изоляции и пазового
клина) при предварительно принятом коэф-
фициенте заполнения йз = 0,72 по (8-22)
_ ATn-2rf(l3 18-2(1,417-IQ-3)* 2 _
° *я 0,72
= 98-10-“м2,
30. Высота паза (предварительно по
рис. 8-12) Лп = 26-10-’ м.
Высота шлица паза Лш = 0,8-10"3 м;
ширина шлица 6га = 3-10-3 м.
31. Ширина зубца по (8-13)
где S,= I,72 Тл — допустимое значение ин-
дукции в стали зубца по табл. 8-11.
32. Больший радиус по (8-15)
_ л(Р-2Лш)-7*г
Г1 ' 2(2 +л)
л(156- 10—а—2 0,8- IO-2)—29-6,8-10-“
2 (29 -|- л)
= 4,5-10—Зм.
33. Меньший радиус по (8-16)
л(Р —2/in) —
Г2= 2(2-л)
л(156-10-3—2-26- 10"3)—29-6,8-10-“
2(29 —л)
= 2,52-IO-3 м;
принимаем Г2 = 2,5-Ю"3 м.
34. Расстояние между центрами радиу-
сов по (8-17)
Й1=*п — *ni—г, — т2= 26- IO-3 _0 8.10-з_
-4,5-10—3—2,5-10-3=18, 22-10-3 м.
35. Минимальное сечение зубцов якоря
по табл. 8-18
5г = —-ай Ьг 1Ь *с = ~ 0,64-6,8 X
X IO-3-157- 10-3-0,94=46,5-10-“ м-’,
39. Расчетом сечения пазовой изоляции
согласно спецификации табл, 3-15 для за-
данного класса нагревостойкости изоляции
В и выбранной форме паза уточняем коэф-
фициент заполнения паза: *а = 0,72.
Расчет обмотки якоря
40. Длина лобовой части витка
/л яв (1,2 ч- 1,35)т =
= (1,2 : 1,35)-122-10-з= 165-IO-3м.
41. Средняя длина витка обмотки яко-
ря по (8-23)
1аср = 2(1,, -Нл) = 2(0,157 + 0,165) =
= 0,644 м.
42. Полная длина проводников обмот-
ки якоря с использованием и. 20
LMa = lacv = 87-644-10-3 = 56,1 м.
43. Сопротивление обмотки якоря при
0 = 20° С по (8-26)
р _ _
а 57-\Qeqa(2ay
56,1
=----------------------= 0.09 Ом.
57-10“-2,736-10-“.4
44. Сопротивление обмотки якоря при
0=75° С (см. табл. 4-1)
J?ol[ = 1,22/?а = 1,22-0,09 = 0,11 Ом.
45. Масса меди обмотки якоря по (8-27)
гПма = 8900/. мл qa —
= 8900-56,1 • 2,736-10—“ = 1,37 кг.
46. Расчет шагов обмотки:
а) шаг по коллектору н результирую-
щий шаг
87-1
= 43;
2
шаг
± —= 21;
4
б) первый частичный
К 87
й = — ± е == —
2р 4
в) второй частичный шаг:
Уг = У ~ У1 = 43 — 21 = 22.
375
Определение размеров магнитной цепи
47. Предварительное значение внутрен-
него диаметра якоря и диаметра вала
= 46-10-Зм.
48. Высота спннки якоря (см. рис. 8-11)
D — Do 156-10—3— 46-10—3
2 “Лп= 2
— 26-10-3=29- 10—Зм.
49. Принимаем для сердечников глав-
ных полюсов сталь марки 3411 толщиной
0,5 мм, коэффициент рассеяния аг=1,15,
длину сердечника (r = Ze = 1S7 10“’ м, коэф-
фициент заполнения сталью по табл. 6-11
«с = 0,95, ширину выступа полюсного нако-
нечника Ьв~ 0,2 йр = 8-10-’ м.
50. Ширина сердечника главного полю-
са (см. рис. 8-18)
ЬГ = Ьр — 25Г1В = 78- 10-3 - 2-8-10-’ =
= >2- 10—3 м.
51. Индукция в сердечнике из (8-61)
_ °гфбн___________1,15-0,8-10—2________
г~«с*г/г_ 0,95-62-10—3-157-10—3 ~
= 1,0Тл.
52. Сечение станины
_ дгфйн 1.15-0,8-10—г
So “ 2ВС ~ 2-1,3
= 35,7- 10—* м2
(см § 8-6).
53. Длина станины по (8-59)
/с = /г 4*0,40 = 157-10—’ +
+ 0,4-156-10—3 = 220-10~3 м.
54. Высота станины (см. табл. 8-18)
55. Наружный диаметр станины
D„ = 2Л — (8 -ь 10)- 10—3 = 320-10—3 —
— (8 +- 10)-10—3 = 310-10—3 м.
56. Внутренний диаметр станины
dc = DH — 2ЬС = 310-10~3 —
— 2-16,2-10—3 = 0,2776м.
57. Высота главного полюса (см. рис.
8-24)
277,6- IQ—3 — 156- 10—3
2
-3- 1,5= 57- 10—3 и,
где 8 — см, п. 64.
Расчетные сечения магнитной цепи
58. Сечение воздушного зазора (см.
табл. 8-18)
Sa = Ьр 1б = 78-10“3-157-10~3 =
= 12,25 10—4 м2,
59. Длина стали якоря
/С] = /в *с = 157-10-3-0,94 = 0,146 м.
60. Минимальное сечение зубцов якоря
(см. п. 35)
= 46,5-10-4 м2.
61. Сечение спинки якоря (см. табл.
8-18)
Sj = lch} = 146-10—а-29-10—3 =
= 42,4-10—4 м».
62. Сечение сердечника главного полю-
са (см. табл. 8-18)
Sr = kc ipьГ = 0,95-157- Ю-з-бг- Ю—3 =
= 92,5-10-4 м2.
63. Сечение станины (см. п. 52)
Sc = 35,7-10-“ м2.
Средние длины магнитных линий
64. Воздушный зазор согласно рис.
8-17 принимаем 6=1,5-10-’ м.
65. Коэффициент воздушного зазора,
учитывающий наличие пазов на якоре, по
(8-546)
'i + Мб =
60 Л— 6ш+Юб
________16,9-10—3 4- 1,5- 10-10-3
~ 16,9-10—’ — 3-10—3— 10-1,5-10-’=
= 1,1-
66. Расчетная длина воздушного зазора
L6 = k6a6= 1,1-1,5-10-’= 1,65- 10—« м.
67. Зубцы якоря (табл. 8-18)
£г = Лп —0,2/-! = 26-10—3 — 0,2-4,5-10—
= 25,1-10—3 м.
68. Спинка якоря (табл. 8-1)
, n(Dl)-4-hj) , h)
Lj= Гр +“ =
л (46-10—3 + 29-10—3)
“ 2-4 +
69. Сердечник главного полюса
= Лг = 57-10—3 м.
70. Воздушный зазор между главным
полюсом и станиной
Lc,n = 2/г-10—* 4- 1 - IO-4 = 0,13-10-’ м.
376
Таблица 8-22
Расчет характеристики намагничивания машины
№ п/гт. I Расчетная величина Расчетная формула Единица величины 0,5Фв1| 0.75Фбн 0.9Фй„ 1.0Фбн ЫФбн 1,15Фвн
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 эдс Магнитный по- ток Магнитная ин- дукция в воз- душном за- зоре Магнитное на- пряжение воздушного зазора Магнитная ин- дукция в зубцах якоря Напряжен- ность маг- нитного по- ля в зубцах якоря для стали 2312 Магнитное на- пряжение зубцов Магнитная ин- дукция в спинке яко- ря Напряжен- ность маг- нитного по- ля в спинке якоря Магнитное на- пряжение ярма якоря Магнитный по- ток главного полюса Магнитная ин- дукция в сердечнике главного по- люса Напряжен- ность маг- нитного по- ля в сердеч- нике главно- го полюса для стали 3411 Магнитное на- пряжение сердечника главного по- люса Магнитная ин- дукция в воздушном зазоре меж- ду главным полюсом и станиной Е 60а Е ф. = 6 npN Фй в Вб Тл А Тл А/м А Тл А/м А Вб Тл А/м А Тл 104,1 0,4Х X 10—2 0,326 430 0,86 1,7-Ю2 4,7 0,472 0,74 X ХЮ2 3,26 0.46Х X 10—2 0,498 85 4,85 0,498 156,5 0,6Х X 10—а 0,488 645 1,29 5,2- 102 13 0,71 0,99Х Х10! 4,35 0,69Х ХЮ-2 0,745 125 7,1 0,745 187,5 0.72Х ХЮ-2 0,586 774 1,55 23,5Х хю2 59 0,85 1,65Х ХЮ2 7,25 0.83Х ХЮ-2 0,895 150 8,55 0,895 208,3 0,8Х хю-2 0,652 860 1,72 89-10» 224 0,945 2.I2X ХЮ2 9,3 0,92Х X ю—2 0,995 170 9,7 0,995 229 0,88Х ХЮ-2 0,716 945 1,89 188-Ю2 472 1,04 2,64Х ХЮ2 11,6 1 ,01 X хю-2 1,09 220 12,5 1,09 240 0,92Х хю-2 0,75 990 1,98 300- Ю2 753 1,09 2,94Х X Ю2 12,9 1,06Х хю-2 1,14 240 13,7 1.14
“с т‘6 ffl = 0,8L6 X X в6 • ю-« Рг = Ьг Нг Bj = Фа /25; Н} Fj = LJHj Ф,. = ог Ф» Вг = ФГ/5Г нг Fr = £г Нг Вс.п = Sr
377
Продолжение табл. 8-22
№ п/п. Расчетная величина Расчетная формула Единица величины 0.5Фви 0.?5фбн 0.9Ф6н 1 -"Феи ‘.’«ан
16 17 18 19 20 21 Инс цеп (та где (та В Магнитное на- пряжение воздушного зазора меж- ду станиной и главным полюсом Магнитная ин- дукция в станине Напряжен- ность маг- нитного по- ля в станине (для массив- ных станин) Магнитное на- пряжение станины Сумма маг- нитных на- пряжений всех участков магнитной цепи Сумма маг- нитных на- пряжений участков переходного слоя 71. Станина (та ! = я<Рп 4 л(310-10- 16,2-10- + 2 Зукция в расчет и 72. Индукция бл. 8-18) фДн 0 5н “ 5б — 12 Ф61) — по п. 37. 73. Индукция в бл. 8-18) ф6н С г~ S2 ~ 4 F с.п = = 0, ЗЛС|П£С,П _ сгФа с 2SC нс нс + /\+^+ +Fc.n+Fc=^ Л> + + Fj бл. 8-18) — ьс) Ьс _ Р 2 « — 16,2-10—3) 8 -3 = 0,1236 м. чых сечениях мс в воздушном ,8-10—2 — 0,61 ,25-10-* сечении зубцог ^^=1,7 6.5- 10—* А Тл А/м А А А + гнить заз< >2 Тл яке 2 Тл 52 0,645 530 65,2 560 438 по Вг дл ДУ сой =1 эре Вс . Мс ма >ря за. Гй 78 0,980 898 111 859 662 75. Ин люса (та ог Ф 5г я стали 1,5 Тл. 76. Ин главные ),995 Тл. 77. Ин агФ 2S гнитные гнитной 78. Ма юра — 0,8В6j 93,5 1,16 1210 149 1092 840 дукция бл. 8-18) йи 1 3411 до аукция в полюсе аукция в бн 1 с на пряж цепи (по гнитное Le-10*= 104 1,29 1550 191 1398 1093 в серд ,15-0,8- 92,5-10 1 уст и мое воздуш м и ста станине ,15-0,8- 2-35,7-1 ения отд табл. 8- напряже 0,8-0.652 860 А. 114 1,42 2230 275 1826 1429 ечнике g±0,< значен!- ном зазо зиной В< (табл. 10—2 о-* ел иных 18) нпе воз 1,65-10 119 1,48 2710 335 2224 1756 главного 495 Тл; е В,-^ ре меж- п = В г = 8-18) 1,29 Тл. /частное душного -а. 10в=
где Фбн — но п. 37.
74. Индукция в спинке якоря (табл.
8-181
фб11
2Sj
0,8-10—2
2 42,4- Ю-*
0,945
Тл.
79. Коэффициент вытеснения потока
tl6 16,9-10—3-157-10—3
Z= bzlc “ 6,8-10—®-147-10—*
= 2,64.
378
80. Магнитное напряжение зубцов якоря
F2 = Нг Ьг = 8,9-103-25, НО-3 = 224 А.
Нх определяется по табл. П-18 для ста-
ли 2312.
81. Магнитное напряжение ярма якоря
Fj = HjLj = 2,12-102-44• 10-3 = 9,3 A.
82. Магнитное напряжение сердечника
главного полюса (сталь 3411)
Рис. 8-35. Характеристика холостого хода
(/) и переходная характеристика (2).
83. Магнитное напряжение воздушного
зазора между главным полюсом и станиной
Fca = 0,8BrLc п-10« — 0,8 0,995 0,13Х
ХЮ-3-10» = 104 А.
84. Магнитное напряжение станины
(массивная сталь СтЗ)
Fc = Нс Lc = 15,5 102-123,6-10—3 = 191 А.
85. Суммарная МДС на полюс
?Z = ?б + F: + + Fr + Fc п + Fc =
= 860 J- 224 + 9,3 -|- 9,7 + 104 + 191 =
= 1398 А.
86. МДС переходного слоя
F 6г, = F6 + F} + Fz = 860 + 9 + 224 =
= 1093 А.
Аналогичным образом производим рас-
чет для потоков, равных 0,5; 0,75; 1,1; 1,15
номинального значения. Результаты расчета
сведены в табл. 8-22. Строим характерис-
тику намагничивания (/) и переходную ха-
рактеристику (2) (рис. 8-35).
Расчет параллельной обмотки возбуждения
87. Размагничивающее действие реак-
ции якоря определяем по переходной харак-
теристике (рис. 8-36) Fqd —220 Л.
88. Необходимая МДС параллельной
обмотки по (8-64)
F=F-?+F = 1398 4- 220= 1618 А.
В X. I qd I
89. Принимаем ширину катушки парал-
лельной обмотки Ькт,» = 20-10~3 м, тогда
средняя длина витка обмотки по (8-65)
1ср,в = 2 (/р + *г) 4' л (^кт.в 4- 2ДИЗ) =
= 2 (157-10—3 + 62-10-3) 4-
4- я (20-10-3 + 2-0,5-103) = 504-10-3 м.
90. Сечение меди параллельной обмотки
по (8-66)
kaBm-2pFв (в.ср
4 57- 10»С'в
1,1-1,22-4-1618-504-10-3
57-10е-220
= 0,349-10-» м2,
где а — число параллельных ветвей обмот-
ки параллельного возбуждения: принимаем
а=1; — коэффициент запаса: Л3=1,1.
Принимаем по табл. 8-20 круглый про-
вод ПЭТВ: по табл. П-28 диаметр голого
провода 0,71-10-3 м, диаметр изолирован-
ного провода 0,77-10~3 м, сечение провода
0,396-10-» м2.
91. Номинальную плотность тока при-
нимаем (для машин исполнения 1Р22) (по
§ 8-7)
J„ = 4,45-10» А/м».
92. Число витков на полюс по (8-67)
FB 1618
=--------=----------------------=
JBqB 4,45-10»-0,396-10-»
= 916.
93. Определяем
буждення по (8-67):
/в,и = ‘ = Q.z. = 1 • /О А.
о>в 916
94. Плотность тока в обмотке
JBtlI = 4,45-10» А/м2.
95. Полная длина обмотки
/.в = 2р/в.ср ы>в = 4-504- 10-3-916= 18,45 м.
96. Сопротивление обмотки возбужде-
ния при температуре О—20° С по п. 95 и
(8-69)
LB_____________18,45________
““ 57-10«?в ” 57-10»-0,396-10—» “
= 81,7 Ом.
97. Сопротивление обмотки возбужде-
ния при 0 = 75° С
/?в75 = 1, 22/?в = 1,22-81,7 = 100 Ом.
98. Масса меди параллельной обмотки
по п. 94 и (8-69а)
«м.в ~ 8-9tB,Cp buBqB-103 =
= 8,9-18,45-0,396-10~6-103 = 6,5 кг.
Конструкции изоляции и крепления об-
моток главных полюсов приведены в табл.
8-7—8-9.
номинальный ток воз-
1618 .
379
Коллектор и щетки
99. Ширина нейтральной зоны по
(8-82)
t>„iS = T -bp= 122-10-3 — 78-10-3 =
= 44-10—3 м.
100. Принимаем ширину щетки равной
ft,n= (2-j-4)/K; по табл. П-34 выбираем стан-
дартные размеры щетки: 6шХАц=8-10~® мХ
Х16-10_3 м. Выбираем щетки марки ЭГ-14.
101. Поверхность соприкосновения щет-
ки с коллектором
= £>ш /щ = 8- Ю-3-16-10-3 =
= 1,28-10—4 м2.
102. При допустимой плотности тока
7щ= 11 104 А/м2 число щеток на болт
J ш
2-1,28-10—* 11 • 10’
принимаем Лгщ=2.
103. Поверхность соприкосновения всех
щеток с коллектором
= 2рДГщ 5Ш = 4- 2- 1,28-10—« =
= 10-10—4 м®.
104. Плотность тока под щетками по
(8-83)
105. Активная длина коллектора по
(8-86)
1К = Л/щ </щ + 8-10-®) + 10- 10—® =
==2(16-10-3 + 8-10-3)+10-10-3=58-10—з.
Коммутационные параметры
106. Ширина эоны коммутации по
(8-81)
frs. К - I . Г иП - 4“ еН рк г, =
8-10—3
3,61-10—3
п 1 3 \
+ 3- —+ —ЬЗ,61Х
„ , 156-10—3
107. Отношение 63,к/(т—йр) =30,8/44=
= 0,7, что удовлетворяет условию
fra.к
Т — frp
= 0,55
0,70.
108. Коэффициент магнитной проводи-
мости паза по (8-76)
, „ г. , frni , /л ,
л = 0,6 —— + —----------1- — }-
2г a frm la
2,5-10° a 26-10—3
-4----1--------= 0,6 --------------+
Alwcva p 2-2,5-10—3
0,8-10—’ 146-10-'
-------- -1___________L
3-10“3 157-10—3 1
2,1 IO4-157-10—3-3-12,2 2
109. Реактивная ЭДС no (8-75)
£„ = 2Хш E Av • 10-® = 2-5,36-3-157 X
P с о a
X 10-3-2,1-IO4-12,2-10-6= 1,3 в.
НО. Воздушный зазор под добавочным
полюсом принимаем: 6л ~ (1,5ч-2)6. т. е.
5Д = 3-10—® м.
Ill. Расчетная длина воздушного зазо-
ра под добавочным полюсом по (8-546) и
§ 8-9
£дд = £йдбд = 1 12-3-10-3 = 3,36-10—3 м;
. ___G -г Юбд _
/j-- 6щ 10бд
16,9-10—3 + 10-3-10—3
=-------:------------------- = 1,12.
16,9 — 3-10—3 + 10-3-10—3
112. Средняя индукция в воздушном за-
зоре под добавочным полюсом
д = _£₽_ ’-45
6д 2/в%’ 2-157-10—» 12,2
яа 0,376 Тл,
где Ep?s\,lEv принимаем для обеспече-
ния несколько ускоренной коммутации.
113. Расчетная ширина наконечника до-
бавочного полюса согласно (8-88) и на ос-
новании предварительных расчетов
4>а< (0,55 ч- 0,75) Ьзк < (0,55 ч- 0,75) X
X 30,8-10—3 =14 -10-3;
= Ьл к 4- 26д = 8-10-3 + 2-ЗХ
X 10—3 = 14-10-' м.
114. Действительная ширина наконеч-
ника добавочного полюса
fra,H — 8' Ю—3 м.
115. Магнитный поток добавочного по-
люса в воздушном зазоре по (8-89)
Фбд = 5йд /д.Л = 0,376-157-10“» X
X 14-10-® = 0,827-10-3 Вб.
116. Выбираем коэффициент рассеяния
добавочного полюса <тд = 2,5 (см. § 8-6),
магнитный поток в сердечнике добавочного
полюса по (8-90)
Фд = од Ф6д = 2,5 0,827 10—3 =
= 0,207-10—3 Вб.
117. Сечение сердечника добавочного
полюса
-$д = 1д,н frfl.u = 155- Ю—3-8-10—3-0,95 =
= 1175-10—6 м®.
118. Расчетная индукция в сердечнике
добавочного полюса по (8-91)
Ф^= 0,207-10-® = 7б Тд
1175-10“"
В.
380
Таблица 8-23
Расчет МДС обмотки добавочных полюсов
№ л/п Расчетная величина Расчетная формула Единица величины Численное значение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1! 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Магнитный поток в воздуш- ном зазоре Магнитная индукция в воз- душном зазоре Магнитное напряжение воз- душного зазора Магнитная индукция в зубцах якоря Напряженность магнитного поля в зубцах якоря Магнитное напряжение зубцов Магнитная индукция в ярме: на участке согласного на- правления главного пото- ка и потока добавочных полюсов па участке встречного на- правления главного потока и потока добавочных по- люсов Напряженность магнитного поля: на участке с индукцией Bji на участке с индукцией Bj2 средняя напряженность магнитного поля в ярме Магнитное напряжение якоря Магнитный поток добавочного полюса Магнитная индукция в сердеч- нике добавочного полюса Напряженность магнитного поля в сердечнике добавоч- ного полюса Магнитное напряжение сер- дечника добавочного полюса Магнитное напряжение воз- душного зазора между ста- ниной и добавочным полю- сом при 6с,д,п = 0,2-10-’ м Магнитная индукция в ста- нине: на участке согласного на- правления магнитных по- токов главного и добавоч- ного полюсов па участке встречного на- правления магнитных по- токов главного и добавоч- ного полюсов Напряженность магнитного поля в станине: на участке с индукцией Вс 1 на участке с индукцией ВС2 Средняя напряженность маг- нитного поля в станине Магнитное напряжение участ- ка станины Сумма магнитных напряжений всех участков МДС обмотки добавочного полюса +*4 % > > а too > fc п ° to Со = -и 2 =• to J, V II 11 II 11 f j. « 1 > ъ1 1 33 11 - II 3 II •' o '' M =? + e e g о <?" il q а Л5:* 9 9 " 5; II « 9 + £ 2 " " Pi 1 -" a и а =, ““ ro 1 ю «Г» ' а * fc 1 & 1 & + * =c cFl-o 1 to 1 to + t- &*=<£ + ? fce * - 3= - / “ ? " * * 1 . IO , eo X n + Д 9 Вб Тл А Тл А/м А Тл Тл А/м А/м А/м А Вб Тл А/м А А Тл Тл А/м А/м А/м А А А 0,827-10—3 0,376 101 0,99 2,35 5,9 1,04 0,86 2,64-10! 1,7-Ю2 0,47-102 2 2,07-10—3 1,76 28-102 160 140 1,64 0,8 47- № 6,82-102 20-10« 236 645 1935
381
Результаты расчета магнитной цепи до-
бавочных полюсов сведены в табл. 8-23.
Расчет обмотки добавочных полюсов
119. МДС обмотки добавочного полюса
(табл. 8 23)
Дд= 1935 А.
120. Число витков обмотки добавочного
полюса на один полюс по (8-93)
Ад 1935
шд= —— = —---------= 48,86;
д / 39,6
принимаем и>д = 49.
121. Предварительное сечение провод-
ников по (8-94)
39,6
--------= 8- 10—6 м'2.
1-5-10е
м.
7л — ,
°д Jn
При токе /^1000 А целесообразно
принимать Од=1. Для многослойных обмо-
ток выбираем согласно рекомендациям
(§ 8-7) плотность тока 7л = 5-10е А/м1.
122. Принимаем проводник обмотки
добавочных полюсов из круглого провода
марки ПСД (табл. 8-20) диаметром 3,15Х
Х10-3 м (см. табл. П-28): диаметр изоли-
рованного провода 3,50-10“3 м. Сечение
провода <7д = 7.8-10~в ма.
123. Принимаем сердечник добавочного
полюса короче якоря на 1-10"3 м с каждой
стороны для создания опоры для катушки.
Длина сердечника (л = /б —2-10-3= 157Х
Х!0~3—2-10-3= 155-IO-’ м.
Ширина катушки йкт,д= 13-10-3 м (по
предварительному эскизу сечения катушки).
124. Средняя длина витка обмотки
баночного полюса по (8-95)
/д.ср = 2(155-10—3 + 8-10-*) +
+ rt(I3-f-2)-10-3 = 0,37110-3 м.
125. Полная длина проводников
мотки
до-
об-
Ад — 2рд (д.ср -— 4-0,371-49 = 72,7 м.
126. Сопротивление обмотки добавоч-
ных полюсов при температуре 6=20° С по
(8-96) и п. 125
57-Ю6^
130. Электрические потери в обмотке
добавочных полюсов
3 =/2/?д = 39,6-’-0,195 = 314 Вт.
131. Электрические потери в параллель-
ной обмотке возбуждения
Рм.в = Uv /в.н = 220- I ,76 = 385 Вт.
132. Электрические потери в переход-
ном контакте теток на коллекторе
Рэш = 2Д(7Ш/= 2-39,6 = 80 Вт.
132. Потери на трение щеток о коллек-
тор
РТ,В1 = SSmPtu/t/„ = 10- 10-4-3-10* 0,2 X
X 7,85 = 47 Вт,
где рщ — давление на щетку; для щетки
марки ЭГ-14 рщ=3-104 Па.
/=0,2— коэффициент трения щетки.
134. Потери в подшипниках и на венти
ляцию определяются по рис. 8-30:
(Рт.п Риеит) ~ 55 Вт.
135. Масса стали ярма якоря по
(8-108)
л Г(О — 2Л)= — £>gl
m/ = 7,8-103----!-------------— /ст*с =
4
= 7,8- 103 X
л[(156-10-3— 2-26-10—’)г—(46-10-я)2)
X - ~ ~ г’ ’ ” X
4
X 157-10—’-0,94 = 7,5 кг.
136. Условная масса стали зубцов яко-
ря по (8-106)
= 7800Z6, (й, + ) l6 kc =
= 7800-29-6,8- 10-3 X
X (18,22-р4'1^2'0) 10-3-0,94=4,94 кг.
137. Магнитные потери в ярме якоря
Pj~mjpj = 7,5-3,59 = 27 Вт,
где
/ / \₽ ,
Pj = 2, ЗР] п/50 I I Bj - -
= 2,3-1,75- 12-0,945г = 3,59 Вт/кг.
127. Сопротивление обмотки добавоч-
ных полюсов при 0=75° С
Яд,-, = ],22/?д= 1,22-0,164 = 0,2 Ом.
128. Масса меди обмотки добавочных
полюсов
шц — 8,9- 103-/д.Ср ш>д 2рд i/д = 8.9- Ю3 X
X 0,371-49-4-7,8-10-“= 5,05 кг.
Потери и КПД по (8-10)
129. Электрические потерн в обмотке
якоря
Рма = 1*Ка 39,6-’0,П = 173 Вт.
138. Магнитные потери в зубцах якоря
Pz = тг рг = 4,94- 11 ,9 = 59 Вт,
где
/ f \р „9
рг = 2,3р| 0/50 ( 5о ) В; —
= 2,3-1,75-1--I,722 = 11,9 Вт/кг.
139. Добавочные потери
Адоб - О,0Ш/н = 0,01 • 220-41 ,36 = 91 Вт,
где 1Н — 39,6 -J- 1 ,76 = 4 1,36 А.
382
140. Сумма потерь
2? = Рма 4- Рмл + ?М.В + ?э,щ + ?г,Щ +
4" (^т.п /’вент) + Pj 4“ Рг 4“ ?доб ~
= 173 + 314 4- 385 4- 80 4- 47 -f- 55 4- 27
4-59 4-91 = 1231 Вт.
141. Потребляемая мощность
?i = Рн 4- S? = 7500 4- 1231 = 8731 Вт.
?, 8731
Ток /-=т;=^=39’7А:
/„ = 39,7 —1,76= 38 А.
142. Коэффициент полезного действия
по (8-97)
Р,
7500
Т) = ----------- = ---------------
‘ Рн + 2? 7500 4- 1231
= 0,858.
146. По характеристике холостого хода
(рис. 8-36)
Вб =0,645 Тл; Р2 = 1366 А.
147. МДС обмотки возбуждения по
(8-64)
FB = Fz 4- F = 1366 4-220 = 1586 А.
148. Номинальный ток возбуждения
149. Номинальный ток двигателя
/хн =/н 4-/в.н = 38 4- 1,73 = 39,73 А.
150. Потребляемая мощность двигателя
PI = (//tH = 220-39,73= 8741 Вт.
151. Полезная мощность на валу дви-
гателя
Рабочие характеристики
Для построения рабочих характеристик
двигателя п, М, /, Pt< f]=f(P2) при t/=
= 220 В и токе возбуждения /в=/в.н прини-
маем, что потери холостого хода с нагрузкой
практически не меняются и составляют:
Р0 — Pj 4- Рг 4- (/’т.п + ?вепт) ~РРт,щ —
= 27 4- 59 4- 55 4- 47 = 188 Вт.
(38 х
------| =7564 Вт.
39,6 )
152. Коэффициент полезного действия
143. МДС реакции якоря и расчет по
переходной характеристике значений
для нескольких значений тока якоря позво-
ляют представить зависимость FQlt от тока
1 в виде
144 При номинальном токе якоря /он =
= 38 А ЭДС обмотки якоря
£н = U — Ia Z.R — 2Д1/Щ =
= 220 — 38 0,31 — 2-1 = 206,2 В.
145. Номинальный магнитный поток в
воздушном зазоре
60£н 60-206,2
Ф, =-------— =--------------
рЛ'1500 2-522-1500
= 0,79-10—? Вб.
153. Вращающий момент
Р 7564
Л4 = 9,57-10“—- = 9,57-10“------=
п 1500
= 48,3 Н-м.
Результаты расчетов, выполненных по
пп. 148—153 для ряда значений тока яко-
ря, сведены в табл. 8-24, рабочие характе-
ристики двигателя приведены на рис. 8-37.
В результате расчета и построения ра-
бочих характеристик двигателя установле-
ны номинальные значения:
?н = 7500 Вт; /н = 37,65 А; /1н =
= 39,4 A; Pj = 8664 Вт; т] = 86,6%;
Л4Н = 47,8 Н-м; лк = 1500 об/мин;
/в,н = 1,73 А.
Таблица 8-24
Рабочие характеристики двигателя без стабилизирующей обмотки
'в- А 1а. А £. В А Ф6. Вб д, об/мин /VI, Н-м Вт /, А Pi. Вт Г|. %
1 ,73 9,7 215 1585 0.832 1485 12,1 1891 11,43 2510 75,4
1 ,73 14,8 213,4 1584 0,832 1475 19,1 2947 16,53 3640 81,1
1 ,73 19,6 211,9 1518 0,820 1485 25,4 3945 21 ,33 4680 84,3
1,73 24,5 210,4 1476 0,813 1490 31,7 4931 26,23 5770 85,4
1,73 29,5 208,85 1437 0,806 1490 38,3 5922 31 ,23 6871 86,2
1,73 34,6 207,3 1400 0,80 1490 44,4 6907 36,33 7993 86,4
1 ,73 37,1 206,5 1364 0,79 1500 47,1 7387 38,83 8550 86,6
1,73 44,5 204,2 1334 0,78! 1500 56,0 8793 46,23 10 180 86,4
1 ,73 59 199,7 1280 0,75 1530 71,3 11 400 60,73 13 380 85,1
383
Рабочие характеристики двигателя со ста-
билизирующей обмоткой
Как следует из характеристики я=
=7(Р’), с увеличением нагрузки частота
вращения двигателя возрастает. Поэтому
для повышения устойчивости работы двига-
теля целесообразно ввести стабилизирую-
щую обмотку.
154. МДС стабилизирующей обмотки
по (8-72)
„ г- /
Гс «в — Юс ,
«с
где йс — число параллельных ветвей стаби-
лизирующей обмотки, принимается равным:
йе = 1. Принимаем wc=6, тогда
Fc = wcI = 6-37,65 » 228 А.
155. МДС обмотки возбуждения по
(8-64)
F =F +f f = 1366 + 220 —
В 2- 1 gd С J
— 228= 1358 А.
156. Принимаем сечение провода обмот-
ки параллельного возбуждения, как и в ва-
рианте без стабилизирующей обмотки (см.
п. 90):
qB = 0,396- 10-« м2;
d/rfn3 = 0,71 10—3/0,77-10—1 м;
плотность тока Л = 4,45- 10е А/м2.
Число витков на полюс обмотки парал-
лельного возбуждения
Гв 1358
К.'в = ----- = ---------------------- =
JBqB 4,45-10в-0,396-10-®
= 768.
157. Сопротивление обмотки возбужде-
ния по пп. 96 и 97
/?в = 68,5 Ом; /?п „ = 83,5 Ом.
158, Длина витка стабилизирующей об-
мотки
/с /я.ср = 0,504 м.
159. Полная длина стабилизирующей
обмотки
Lc — 2pwc lc — 4-6-0,504 = 12,1 м.
160 Диаметр и сечение проводника
стабилизирующей обмотки принимаем, как
и для обмотки добавочных полюсов:
d/da3 = 3,15-10-э/3,50-10—з;
9с = 7,8-10-* м2.
161. Сопротивление стабилизирующей
обмотки при 0=20°С
Lc 12,1
р _ _____ч =_____________:-------- —
с 57- 10“<?с 57-10“ 7,8-10—6
= 0,0272 Ом.
Рис. 8-36. Рабочие характеристики двига-
теля.
— —-----без стабилизирующей обмотки:
-------- —со стабилизирующей обмоткой.
162. Сопротивление стабилизирующей
обмотки при 0 = 75° С
Яс,н = 1,22/?с = 1,22-0,0272 = 0,0332 Ом.
163. ЭДС якоря при номинальной на-
= С/н /н (Ra + /?;1 /?с,н) 2ДС/щ =
= 220 — 38(0,11 4-0,2+ 0,0332) —
— 2 = 205 В.
164. Магнитный поток в воздушном за-
зоре при номинальной нагрузке
60£„ 60-205
ф, = -------— =-------------- —
s" pNnK 2-522-1500
= 0,785-10-2 Вб.
Таблица 8-25
Рабочие характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой
А ‘а- А Е, Б Де- А Ч>6 - в° л, об/мин Л1, Н-м Р.?> Вт /, А Р|Г Вт П.%
1,76 9,9 214,63 1347 0,797-10—2 1550 12,05 1930 11.66 2565 75,2
1 ,76 14,9 212,93 1342 0,796-10-3 1540 18,5 2962 16,66 3665 80,8
1,76 19,8 211,25 1332 0,793-10-2 1535 25 3972 21,56 4743 83,7
1,76 24,5 209,6 1337 0,792-10—2 1520 31,5 4900 26,26 5777 84,8
1,76 29,5 207,9 1377 0,789-10—2 1515 37,8 5896 31,26 6877 85,7
1 ,76 34,4 206,2 1372 0.788- 10—2 1505 44 6826 36,16 7955 85,8
1,76 37,5 205,2 1362 0,786-10-2 1500 47,8 7430 39,26 8642 86,0
1,76 44,4 202,8 1357 0,785-10—2 1485 56,7 8713 46,16 10 155 85,8
1 ,76 58,8 197,8 1349 0,784-10-2 1450 75,6 11 280 60,56 13 332 83,9
384
165. Результирующая МДС обмотки
возбуждения на полюс (по характеристике
холостого хода, см. рис. 8-35)
Fv = 1362 А.
166. МДС обмотки возбуждения при
номинальной нагрузке
F„ = F, -J- F _, — F = 1362 4- 220 — 228 ==
в Z- 1 qd с 1
= 1354 А.
167. Номинальный ток возбуждения
1354 __ .
180 (2-157- Ю-з/644- 1Q-3)
29-58,5-IO-3-157-IO-3
(4,54- 2,5)-IO-3 । о,5-1О-з
8-1,4 1 0,16
= 1,24°С,
___ _г в
В.н —
= 1,76 A.
шв 768
168. Рабочие характеристики двигателя
со стабилизирующей обмоткой сведены в
табл. 8-25 и приведены на рис. 8-36.
169. Номинальные параметры двигателя
со стабилизирующей обмоткой: Рн =
= 7500 Вт; /1Н = 39,66 А; п = 1500 об/мин;
Л1„=47,8 Н-м; /в.н=1,76 А; п = 86%.
Как следует из рис. 8-36, применение
стабилизирующей обмотки придает скорост-
ной характеристике n=f(Pi) падающий с
ростом мощности характер.
Тепловой расчет по (8-11)
Тепловой расчет выполняется для
оценки тепловой напряженности машины и
приближенного определения превышения
температуры отдельных частей машины.
Для приближенной оценки тепловой на-
пряженности машины необходимо сопротив-
ления обмоток привести к температуре, со-
ответствующей заданному классу изоляции;
при классе нагревостойкости В сопротив-
ления умножаются на коэффициент йг=1,15.
170. Расчетные сопротивления обмоток:
/?от = /?ан-1,15 = 0,11-1,15 = 0,1265 Ом;
/?д т = /?д н-1,15 = 0,2-1,15 = 0,23 Ом;
RB T = RB н-1,15= 100-1,15=115 Ом.
171. Потери в обмотках:
Р =llR = 37,652-0,1265 = 180 Вт;
ат н ат
Рд,т = /;Лд,т = 37,652-0,23= 327 Вт;
т = /в Л т = 1.73*-115 = 344 Вт.
где Пп = л (Г| 4_ г2) 4~ 2^1 = л (4,5 4"
4- 2,5)-10-3-42-18,22-10-3 = 58,5- 10-3 м;
Z'KB= 1,4 Вт/(м-°С);
Аэкв = 0,16 Вт/(м-сС).
175. Превышение температуры охлаж-
даемой поверхности лобовых частей обмот-
ки якоря по (8-139)
Д^пов.л
2'в
tgcp
лО-2/пал
2-157-Ю-з
~ 644- IO-3 )
=------;---------------— = 28,2° С,
л-156-10—3-2-46- Ю-з-68
где ал = 68 Вт/(м2-сС) — коэффициент теп-
лоотдачи с лобовых поверхностей обмотки
якоря (см. рис. 8-31); /п=0,4т=0,4-122Х
Х10-з=46-10-3 м—вылет лобовых частей
обмотки
176.
лобовой
якоря.
Перепад температуры в изоляции
части обмотки якоря по (8-141)
ат
Д^из.л
_____1дср
2Zna
2-157-IO-’
644- IO-3
8ХЖВ
26- IO-3
8-1,4
2-29-36,2- IO-3
= 0,1°С,
где П„ = (1 4- л/2) (г, 4- г2) 4- й, =
= (1 4- л/2) (4,5 4- 2,5)-10-3 4- 18.22Х
X 10-» = 36,2-10-s м.
177. Среднее превышение температуры
обмотки якоря над температурой охлажда-
ющего воздуха по (8-143)
172. Коэффициент теплоотдачи с на-
ружной поверхности якоря (по рис. 8-32)
аа=68 Вт/(м2-°С).
173. Превышение температуры охлаж-
даемой поверхности якоря по (8-138)
ДО = Рдт (2/6 /Zacp) + £Рст =
а nDlaaa
180(2-157/644)4- 86
21/,
Маср = (Д^а + ДОиз.п) ~г-^ +
•аср
+ (Ддпов.л
_ 330 г
л-156-IO-3-157-IO-»-68
\ »аср /
2-157-Ю-з
= (33 4- 1,24) 4- (28,2 4-
644- IO—3
/ 2-157-Ю-з
4-0,1)11 — ... ,n_3
\ 644-Ю—3
= зьг'С.
174.
пазовой
Перепад температуры в изоляции
части обмотки якоря по (8-140)
^ат
'О'из.п —
fr|T3
znn 1й
8ЛЭКВ /-эки
178. Сумма потерь, отводимых охлаж-
дающим внутренний объем двигателя воз-
духом, согласно (8-122)
SP' = 2Р - Рнар = 2Р - (PD.T 4- Ря.т) =
= 1164 — 0,1 (344 4- 327) « 1097 Вт.
25—326
385
179. Условная поверхность охлаждения
двигателя по (8-137)
50ХЛ = лРн (/е + Йвыл) = л.310.10-»Х
X (157-10—3 + 92-10—3) = 0,243 м2.
180. Среднее превышение температуры
воздуха внутри двигателя
АФвоз —
SP'
-^охл ан
————— = 6,9°С.
0,243-650
181. Среднее превышение температуры
обмотки якоря н^д температурой охлажда-
ющей среды
Д<ср = ^оср+ ^воэ = 31.2 4-6,9==
= 38,ГС.
Рис. 8-37. Эскиз междуполюсного окна
двигателя (пунктиром указаны поверхно-
сти охлаждения обмоток главных и доба-
вочных полюсов).
182. Превышение температуры наруж-
ной поверхности катушки возбуждения над
температурой воздуха внутри машины
АР'в.т________0,9-344
2pSBaB ” 4-32,8-10—а-50 —
= 47,2°С,
где Рв т определяется согласно (8-122) и
(8-125);
SB — наружная поверхность охлажде-
ния катушки обмотки возбуждения:
SE = 1в,СрПв = 0,504-65- 10-3 =
= 32,8-10—3 м2
(на рис. 8-37 периметр катушки Пв отме-
чен пунктиром).
183. Перепад температуры в изоляции
катушки
. „ ^в,т
даиэ.в-= 2р5в
^К,ср р ^113
8?4П ’ А-экв
(1 —0,1)-344 / 22-10—3
4-32,8-10—2 8-1,4
0,210~3
0,16 ,
где Р.:, т —часть теплоты катушки обмотки
возбуждения через полюс, определяется
согласно (8-122). (8-125).
184. Среднее превышение температуры
обмотки возбуждения над температурой
охлаждающей среды
Д^'ср.в = 4- Авнз.в 4- Мвоз =
= 47,2 + 7,5+6,9 = 61,6° С.
185. Превышение температуры наруж-
ной поверхности добавочного полюса над
температурой воздуха внутри машины
_ /,рд.т__________0,9-327
Дип,а — OrtC ~ л.тя ч in—з 50 ”
2р5лад 4-18,5-10
= 79,5°С,
где
5д = 1Л.ср Яд = 371-10-®-50- Ю-3 =
= 18,5- 10—3 м2;
ад = 50 Вт/м- (см. рис. 8-32).
186. Перепад температуры в изоляции
катушки добавочного полюса по 8-146
Р' h
. .. л-т °кт,д
Д#1ГЗ,Л — ------;— =
2рЗя 2/. „
- '-экс
0,9-327 14-Ю-3
= 4,9° С;
не имеют на-
температуры
над темпера-
4-18,5-10-3 8-1,4
катушки добавочных полюсов
ружной изоляции.
187. Среднее превышение
обмотки добавочных полюсов
турой охлаждающей среды
Д^д.ср — Д8п,д + А^пз.п 4" ДОвоз ~
= 79,5+ 4,9 +6,9 = 91,3° С.
188. Превышение температуры наруж-
ной поверхности коллектора над температу-
рой воздуха внутри двигателя
Рin ~ Р-гли
„
-8 к <ХК
80+47
=------------------------- = 49,6’ С.
л-100-10—3-58-10~3-140
Таким образом, превышения температу-
ры обмотки якоря, обмотки возбуждения н
коллектора ниже предельных допускаемых
значений для класса изоляции В. Для про-
водников обмотки добавочных полюсов мар-
ки ПСД (класс изоляции F) среднее пре-
вышение температуры Д6д,ср = 91,3° С также
не превышает предельного допускаемого
значения.
Вентиляционный расчет
Разрабатываемый двигатель имеет ак-
сиальную систему вентиляции с самовенти-
ляцией, обеспечиваемой встроенным венти-
лятором центробежного типа.
189. Необходимое количество охлаж-
дающего воздуха по (8-154)
SP
Ю97
--------- = 0,072 м3,
1100-13.8
Огоз —
1 |00Д^оэ
где SP'—сумма потерь, отводимых ох-
386
лаждающим внутренний объем машины
воздухом (п. 178);
Д0воз —превышение температуры воз-
Д> Хоз*2№Воз’-2-6-9“13-8-
190, Принимаем наружный диаметр
центробежного вентилятора равным при-
близительно 0,9 de (где de — внутренний
диаметр станины) по (8-157)
О, = 0,9с/с = 0,9-276- Ю-з — 250-10—’ м.
191. Окружная скорость вентилятора
(по наружному диаметру)
л£>гвл л-250-10—3-1500
Цп == " ~ ... =
60 60
= 19,7 м/с.
192. Внутренний диаметр колеса вен-
тилятора по (8-158)
О1В = (1,25^1,3)0 = 1,25-156-10-3 =
= 195-Ю-3 м.
193. Окружная скорость вентилятора
(по внутреннему диаметру)
лО)вп л-195-IO-»-1500
и, -------=-------------------=
60 60
= 15,3 м/с.
194. Ширина лопаток вентилятора по
(8-159)
*л.в — (0,12 :-0,15) £>2В = 0,15 -250-10-3 =
= 38- IO-3 м.
195. Число лопаток принимаем (V.3 =
196. Давление вентилятора при холо-
стом ходе по (8-160)
Яо = т>аоР (“!“"!) =
= 0,6-1,23(19,7?— 15,32)= 114 Па,
где г)по — аэродинамический КПД вентиля-
тора в режиме холостого хода: t]o(ise0,6.
197. Максимально возможное количест-
во воздуха в режиме короткого замыкания
по (8-161)
Qwnax = 0,42и2 S2 = 0,42-19,7-0,0275 =
= 0,227 м’/с,
где Si — входное сечение вентилятора;
Ss = 0,92лО2в b = 0,92л- 250- 10-3-38Х
ХЮ-з = 0,0275 м3.
198. Аэродинамическое сопротивление
Z вентиляционной системы машины (см.
рис. 5-20)
Z = 18-Ю3 Па-с2/м«.
199. Действительный расход воздуха по
(8-162)
= 0,227
До Ч- ^<2в,лйзс
____________114__________
114+ 18- 103-0,227*
= 0,078 м-!/с.
200. Действительное давление вентиля-
тора
w _ "о ZQwnaJC _
%®втах
114-18-Ю3.0,2272
=----------------------— 101,5 Па.
114 + 18-103.0,227?
201. Мощность, потребляемая вентиля-
тором.
101,5-0,078
Рпрнт =-------------------------= 79
Т)э 0,2
Вт,
где т); — КПД вентилятора.
202. Потери мощности на вентиляцию
и в подшипниках (уточнение п. 134);
Лт,в + Рвент ~ 190 Вт.
203. Номинальный КПД с учетом уточ-
нения потерь мощности на вентиляцию и в
подшипниках
Т|н=86,2%.
Заключение
Расчет массы двигателя и механичес-
кий расчет вала выполняются согласно ра-
нее приведенным примерам расчетов асин-
хронных и синхронных машин.
При разработке конструкции двигателя
необходимо использовать материалы § 8-1,
чертежи серийных конструкций, ГОСТ на
установочные размеры и размеры выступа-
ющего конца вала.
Механический расчет коллектора и креп-
ления главных и добавочных полюсов вы-
полняют по методике, изложенной в гл, 9.
Глава девятая
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ И МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
9-1. МАГНИТОПРОВОД СТАТОРА
Магнитопроводы статора машин
переменного тока общего назначе-
ния выполняют шихтованными из
электротехнической стали толщиной
0,35—0,5 мм. При внешнем диаметре
магнитопровода до 990 мм он вы-
полняется из целых листов (рис.
9-1), а при больших диаметрах со-
25*
387