Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)

где а  число параллельных ветвей якорной обмотки машины (для машин малой мощности обычно а = 1).

10. При выборе числа пазов необходимо руководствоваться следующим. Слишком малое число пазов приводит к значительным пульсациям ЭДС машины а слишком большое число  к уменьшению ширины зубцов и их насыщению. Необходимо учитывать также что увеличение числа зубцов приводит к нерациональному использованию площади паза так как при уменьшении размеров пазов площадь занимаемая изоляцией остаётся прежней. Предпочтение отдаётся нечётному числу в этом случае уменьшаются пульсации поля под полюсами вызывающие появление переменной ЭДС ухудшающей коммутацию. Однако при нечётном числе пазов становится затруднительной машинная намотка якоря. Для МПТ малой мощности число пазов якоря

Z = (3  4) D_a (23)

где диметр якоря измерен в сантиметрах.

11. Число коллекторных пластин выбирается равным числу элементарных пазов исходя из соотношения:

K = Z_Э = u_П Z (2.4)

где u_П  число элементарных пазов в реальном пазу, выбирается таким образом чтобы среднее напряжение между коллекторными пластинами не превышало допустимого значения:

Обычно u_П = 2  3. В случае волновой обмотки при нечётном числе пазов якоря u_П должно быть числом нечётным так как только при этом условии возможно выполнение симметричной обмотки с целым шагом.

12. Число витков в секции обмотки якоря

(2.5)

Число витков в секции должно быть целым. Поэтому рассчитанное по (2.5) значение округляется а число проводников обмотки якоря соответствующим образом корректируется. Окончательные значения u_П и W_с принимаются после проверки коммутации т.к. величина реактивной ЭДС определяющей характер процесса коммутации пропорциональна числу W_с.

13. Для простой петлевой обмотки шаги обмотки якоря

; (2.6)

для простой волновой обмотки

если y  чётное число

если y  нечётное число.

После определения параметров якорной обмотки составляется таблица обхода и вычерчивается её схема.

14. Линейная нагрузка якоря принимается с учётом скорректированного числа проводников обмотки якоря

(2.7)

Полученная величина линейной нагрузки не должна отличаться от ранее принятой более чем на 5%. В противном случае в качестве исходного значения AS принимается найденное по (2.7) и производится повторный расчёт.

3. РАЗМЕРЫ ЗУБЦОВ, ПАЗОВ И ПРОВОДНИКОВ

ОБМОТКИ ЯКОРЯ

В МПТ малой мощности часто используются пазы круглой овальной и трапецеидальной формы. Наиболее технологичны и просты в изготовлении пазы круглой формы. Поэтому если площадь круглого паза соответствует расчёту то при всех прочих равных условиях предпочтение отдаётся круглому пазу. Овальная и трапецеидальная формы паза увеличивают его площадь по сравнению с пазом круглой формы при том же диаметре якоря.

Площадь паза якоря зависит от количества и сечения проводников обмотки якоря. В свою очередь сечение проводника определяется величиной тока якоря и его допустимой плотностью которая зависит от режима работы машины способа охлаждения класса изоляции коэффициента теплоотдачи.

15. Интенсивность нагрева МПТ определяется удельной тепловой нагрузкой (Вт/м²) которая для продолжительного режима записывается в виде

q = _M  (1 + 01 V) (3.1)

где _M  предельно допустимое превышение температуры корпуса над температурой окружающей среды определяемое классом изоляции. Температура окружающей среды принимается при расчётах равной 40⁰ С

  коэффициент теплоотдачи поверхности якоря в неподвижной среде составляющий в среднем 14  18 Вт/(К м²) для машин закрытого исполнения без вентилятора и 36  44 Вт/(К м²) для машин защищённого исполнения с встроенным вентилятором

V  окружная скорость якоря в машинах без вентилятора, V = V_a.

Работа встроенного вентилятора приводит к увеличению потока охлаждающего воздуха и, следовательно, к увеличению скорости его движения V:

V = (V_a² + V_в²)^1/2 (3.2)

где V_в  окружная скорость лопаток вентилятора,

V_в =  D_в n_н / 60; (3.3)

D_в  диаметр колеса центробежного вентилятора,

D_в = (125  14) D_a.

Удельная тепловая нагрузка для кратковременного режима работы

(3.4)

здесь t_р  время работы двигателя с

T_р  постоянная времени нагрева вращающегося якоря, с 

. (3.5)

. (3.6)

Для МПТ работающих в повторно-кратковременном режиме,

(3.7)

где функция (t_р /T_р) определена зависимостью времени работы машины и паузы:

(t_р /T_р) = 1+ exp (  а₁ t_р / T_р) + exp ( 2 а₁ t_р / T_р) +

+  exp  (n 1) а₁ t_р / T_р (3.8)

где n  число циклов работы

(3.9)

Т_П  постоянная времени охлаждения неподвижного якоря, с;

t_П  время паузы, с.

16. Выражая потери в якорной цепи машины через линейную нагрузку и плотность тока в проводниках обмотки можно получить выражение плотности тока при заданной линейной нагрузке и допустимом превышении температуры _M:

а) для МПТ при 2р = 2 и n  5000 об/мин

(3.10)

при 5000  n  10000 об/мин

(3.11)

при 10000  n  15000 об/мин

(3.12)

б) для МПТ при 2р = 4 и при n  5000 об/мин

(3.13)

при 5000  n  10000 об/мин

(3.14)

при 10000  n  15000 об/мин

. (3.15)

17. Предварительное сечение проводников обмотки якоря

(3.16)

По полученному сечению рассчитывается диаметр провода (выбирается ближайшее его значение) марка и необходимый класс изоляции (прилож., табл. 2). Для выбранного провода определяется сечение и реальная плотность тока в якорной обмотке.

18. Предварительная величина площади паза якоря

(3.17)

где N_п  число проводников в пазу якоря,

N_п = N / Z (3.18)

S_a.из  сечение изолированного проводника якорной обмотки,

S_a.из =  d_из² / 4 (3.19)

d_из  диаметр изолированного проводника обмотки якоря

К_з.п  коэффициент заполнения паза предварительное значение которого

принимается равным 030  046 При меньших значениях К_з.п заполнение паза будет рыхлым т.е. проводники обмотки будут подвижными. При больших значениях К_з.п выполнение обмотки становится невозможным т.е. в пазу не удаётся разместить необходимое число проводников.

19. Размеры паза и зубцов. Рассчитав площадь паза необходимо определить его размеры. Поскольку наиболее технологичным является круглый паз, проверяется возможность его реализации. Диаметр круглого паза

d_п = (4 S_п /  )^0,5. (3.20)

Кроме того необходимо учесть наличие щели паза через которую производится укладка проводников обмотки. Высота щели h_щ обычно не превышает 10  15 мм а её ширина b_щ = (2  8)d_из причём больший размер для более тонких проводов. Приняв указанные размеры и определив число пазов и их диаметр рисуют в масштабе эскиз листа якоря (рис.1).

Если необходимое число пазов удаётся разместить на листе якоря то определяют размеры зубцов для трёх сечений.

Зубцовое деление якоря

t_Z =  D_a / Z. (3.21)

Максимальная ширина зубца

b_Z1 = t_Z  b_щ. (3.22)

Ширина зубца в основании паза

(3.23)

Ширина паза в среднем сечении