109624 (Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)), страница 3

(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)

1. 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.

1. 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.

1. 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)

Рис.1. Пазы якоря круглой формы

Ширина паза в среднем сечении

(3.24)

Минимальную ширину зубца желательно проверить по величине магнитной индукции в этом сечении исходя из того что весь поток зубцового деления проходит через зубец:

(3.25)

где K_з.с  коэффициент заполнения стали. Его величина зависит от толщины листа и вида изоляции. Для современных сталей величина K_з.с=095  097 (прилож., табл. 4).

Максимальная величина магнитной индукции в зубцах МПТ малой мощности не превышает 18 Тл а ширина зубцов якоря по технологическим условиям штамповки должна быть не менее 15 мм.

На практике чаще всего реализовать круглый паз необходимой площади не удаётся. Поэтому наиболее распространены пазы якоря овальной или трапецеидальной формы (рис.2) позволяющие получать значительные площади паза при небольшой его ширине. Важным достоинством пазов указанной формы является постоянная ширина зубцов якоря которая как и в предыдущем случае, должна быть не менее 15 мм.

Рис.2. Пазы якоря трапецеидальной формы

Ширина зубца может быть рассчитана исходя из допустимых значений магнитной индукции B_z по выражению (3.25).

Для определения размеров паза в крупном масштабе изображается лист якоря. При известном числе пазов окружность якоря разбивается на соответствующее число секторов по осям которых в том же масштабе изображаются зубцы якоря необходимой ширины.

Ориентировочная высота паза рассчитывается по выражению

h_п = (D_а  d_в  2 h_a), (3.26)

h_п = (022  03) D_а.

Диаметр вала МПТ

d_в = (018  024) D_а.

Высота спинки якоря выбирается из допустимых значений магнитной индукции на этом участке:

(3.27)

где В_а  магнитная индукция в спинке якоря максимальная величина которой не должна превышать 15 Тл.

Таким образом задаваясь величинами диаметра вала спинки якоря и зная диаметр якоря можно уточнить высоту паза h_П.

Максимальная и минимальная ширина овального паза может быть приближённо рассчитана по следующим выражениям:

 (3.28)

 (3.29)

а высота средней части паза

h₁₂ = h_п  h_щ   2   2. (3.30)

По рисунку паза рассчитывается его площадь которая корректируется исходя из условия размещения проводников в пазу Так для трапецеидального паза

. (3.31)

После этого можно уточнить размеры зубца якоря в частности его ширину. Увеличение ширины зубца приводит к уменьшению его магнитной индукции следовательно уменьшению потерь в стали зубцов уменьшению МДС обмотки возбуждения её веса и габаритов.

1. При 2р =2 средняя длина проводников обмотки якоря

l_a = l₀ + 12 D_a (3.32)

при 2р =4

l_a = l₀ + 08 D_a. (3.33)

1. В нагретом состоянии сопротивление обмотки якоря

. (3.34)

В этом выражении _M = 57  10⁶ (Омм)^-1  электропроводность меди при температуре окружающей среды. Температурный коэффициент меди

K_ = 1 + 0004 (  _окр) (3.35)

где   рабочая температура;

_окр  температура окружающей среды, _окр = 20 ⁰С.

1. Падение напряжения в обмотке якоря

U_a = I_a R_a (3.36)

Величина U_a составляет обычно 10  20 от номинального напряжения. Меньшие значения относятся к машинам с высокими номинальными напряжениями U_ан 110 В работающим в длительном режиме.

1. КОЛЛЕКТОР И ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ

В настоящее время коллекторы машин малой мощности выполняются чаще всего с пластмассовой изоляцией. Коллекторные пластины изготовляются из твёрдотянутой меди трапецеидального сечения с впадинами в виде «ласточкина гнезда» (рис. 3).

В некоторых конструкциях коллекторные пластины изолируются друг от друга миканитовыми прокладками толщиной 06  08 мм чаще для изоляции используется та же пластмасса что и для крепления коллекторных пластин.

Более совершенными технологиями изготовления коллекторов являются малоотходные с использованием цельных заготовок из листов меди или медного порошка.

Толщина кольца коллектора выбирается с учётом износа коллектора и дальнейшей его проточки и составляет

_{К =} (0102) D_K .

Рис.3. Коллектор машины постоянного тока

Коллектор должен быть изолирован от вала машины Для этой цели также используется изолирующая пластмасса.

Щётки и прижимные пружины размещаются в трубчатых или коробчатых щёткодержателях.

Различают радиальные и реактивные щёткодержатели. В радиальных щёткодержателях щётка располагается перпендикулярно поверхности коллектора в реактивных  под некоторым углом по ходу вращения коллектора обеспечивая при этом более надёжный контакт. Реактивные щёткодержатели обычно применяются в нереверсивных МПТ имеющих одно направление вращения.

1. Предварительный диаметр коллектора

D_K = (05  09) D_a.

1. В машинах малой мощности ширина коллекторной пластины b_K принимается равной 25 мм. Толщина изоляции между коллекторными пластинами b_из = 06 08 мм.

Коллекторное деление

(4.1)

Для правильно спроектированного коллектора должно выполняться соотношение

t_к = b_к + b_из. (4.2)

Ширина коллекторной пластины при этом должна соответствовать ГОСТ 413475. Определив t_к уточняют диаметр коллектора используя выражение (4.1).

Окружная скорость коллектора

V_к =  D_к n / 60. (4.3)

1. В МПТ малой мощности для улучшения коммутации наиболее часто используются твёрдые медно-графитовые или электрографитированные щётки, которые меньше подвержены износу, что увеличивает надёжность работы машины.

Размеры щёток выбираются исходя из допустимой для каждого типа щёток плотности которая лежит в широких пределах: 40  200 А/см² (наиболее часто 100 150 А/см²). Тогда выбрав тип щёток и определив допустимую для них плотность тока J_щ можно рассчитать площадь щётки:

(4.4)

С другой стороны

S_щ = а_щ b_щ  (4.5)

где a_щ  осевая ширина щётки;

b_щ  ширина щётки по окружности коллектора ориентировочно принимает- ся

b_щ = (2  3) b_к.

Выбрав стандартный размер ширины щётки b_щ (ГОСТ 122322.1-77) определяют осевой размер щётки а_щ удовлетворяющий необходимой площади. Осевая длина щётки также должна соответствовать указанному стандарту. После определения размеров щёток уточняют получаемую при этом плотность тока используя выражение (4.4) Величина плотности не должна превосходить допустимого значения для выбранного типа щёток.

26. Активная длина коллектора по оси вала

l_к = (1,5  20) а_щ.

Полная длина коллектора

l_к = l_к + (3  5) d_a

где d_a  диаметр проводника обмотки якоря без изоляции.

1. Проверка коммутации. В МПТ малой мощности добавочные полюса не выполняются а щётки устанавливаются строго на линии геометрической нейтрали. Вследствие этого в коммутируемых секциях наводится реактивная ЭДС е_R и ЭДС от поля реакции якоря е_а  которая также замедляет процесс коммутации. Наличие этих ЭДС приводит к увеличению плотности тока под сбегающим краем щёток и следовательно к повышенному искрению. Интенсивность искрения зависит от величины суммарной ЭДС в коммутируемой секции

которая не должна превосходить определённого значения.

Среднее значение реактивной ЭДС в коммутируемой секции определяется выражением

е_R = 2 W_С  AS l₀ V_a . (4.6)

Удельная магнитная проводимость потоков рассеяния  для пазов овальной и трапецеидальной формы определяется выражением