Глава 11 Проектирование машин постоянного тока (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 4

Рис. 11.9. Зависимость линейной нагрузки от диаметра якоря

Рис. 11.10. Зависимость индукции в воздушном зазоре от диаметра якоря

11.4. РАСЧЕТ ОБМОТКИ И ПАЗОВ ЯКОРЯ

В § 3.13 даны исходные рекомендации по выбору и расчету обмоток машин постоянного тока. Тип обмотки и число паралле­льных ветвей определяют, исходя из принятого числа главных полюсов 2р и тока параллельной ветви . Число главных полю­сов машин постоянного тока общего назначения в зависимости от диаметра можно принимать: 2р = 2 при D до 100 мм и 2р = 4 при D = 112...500 мм.

Для расчета числа параллельных ветвей определяют предварите­льное значение тока якоря, А:

для генераторов ;

для двигателей . (11.3)

Значения коэффициентов , приведены в табл. 11.8.

Исходя из принятого числа главных полюсов 2р, предваритель­ного значения тока якоря и допустимого тока параллельной ветви = 250...300 А согласно данным § 3.14 принимают тип обмотки.

При токах якоря до 600 А выбирают простую волновую обмотку, от 500 до 1400 А — простую петлевую обмотку. Число проводников обмотки якоря

N = (A D2a)/I. (11.4)

Согласно рекомендации § 3.14 и ориентировочным значениям зубцового деления определяют число пазов якоря:

Z = (11.5)

Ориентировочные значения для различных высот оси враще­ния следующие:

Число эффективных проводников обмотки в пазу N/Z должно быть в двухслойных обмотках четным числом.

По условиям коммутации пазовый ток не должен пре­вышать 1500... 1600 А при D < 1000 мм.

Для расчета числа коллекторных пластин К и числа секционных сторон в пазу и_п целесообразно рассмотреть несколько вариантов выполнения обмотки. Результаты расчета удобно представить в виде таблицы

При сравнении вариантов следует учесть, что в двигателях с по­лузакрытыми пазами всыпная обмотка из круглых проводников мо­жет иметь дробное число витков секции , так как в этом случае допускается выполнение секций, расположенных в одном пазу с разным числом витков. Например, в некоторых машинах се­рии 2П при волновой обмотке с = 3 число витков в секциях при­нято равным 1-2-1, 2-1-2, 5-4-5.

При открытых пазах и проводах прямоугольного сечения значе­ния должны округляться до ближайшего целого числа.

Максимальное число коллекторных пластин должно оцениваться по минимально допустимому значению коллекторного деления, которое в зависимости от диаметра коллектора должно быть не менее:

Для серийных машин без компенсационной обмотки допус­кается до 16 В, для машин с компенсационной обмоткой ≤ 20 В, для машин малой мощности (до 1 кВт) ≤ 25...30 В. Для расчета коллекторного деления необходимо выбрать внешний диаметр коллектора , из следующего ряда по ГОСТ 19780—81: 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180 200 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450 мм.

Диаметр коллектора при открытых пазах якоря должен нахо­диться в пределах

. (11.6)

При полузакрытых пазах якоря и отсутствии петушков на кол­лекторе

(11.7)

После выбора варианта обмотки необходимо уточнить линей­ную нагрузку

(11.8)

и скорректировать расчетную длину машины.

Поперечное сечение эффективного проводника обмотки якоря, м²,

(11.9)

где , — плотность тока, А/м².

Плотность тока предварительно выбирают, используя зависимо­сти произведения AJ от класса нагревостойкости изоляции (рис. 11.11), построенные по данным серийных машин постоянного тока.

Для всыпных обмоток якоря с по­лузакрытыми пазами следует выбрать круглый провод марки ПЭТВ при классе нагревостойкости В. При классе нагревостойкости Н могут быть при­менены провода марки ПСДТК. Диа­метр изолированного провода не дол­жен превышать 1,8 мм.

Эффективные проводники всыпных обмоток обычно состоят из нескольких элементарных проводников. Число элементарных проводников и сече­ние элементарного проводника определяют из равенства

. (11.10)

где должно быть целым числом.

Рис. 11.11. Зависимость произ­ведения AJ от диаметра якоря

Сечение и размеры прямоугольных проводников обмотки яко­ря с открытыми пазами определяют при расчете размеров паза и зубца.

Форма паза и геометрии зубцовой зоны в целом зависят от диа­метра якоря, типа и конструкции обмотки.

Наиболее целесообразной, с точки зрения технологии обмоточ­ных работ, формой паза является открытый паз с параллельными стенками. При прямоугольной форме проводников эти пазы имеют высокий коэффициент заполнения.

Однако при открытых пазах увеличивается коэффициент воз­душного зазора, возрастают пульсация магнитного потока и зубцовые гармонические электромагнитного момента. Увеличиваются также поверхностные и пульсационные добавочные потери в маг­нитной системе.

Области применения полузакрытых и открытых пазов указаны в гл. 3.

При диаметрах якоря до 50 мм для упрощения формы штампа допускается применение пазов круглой формы.

При выбранной форме паза исходной величиной в расчетах гео­метрии зубцовой зоны является площадь паза, которая должна быть достаточной только для размещения в пазу проводников обмотки якоря, изоляции и крепления (клина).

Овальные пазы якоря. При овальной форме паза зубцы выпол­няют с равновеликим по высоте сечением (рис. 11.12). Ширина зуб­ца предварительно

, (11.11)

где — допустимое значение индукции в зубцах, Тл; k_c — коэффи­циент заполнения пакета якоря сталью (см. табл. 9.13).

Значения магнитной индукции в зависимости от частоты перемагничивания, степени защиты и способа охлаждения могут быть приняты согласно данным табл. 11.9.

Высоту паза предва­рительно выбирают согласно рис. 11.13. Предварительно вы­бранные значения размеров паза уточняют на основании расчетов индукций в соответст­вующих участках магнитной цепи зубцовой зоны и размеще­нии обмоток в пазах. Одновре­менно необходимо иметь в виду, что высота ярма якоря (см. рис. 11.13) должна быть более или равной значению , при котором магнитная индукция в спинке якоря является пре­дельно допустимой (табл. 11.10).

Рис. 11.12. Зависимость высоты паза от диаметра якоря

Таблица 11.9. Значения магнитной индукции в зависимости от частоты перемагничивания

Таблица 11.10. Исполнение двигателей по степени защиты и способу охлаждения

Примечание. При числе полюсов 2р = 2 предельные значения В_} можно увеличить на 0,2 Тл.

Минимальная высота спинки якоря равна