4.Проектирование машин постоянного тока

Машины постоянного тока, не смотря на возросшую конкуренцию со стороны частотнорегулируемых асинхронных двигателей, находят широкое применение в промышленности. И если генераторы постоянного тока практически полностью вытеснены полупроводниковыми преобразователями, двигатели постоянного тока (ДПТ) остаются незаменимыми там, где требуется регулирование частоты вращения в широких пределах, высокие пусковые моменты и перегрузочные способности и т.п.

Наибольшее распространение ДПТ получили в металлургической промышленности для привода реверсивных прокатных станов, для подъемников и кранов, для обжимных станов (блюмингов). Мощность ДПТ достигает

12000 кВт. Специальной областью применения ДПТ является тяга (городской электротранспорт, магистральные электровозы, метро).

Основные тенденции при проектировании ДПТ следующие:

обеспечение нормальной работы при питании от полупроводниковых преобразователей;

максимально возможное повышение единичной мощности и вращающего момента;

расширение пределов регулирования частоты вращения одновременно вверх и вниз от номинальной;

существенное улучшение виброакустических характеристик;

повышение энергетических показателей.

Для увеличения единичной мощности применяется замена круглых станин профильными, имеющими в поперечном сечении форму, близкую к квадрату, применение более нагревостойких изоляций, интенсификация систем охлаждения. Для обеспечения надежной работы от полупроводниковых преобразователей в соответствующих двигателях магнитопровод выполняется полностью шихтованым.

В настоящее время двигатели постоянного тока допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной в отношении 1:200 для двигателей с независимой вентиляцией и в отношении 1:5, 1:10, 1:30 для двигателей с самовентиляцией.

4.1.Главные размеры и электромагнитные нагрузки мпт

К главным размерам машин постоянного тока относятся диаметр якоря и его расчетная длина . К электромагнитным нагрузкам относятся индукция в воздушном зазоре и линейная нагрузка .

На основании выражения для электромагнитной мощности МПТ:

и используя выражения для ЭДС якоря:

тока якоря:

и магнитного потока:

можно получить выражение для коэффициента использования :

В этих формулах:

- число пар полюсов; - число пара параллельных ветвей обмотки якоря;

- число проводников обмотки якоря; - частота вращения; - коэффициент полюсного перекрытия.

Физический смысл коэффициента использования - электромагнитный момент, развиваемый в единице объема якоря.

Из этого выражения можно сделать следующие выводы:

Объем якоря пропорционален электромагнитному моменту и обратно пропорционален электромагнитным нагрузкам и коэффициенту полюсного перекрытия.

При заданном объеме якоря и электромагнитных нагрузках мощность машины может быть увеличена пропорционально частоте ее вращения.

Для уменьшения объема якоря необходимо увеличивать электромагнитные нагрузки.

Увеличение электромагнитных нагрузок и коэффициента полюсного перекрытия сопровождается рядом негативных последствий. Главное препятствие к увеличению индукции в воздушном зазоре – увеличение индукции на всех участках магнитной цепи, особенно в зубцах якоря. Это приводит к росту суммарной МДС магнитной цепи, что влечет за собой увеличение числа витков обмотки возбуждения, высоты полюса и габаритов машины. Кроме того, увеличиваются потери в стали якоря, а также проникновение поля главных полюсов в зону коммутации, что снижает качество коммутации. Увеличение линейной нагрузки приводит к увеличению потерь в обмотке якоря и реактивной ЭДС коммутируемой секции, что также снижает качество коммутации. При увеличении коэффициента полюсного перекрытия также увеличивается проникновение поля главных полюсов в зону коммутации и потоки рассеяния главных полюсов.