4.2.Выбор главных размеров

В большинстве случаев диаметр якоря выбирается в зависимости от высоты оси вращения машины, которая, как правило, задается при проектировании.

Электромагнитные нагрузки выбираются в зависимости от диаметра якоря и частоты вращения машины. Это позволяет определить расчетную длину якоря:

Критерием правильности выбора главных размеров служит величина

Величина должна находиться в пределах 0,5…1,5.

Машины с большим значением имеют относительно меньшую длину лобовых частей обмотки якоря и меньший момент инерции, но худшие условия охлаждения и большую величину реактивной ЭДС коммутируемой секции, которая пропорциональна длине якоря, что также снижает качество коммутации.

4.3.Учет требований надежности при проектировании машин постоянного тока

При проектировании машин постоянного тока в основу расчетов кладутся требования:

ограничения превышений температур различных частей машины;

электрической прочности изоляции обмоток;

механической прочности и надежности;

стойкости машины к возникновению кругового огня;

безыскровой коммутации.

На стадии проектирования оценить надежность машин постоянного тока можно по приближенным критериям.

Превышения температур различных частей машины, в первую очередь обмоток, зависят от величины потерь и интенсивности охлаждения и могут быть определены путем поверочного расчета. При предварительном расчете электромагнитные нагрузки и плотности тока в обмотках выбираются в зависимости от класса изоляции и интенсивности охлаждения.

Электрическая прочность изоляции обмоток определяется:

электрической прочностью применяемых изоляционных материалов;

технологическим процессом изготовления секций и укладки их в пазы якоря.

Учесть снижение электрической прочности изоляции в процессе проектирования можно только на основании опытных данных.

Приближенным критерием механической прочности и надежности якоря может служить окружная скорость якоря. Ее допустимые значения зависят от диаметра якоря. При м окружная скорость якоря должна быть не более 75 м/с, при м – не более 90…95 м/с.

Круговой огонь на коллекторе возникает вследствие недопустимо высокого напряжения между соседними коллекторными пластинами или вследствие сильного искрения под щетками при аварийных перегрузках или коротком замыкании. Приближенным критерием стойкости машины к возникновению кругового огня является величина среднего и максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами:

где -номинальное напряжение машины; - число коллекторных пластин; - коэффициент искажения магнитного поля в воздушном зазоре поперечной реакцией якоря.

Допустимые значения зависит от мощности, номинального напряжения, числа полюсов, частоты вращения машины и находятся в пределах 50…100 В.

Приближенным критерием безыскровой коммутации является величина реактивной ЭДС коммутируемой секции. Для петлевых и комбинированных обмоток ее величина при номинальной нагрузке не должна превосходить

7…10 В. При волновых обмотках величина реактивной ЭДС должна быть не более 5 В.

4.4.Необходимость применения компенсационной обмотки

Если пренебречь падением напряжения в цепи якоря, величина ЭДС якоря может быть определена выражением:

Число коллекторных пластин:

глее - число витков в секции.

Используя полученное ранее выражение для тока якоря, получаем для электромагнитной мощности:

Следовательно, для увеличения мощности машин постоянного тока при заданном диаметре якоря необходимо:

применять обмотки с минимально возможным числом витков в секции;

применять обмотки с максимально возможным числом параллельных ветвей;

увеличивать коэффициент полюсного перекрытия и линейную нагрузку;

применять компенсационную обмотку, обеспечивающую .

Машины постоянного тока большой мощности выполняются обязательно с компенсационной обмоткой, так как в противном случае увеличивается диаметр якоря, его окружная скорость и снижается механическая прочность и надежность якоря.

Кроме того, применение компенсационной обмотки:

уменьшает максимальное напряжение между соседними коллекторными пластинами;

уменьшает коэффициент рассеяния добавочных полюсов, что улучшает коммутацию;

практически устраняет размагничивающее действие поперечной реакции якоря, что при одном и том же моменте на валу приводит к уменьшению номинального тока якоря и уменьшает потери на возбуждение;

устраняет искажение магнитного поля в воздушном зазоре, снижая этим добавочные потери.

Однако применение компенсационной обмотки увеличивает трудоемкость изготовления и, следовательно, себестоимость машины. Исходя из этого, определяющим фактором для применения компенсационной обмотки является величина максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами.