4.5.Выбор числа пар полюсов машин постоянного тока

Основной магнитный поток машины постоянного тока определяется следующим выражением:

Число проводников обмотки якоря можно определить таким образом:

Подставив выражение для в формулу для магнитного потока и принимая во внимание, что электромагнитная мощность машины , получаем:

Величины, входящие в правую часть уравнения, или задаются при проектировании, или изменяются в очень узких пределах. Это позволяет сделать вывод о том, что независимо от числа пар полюсов суммарный поток всех полюсов машины постоянного тока с заданными номинальными мощностью и частотой вращения остается постоянным:

С увеличением числа пар полюсов машины постоянного тока:

магнитный поток каждого полюса уменьшается, уменьшается его сечение, однако общее сечение всех полюсов и их вес изменяются незначительно;

поперечное сечение и высота станины уменьшаются, так как по ней протекает поток, равный половине потока полюса; уменьшение высоты станины ограничивается условиями ее жесткости;

уменьшаются поперечное сечение и высота сердечника якоря;

увеличивается число щеточных болтов, равное числу полюсов, ток на щеточный болт уменьшается, что позволяет уменьшить длину коллектора; однако, уменьшение длины коллектора ограничено условиями его охлаждения;

уменьшается полюсное деление, что приводит к уменьшению длины лобовых частей обмотки и позволяет уменьшить длину машины.

Все приведенные выше последствия можно считать положительными. Помимо этого, с увеличением числа пар полюсов:

увеличивается частота перемагничивания стали, что увеличивает магнитные потери;

МДС на пару полюсов несколько снижается, однако суммарная МДС всей машины увеличивается практически пропорционально увеличению числа пар полюсов;

для обеспечения необходимого расстояния между полюсами приходится несколько уменьшать коэффициент полюсного перекрытия, что приводит к некоторому удлинению якоря.

Всем этим объясняется, что для каждой машины постоянного тока число пар полюсов имеет оптимум.

В ряде случаев (высоковольтные или мощные быстроходные машины, машины на большой ток) число пар полюсов определяется исходя из возможности выполнения коллектора. Для этого должны быть выполнены следующие условия:

диаметр коллектора должен быть меньше диаметра якоря; обычно

для улучшения коммутации и снижения износа щеток необходимо, чтобы окружная скорость коллектора

м/с;

ширина коллекторного деления

мм;

из условия допустимого максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами число коллекторных пластин

Сведя все эти формулы и учитывая, что максимальное напряжение между соседними коллекторными пластинами и окружная скорость коллектора ограничены сверху, а коллекторное деление снизу, получим выражение для максимально допустимого числа пар полюсов с точки зрения возможности выполнения коллектора:

Минимально возможное число пар полюсов определяется допустимым током на щеточный болт:

А

В некоторых случаях допускается ток на щеточный болт до 2000 А, следовательно, число пар полюсов должно удовлетворять условию: