4.9.1.Выбор воздушного зазора

Величина воздушного зазора оказывает существенное влияние на характеристики машин постоянного тока. С увеличением воздушного зазора:

уменьшаются пульсации магнитного потока, как продольные, так и поперечные, что приводит к уменьшению добавочных потерь, магнитных вибраций и шумов;

уменьшаются потери от вихревых токов в обмотке якоря;

уменьшается искажение магнитного поля в воздушном зазоре поперечной реакцией якоря, что снижает ;

увеличиваются размеры обмоток возбуждения и потери на возбуждение.

Выбор воздушного зазора зачастую определяется специальными требованиями, предъявляемыми к машинам. Например, при необходимости уменьшения габаритов машины выбирают минимальный воздушный зазор, для улучшения условий коммутации, особенно при регулировании частоты вращения ослаблением магнитного поля, воздушный зазор целесообразно увеличивать.

Во избежание больших дополнительных потерь в обмотке якоря необходимо выполнение условия:

Некоторые авторы предлагают определять зазор из условия отсутствия опрокидывания магнитного поля:

Во многих случаях в машинах без компенсационной обмотки воздушный зазор делается неравномерным, под краем полюса вдвое большим, чем под серединой.

4.9.2.Размеры сердечника главного полюса

Поперечное сечение главного полюса рассчитывается из условия получения допустимой магнитной индукции. Для горячекатаных сталей она составляет 1,4…1,5 Тл, для холоднокатаных – 1,7 Тл. Высота полюса определяется в зависимости от диаметра якоря и уточняется после расчета обмотки возбуждения.

4.9.3.Размеры станины

Станины машин постоянного тока выполняются из конструкционной стали. Индукции в станине допускаются меньшие, чем в главных полюсах, т.к. станина служит для замыкания магнитного потока не только главных полюсов, но и добавочных, поэтому должна быть малонасыщенной. Обычно допустимая индукция в станине составляет 1,2…1,3 Тл. Для машин, напряженных с точки зрения коммутации, необходимо проверить индукции в станине на тех участках, где потоки основных и добавочных полюсов складываются. Ее значения не должны превышать 1,5 Тл.

Размеры сердечника якоря

Размеры сердечника якоря должны обеспечить допустимые значения магнитной индукции, которые, в свою очередь, зависят от частоты перемагничивания стали и лежат в пределах 1,0…1,5 Тл. Если в сердечнике якоря выполняются аксиальные вентиляционные каналы, их количество и диаметр могут быть определены исходя из следующих допущений:

через каналы отводится половина потерь в якоре;

потери в якоре составляют 37,5 % всех потерь в машине;

скорость воздуха в каналах 10…15 м/с.

4.10.Определение размеров и числа щеток и размеров коллектора

Определение размеров щеток начинается с определения их ширины, от которой зависит ширина зоны коммутации. Период коммутации определяется по формуле:

где - ширина щетки; - толщина изоляции между соседними коллекторными пластинами; - окружная скорость коллектора.

Период коммутации возрастает при увеличении ширины щетки. При этом:

уменьшается скорость изменения тока в коммутируемой секции, что снижает ЭДС ;

увеличивается число одновременно коммутируемых секций; если щетка перекрывает больше, чем коллекторных пластин, то одновременно коммутируемые секции находятся в разных пазах, магнитная связь между ними уменьшается, что снижает ЭДС ;

увеличивается ширина коммутационной зоны, следовательно, возрастает проникновение поля главных полюсов в зону коммутации.

Расчетная ширина щетки определяется коэффициентом щеточного перекрытия:

В петлевых обмотках необходимо выполнение условия:

Для сложных петлевых обмоток, кроме этого, необходимо, чтобы:

В машинах с волновыми обмотками =2…4.

После выбора ширины щетки и их марки рассчитывается контактная поверхность на один щеточный палец:

где - допустимая плотность тока в щеточном контакте.

Исходя из величин и , выбирают стандартную длину щетки таким образом, чтобы число щеток на щеточный болт было не менее двух. По числу щеток и их размерам определяется длина коллектора, которая проверяется по условной тепловой нагрузке на 1 м² :

В зависимости от класса изоляции значение условной тепловой нагрузки должно находиться в пределах (1,2…1,8)10⁴ А/м² .