5. Розрахунок характеристик холостого ходу.

Спочатку зробимо розрахунок для Еδх = 6В.

Визначення Фδх по відомим обмотувальним даним генератора.

Ф_δх= = =0,000284 Вб

де: Еδх - діюче значення фазної ЕРС в режимі холостого ходу; kф - коефіцієнт форми поля; k0 - обмотувальний коефіцієнт; р - число пар полюсів; nх - частота обертання ротора в режимі холостого ходу; Wф - число витків у фазі.

Визначення індукції і магнітного напруги в повітряному зазорі.

Спочатку необхідно визначити площу повітряного зазору.

S_δ= = =8,5 см²=0,61*10^-3м²

де: bр макс і bр мін - максимальна і мінімальна ширина кігтя відповідно; lп - довжина активної частини полюса.

Індукція в повітряному зазорі визначається за такою формулою.

В_δх = = =0,45 Тл

де: Фδх - магнітний потік в повітряному зазорі в режимі холостого ходу; Sδ - площа повітряного зазору.

F_δ=2*0,8*k_δ*δ*B_δx*10⁴=2*0,8*1,3*0,04*0,4*10⁴ =332А.

де: kδ - коефіцієнт повітряного зазору; δ - повітряний зазор; Bδx - індукція в повітряному зазорі.

Визначення індукції і магнітного напруги в зубцях статора.

В_z= В_δх* = 0,4* =0,95Тл.

де: Bδx - індукція в повітряному зазорі; tz - зубцевий розподіл; bz - ширина зубця; kзс - коефіцієнт заповнення стали.

F_z=2*h_z*H_z=2*14*10^-3*447=7,2А

де: hz - висота зубця; Hz - напруженість магнітного поля на ділянці зубця.

Визначення індукції і магнітної напруги в ярмі статора.

Спочатку визначимо площа поперечного перерізу спинки якоря.

S_ja= = =0,80см²=0,80*10^-3м²

де: Dн - зовнішній діаметр статора; D - внутрішній діаметр статора; hz - висота зубця; kδ - коефіцієнт повітряного зазору; li - довжина пакета статора.

В_ja=0,5* Ф_δх/ S_ja=0,5*0,000254/0,80*10^-3 = 0,592Тл.

де: Sja - площа поперечного перерізу спинки якоря; Фδх - магнітний потік в повітряному зазорі в режимі холостого ходу.

F_jа= l_ja*H_ja = 3,08*10^-3 * 270 =20А

де: lja - середня довжина індукційної лінії в ярмі якоря; Hja - напруженість магнітного поля в ярмі якоря.

Магнітний потік розсіювання кігтеподібних полюсів.

Ф_δп= F₁*G_sп= (F_δ + F_z+ F_jа) *G_sп=(332+7,2+20)*0,27*10^-6= 96*10^-6Вб.

де: Fδ - магнітне напруга повітряного зазору; Fz- магнітне напруга зубців; Fjа- магнітне напруга ярма якоря; Gsп - магнітна провідність міжполюсного розсіювання.

Визначення магнітного потоку, індукції і магнітної напруги в розрахунковому перерізі основи кігтя.

Ф₁= Ф_δх + Ф_δп= 27*10^-5 + 9,6*10^-5=36,6*10^-5 Вб.

де: Фδх - магнітний потік в повітряному зазорі в режимі холостого ходу; Фδп - магнітний потік розсіювання кігтів.

Далі необхідно визначити площу розрахункового перерізу кігтя.

S₁=b_{p max}* =2,8* =2.3см²= 235*10^-6 м² .

де: bр макс - максимальна ширина кігтя; Dр - зовнішній діаметр ротора; Rm - радіус внутрішнього кола стакану полюсной системи.

В₁=Ф₁/ S₁=36.6*10^-5 / 235*10^-6 =1.67Тл.

де: S1 - площа розрахункового перерізу; Ф1 - магнітний потік в розрахунковому перерізі.

Спочатку необхідно визначити довжину середньої силової лінії кігтя.

l₁= = =0,25см =2.5*10^-3м.

де: D р - зовнішній діаметр ротора; Rm - радіус внутрішнього кола склянки полюсної системи; β - кут нахилу внутрішньої поверхні полюса.

F_кп= 2*l₁*H₁= 2*2.5*10^-3 * 435 =2.6А

де: l1 - довжина середньої силової лінії кігтя; H1 - напруженість магнітного поля кігтя полюса.

Магнітна напруга в перетині вигину кігтя.

F₂= F₁ +F_кп = 332 + 2.6=334.6А.

де: F1 - магнітна напруга кігтів; Fкп - магнітне напруга кігтя полюса.

Визначення магнітного потоку розсіювання на ділянці вигину кігтя (через пакет статора) і магнітного потоку в перетині вигину кігтеподібного полюса.

Ф_δя= F₂ *G_sя=334.6*2,7*10^-8=9.08*10^-6Вб.

де: F2 - магнітне напруга розсіювання на ділянці вигину кігтів; Gsя - магнітна провідність зовнішнього поля розсіювання поперек листів якоря.

Ф₂= Ф₁ + Ф_δя= 36.6*10^-5 + 0.9*10^-5=37.5*10^-5 Вб.

де: Ф1 - магнітний потік в розрахунковому перерізі основи кігтя; Фδя - магнітний потік розсіювання на ділянці вигину кігтя.

Визначення індукції і магнітної напруги на ділянці вигину кігтеподібного полюса.

Спочатку необхідно визначити площу вигину кігтя.

S_изгк=S₂=b_pmax* =2.8* =7,247см²=

=380*10^-6 м² .

В_{изг к}=Ф₂/ S_{изг к}=37.5*10^-5 / 380*10^-6 =0,98Тл

де: Sизг - площа вигину кігтя; Ф2 - магнітний потік у вигині кігтя.

Визначаємо довжину силової лінії в пазурі.

l_{изг к} = l₂= l_пц/ 2*cos β₁= 0,92/ 2*cos 40⁰ =0,6см=6*10^-3м.

F_{изг к}= 2*l_{изг к}*H_{изг к}= 2*6*10^-3* 550 =6.6А

де: lизг к - довжина середньої силової лінії вигину кігтя; Hизг к - напруженість магнітного поля у вигині кігтя.

Магнітна напруга відносного перетину.

F₃= F₂+ F_{изг к}=334.6+6.6=341.2А

де: F2 - магнітне напруга розсіювання на ділянці вигину кігтів; Fизг к- магнітна напруга вигину кігтя.

Магнітний потік зовнішнього розсіювання індуктора.

Ф_δвн= F₃ *G_sвн=341.2*0,23*10^-8=0,78*10^-5Вб.

де: F3 - магнітна напруга відносного перетину; Gsвн - магнітна провідність зовнішнього розсіювання індуктора навколо машини.

Визначення магнітного потоку і індукції на ділянці полюсної шайби.

Ф₃= Ф₂ + Ф_δвн= 37.5*10^-5 + 0,78*10^-5=38.2*10^-5 Вб.

де: Ф2 - магнітний потік у вигині кігтя; Фδвн - магнітний потік розсіювання індуктора.

Визначимо площу поперечного перерізу полюсної шайби на діаметрі Dвт на полюс.

S_пш= =0.8, =231*10^-6м².

де: bш - товщина полюсної шайби; р - число пар полюсів; Dвт - діаметр втулки ротора.

В_пш=Ф₃/ S_пш=38.2*10^-5 / 231*10^-6 =1,65Тл

де: Sпш - площа полюсной шайби; Ф3 - магнітний потік полюсної шайби.

Магнітна напруга ділянки полюсної шайби.

Спочатку визначимо довжину середньої магнітної силової лінії полюсної шайби.

l_пш= = =2.04см=2.04*10^-3м.

де: D р - зовнішній діаметр ротора; Dвт - діаметр втулки ротора; Rm - радіус внутрішнього кола стакану полюсної системи.

F_пш= 2*l_пш*H_пш= 2*2.04*10^-2 * 2300 =27.2А .

де: lпш- довжина середньої магнітної силової лінії полюсної шайби; Hпш - напруженість магнітного поля в полюсної шайби.

Магнітна напруга щодо перетину втулки.

F₄= F₃+ F_пш=341+27.2=413А

де: F3 - магнітне напруга відносного перетину; Fпш- магнітна напруга ділянки полюсної шайби.

Потік розсіювання котушки збудження і аксіальний потік розсіювання.

Ф_δк + Ф_δакс= F₄ (G_δк + G_δакс)= 413*(0,9*10^-8 + 0,54*10^-8)=0,82*10^-5Вб.

де: F4 - магнітне напруга щодо перетину S4; Gδк - магнітна провідність розсіювання котушки збудження; Gδакс - магнітна провідність аксіального розсіювання.

Магнітний потік втулки.

Ф₄= Ф_вт= Ф₃ + Ф_δк + Ф_δакс=55*10^-5 + 0,78*10^-5=56*10^-5Вб.

де: Ф3 - магнітний потік полюсної шайби; Фδк - потік розсіювання котушки збудження; Фδакс - аксіальний потік розсіювання.

Визначення індукції і магнітного напруги на ділянці вигину втулки.

Спочатку визначаємо площу вигину втулки Sизг Вт

S_{изг Вт}= = =4,13см² =0,413*10^-3 м²

де: Dвт - діаметр втулки ротора; bш - товщина полюсної шайби; р - число пар полюсів.

В_{изг вт}=Ф₄/ S_{изг вт}=56*10^-5/0,413*10^-3 =1,35Тл.

де: Ф4 - магнітний потік втулки; Sизг Вт - площа вигину втулки.

Визначаємо довжину середньої силової лінії вигину втулки lизг Вт

l_{изг Вт}= = = 1,00см =10*10^-3м.

F_{изг вт} = 2*l_{изг вт}*H_{изг вт}= 2*10*10^-3 * 1260 =25А .

де: lизг вт-довжина середньої силової лінії вигину втулки; Hизг вт - питома магнітна напруга вигину втулки.

Визначення індукції і магнітного напруги стиків втулки.

Спочатку визначаємо площу поперечного перерізу стику втулки з полюсною системою.

S_ст= S_вт= = =3,98см²=0,398*10^-3м²

де: Dвт - діаметр втулки ротора; р - число пар полюсів.

В_ст=Ф₄/ S_ст=56*10^-5/0,398*10^-3 м²=1,4Тл.

де: Ф4 - магнітний потік втулки; Sст- площа поперечного перерізу стику втулки з полюсною системою.

F_{ст вт} =2*0,8*δ_ст* В_ст*10⁶=2*0,8*4*10^-5*1,4*10⁶ =89,6А.

де: δст - розрахунковий зазор стику індуктора; Вст - індукція в стику з полюсною системою.

Визначення індукції і магнітної напруги втулки.

В_вт=Ф₄/ S_вт=56*10^-5/0,398*10^-3 м²=1,4Тл.

де: Ф4 - магнітний потік втулки; Sст- площа поперечного перерізу стику втулки з полюсною системою.

F _вт = l _вт*H_вт= 42*10^-3 * 1490 =62,58А .

де: l вт - довжина втулки; Hвт - напруженість магнітного поля у втулці.

Визначення сумарної намагнічуючої сили магнітного кола і необхідної сили струму.

F_Σ =F ₄ + F_{изг Вт} + F_ст + F_вт = 413+25+89,6+62,58=590,18А

де: F4 - магнітне напруга щодо перетину S4; Fизг Вт - магнітна напруга вигину втулки; Fст - магнітна напруга стиків втулки; F Вт - магнітна напруга втулки.

I_в= F_Σ /w_в=590,18/ 468 =1,26А.

де: FΣ - сумарна сила, що намагнічує магнітного кола; wв - число витків обмотки збудження.

За аналогічною методикою проводимо обчислення ще для трьох значень

Еδх (для 4В; 5В; 6,2В). Для зручності порівняння всі обчислення зведемо в таблицю.

Величина	Одиниці виміру	Еф,В
		4	5	6	6,3
Фδх	Вб, 10-6	179	223	268	280
Вδх	Тл	0,29	0,36	0,42	0,45
Fδ	А	287	351	416	461
Вz	Тл	0,4	0,44	0,82	0,95
Hz	А/м	140	152	330	447
Fz	А	5	5,4	7,2	8,9
Вja	Тл	0,41	0,43	0,6	0,9
Hja	А/м	143	149	211	394
Fjа	А	6,55	7,6	22	23,45
Фδп	Вб, 10-6	32	40	65	73
Ф1	Вб, 10-6	142	200	535	610
В1	Тл	0,22	0,28	0,84	1,33
H1	А/м	150	200	435	505
Fкп	А	0,6	0,8	1,74	2,2
F2	А	118,7	151	511,7	628
Фδя	Вб, 10-6	0,3	1,45	13,81	14,1
Ф2	Вб, 10-6	145	151	548	659
Визг к	Тл	0,2	0,26	0,75	0,9
Hизг к	А/м	130	185	375	425
Fизг к	А	1,53	2,2	4,25	4,4
F3	А	120,2	153,2	516	646
Фδвн	Вб, 10-6	0,27	0,87	1,2	4,2
Ф3	Вб, 10-6	148	200	550	590
Впш	Тл	0,37	0,5	1,36	1,48
Hпш	А/м	250	350	1300	1450
Fпш	А	5	7	26	32
F4	А	125,2	160,2	542	581
Ф4	Вб, 10-6	150	151	560	612
Визг вт	Тл	0,22	0,23	0,83	1,1
Hизг вт	А/м	150	160	440	510
Fизг вт	А	1,7	1,8	11,26	16,8
Вст	Тл	0,23	0,24	0,87	1,5
Fст	А	11,23	11,52	42	67
Ввт	Тл	0,23	0,24	0,87	1,4
Hвт	А/м	160	230	470	758
Fвт	А	6,7	7,14	20	39
FΣ	А	145	340	609	876
Iв	А	0,32	0,8	1,34	2,9