2.Машины постоянного тока

2.1.Теоретические пояснения

При изучении машин постоянного тока необходимо ясно представлять, как переменная ЭДС, создаваемая в обмотке якоря, с помощью кол-лектора преобразуется в постоянную. Для лучшего усвоения теории обмоток рекомендуется построить развернутые схемы обмоток

Затем с помощью схемы обмотки рекомендуется построить электрическую схему параллельных ветвей и векторную диаграмму ЭДС (многоугольник ЭДС). Оцените величину пульсации ЭДС на щетках.

Магнитная цепь электрической машины рассчитывается на основании известных из теоретической электротехники положений. Их необходимо повторить. Новое здесь заключается, во-первых, в определении расчетных величин, через которую проходит магнитный поток, во-вторых, в способе определения магнитного напряжения зубцового слоя. Для лучшего усвоения этого раздела в РГЗ-1 рассчитывается магнитная цепь. При этом также необходимо уяснить физическую сущность коэффициентов α_δ ,к_δ, σ и др., вводимых в расчет магнитной цепи электрической машины.

2.2. РГЗ-1. Магнитная цепь и ее расчет. Якорные обмотки.

2.2.1 Магнитная цепь постоянного тока

2.2.1.1. Задание.

При выполнении настоящей части расчетно-графического задания применяется следующая очередность работы:

определение главных размеров машины;

расчет магнитной цепи машины и анализ полученных характеристик.

Каждый студент в соответствии с номером зачетной книжки (шифром) определяет исходные для расчета данные по табл. П1 и П2. Предполагается, что электрическая машина работает в режиме двигателя.

2.2.1.2. Определение главных размеров машины

Под главными размерами электрической машины постоянного тока подразумеваются диаметр якоря D и расчетная длина l_δ. D зависит от высоты его оси вращения h. Величина h (рис.1) определяется в соответствии с табл. П1 и П2 в зависимости от мощности машины (кВт) и частоты вращения n (об/мин). Наружный диаметр станины D_н мм.

D_н=2(h-h^’₁ ), (1)

где h – высота оси вращения, мм; h^’₁ – зазор между нижней точкой станины и поверхностью установки машины (рис.1), мм.

Величина h^’₁ находится в зависимости от h (мм):

h^’₁ ≈ 0,02h. (2)

диаметр якоря D, мм.

D = 0,4D_н + 30 (3)

Внутренний диаметр сердечника якоря D_o, мм.

Рис.1 Магнитная система машины.

, (4)

где P_2н - отдаваемая номинальная мощность, кВт; n_н - номинальная частота вращения, об/мин.

Расчетная длина якоря ,l_δ мм,

l_δ = λD , (5)

где λ=0,4÷1,25 .Более точное значение берется из кривых рис.8.5/3,c.339/.

Конструктивная длина сердечника якоря принимается равной l_n=l_δ с округлением до ближайшего целого числа (при длине менее 100 мм) или до ближайшего числа, кратного пяти (при длине 100-350 мм). Для сердечников рекомендуются следующие марки холоднокатаной изотропной электротехнической стали:

для вариантов, оканчивающихся на четную цифру 2013;

для вариантов, оканчивающихся на нечетную цифру 2312.

Эффективная длина сердечника якоря l_СТ, мм:

l_СТ =К_с l_n , (6)

где К_с – коэффициент заполнения сердечника якоря сталью (К_с=0,95)

Сердечники главных полюсов.

Расчетная ширина полюсного наконечника b_ , мм,

b_ =_ , (7)

где  - полюсное деление, мм; _ -коэффициент полюсного перекрытия (_=0,64),

, (8)

где 2p – число полюсов (табл.П1).

Действительная ширина полюсной дуги b_p, мм,

b_p= b_ - 2δ, (9)

где δ определяется по табл.П1 в соответствии с выбранным вариантом.

Эффективная ширина сердечника полюса l_r, мм,

l_r = l_n. (10)

Ширина сердечника полюса b_r, мм,

, (11)

где σ - коэффициент магнитного рассеяния главных полюсов (σ=1,2); Φ- магнитный поток, Вб.

Φ= α_δ τ l_δ B_δּ10^-6, (12)

где B_δ - расчетное значение индукции в воздушном зазоре, Тл,

B_δ=0,0013D+0,47. (13)

Значение магнитной индукции в сердечнике полюса принимаем равным B_r=1,5 Тл.

Для сердечников полюсов рекомендуется сталь марки 3411 (рис.П.2).

Станина

Длина станины l_c, мм,

l_c=l_n+0,65τ. (14)

Толщина станины h_c, мм,

, (15)

где B_c -магнитная индукция в станине (B_c =1,2 Тл).Монолитные станины выполняют из стали Ст.3.

Внутренний диаметр монолитной станины d_c, мм,

d_c=D_н -2h_c. (16)

Высота главного полюса h_r, мм,

, (17)

где величина 4δ учитывает два воздушных зазора и две стальные прокладки между станиной и полюсами, предназначенные для регулирования воздушного зазора.

Геометрия зубцового слоя якоря.

В машинах с высотой оси вращения h=80-200 мм применяют полузакрытые пазы овальной формы (рис.1.). При этом размеры паза (радиусы r₁ и r₂) принимают такими, чтобы стенки зубцов были параллельны (b_z=const) на протяжении расстояния h₁.

Число пазов якоря

, (18)

где Z– число пазов, которое округляют до ближайшего целого значения; - зубцовое деление якоря (предварительное значение), мм,

t=0,08h+3, (19)

где h – высота оси вращения машины, мм.

Высота паза h_n, мм,

h_n=0,07D+12, (20)

где D – диаметр сердечника якоря, мм.

Высота спинки сердечника якоря h_j, мм,

, (21)

где D,D_o,h_n определяются соответственно по формулам (3),(4),(20).

Ширина зубца b_z, мм,

, (22)

где . (23)

В_δ – определяется по (13);K_c - коэффициент заполнения сердечника якоря сталью (K_c=0,95);B_z - индукция в зубце принимается равной B_z=1,8 Тл.

Высота шлица паза выбирается в пределах

0,8 ≤ h_w ≥1,0.

Радиус паза, большой r₁, мм,

, (24)

Радиус паза, меньший r₂, мм,

, (25)

Размеры, полученные по формулам (24) и (25), должны быть проверены путем вычерчивания паза. При этом толщина зубца b_z должна быть неизменной. В противном случае величины r₁ и r₂ корректируются. Допускается чисто графическое определение размеров паза.

Расстояние между центрами радиусов h₁, мм,

H₁=h_n – h_w – r₁ – r₂. (26)

Число активных проводников (предварительно)

, (27)

где E_a– ЭДС обмотки якоря,

E_a=K_ДU_н. (28)

K_Д- выбирается в пределах 0,85-0,97; p;a;n_н - выбираются по табл.П.1; Φ- в соответствии с (12).

Число проводников в пазу

, (29)

где значение N_п округляется до ближайшего целого четного числа. Тогда число проводников, укладываемых в пазы якоря,

N=N_n*z . (30)