2086

lдн - длина наконечника добавочного полюса, обычно

lдн = l.

Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса

Фд = д Ф д ,

где д - коэффициент рассеяния добавочных полюсов:

д= (2,5 3,5) - для машин без компенсационной обмотки;

д= 2 - у компенсированных машин.

Индукция в сердечнике добавочного полюса

где bд - ширина сердечника добавочного полюса, принимается приблизительно равной 0,005 D;

lд - длина сердечника добавочного полюса, принимается приблизительно равной l .

Ширина и длина сердечника добавочного полюса уточняются при разработке конструкции сердечника и должны обеспечить значение индукции в сердечнике добавочного полюса не превышающее 1 Тл, то есть сердечник добавочного полюса должен быть не насыщен.

При питании машин от сети постоянного тока сердечники добавочных полюсов выполняют из стали Ст3 при высоте оси вращения до 160 мм, при больших высотах оси вращения - из листов анизотропной холоднокатаной электротехнической стали (3411, 3412, 3413) толщиной 1 мм. Сердечники добавочных полюсов шихтуют либо поперек оси, либо вдоль оси машины, в зависимости от того, с какой стороны целесообразно выполнить выступ для упора катушек при их креплении (выступ обычно не превышает 5 8 мм). Листы стали не изолируются между собой.

При питании машины от выпрямителей добавочные полюса обязательно шихтуются, толщина листов 0,5 мм, листы имеют изоляционное покрытие.

При расчете магнитной цепи добавочных полюсов необходимо учитывать действие основного магнитного потока. На участках магнитной

цепи, где магнитные потоки главных и добавочных полюсов складываются (станина и ярмо якоря), суммарные индукции при перегрузках не должны превосходить (1,5 1,7) Тл.

При расчете участков магнитной цепи добавочных полюсов используют геометрические размеры (площади сечений и средние длины магнитных линий участков), определенные при расчете главной магнитной цепи. Для каждого участка последовательно определяются магнитные потоки, площади, по которым проходит магнитный поток, магнитные индукции, напряженности магнитного поля (с использованием кривых намагничивания для стальных участков), длины магнитных линий и магнитные напряжения. Далее определяется суммарное магнитное напряжение всех участков магнитной цепи добавочных полюсов F д .

МДС обмотки добавочных полюсов, необходимая для создания в воздушном зазоре магнитного потока добавочных полюсов, должна быть достаточной для преодоления МДС реакции якоря и проведения магнитного потока через магнитную цепь

Fд F д А 2 .

Приближенное значение МДС обмотки добавочных полюсов можно определить следующим образом

Fд (1,2 1,4) А 2 .

6.4. РАСЧЕТ ОБМОТКИ ДОБАВОЧНОГО ПОЛЮСА

Расчет обмотки добавочного полюса соответствует алгоритму расчета последовательной обмотки: зная МДС обмотки добавочного полюса, определяют число витков обмотки, площадь поперечного сечения проводника, сопротивление и массу обмотки.

Число витков определяется следующим образом

где ад - число параллельных ветвей обмотки: у некомпенсированных машин при I до 1000 А - ад = 1 (катушки соединяются последовательно); при I более 1000 А - ад = 2 (катушки соединяют в две параллельные группы); у компенсированных машин катушки добавочных полюсов и компенсационной обмотки соединяются друг с другом чередуясь, поэтому у

таких машин число параллельных ветвей обмоток добавочных полюсов и компенсационных обмоток должно быть одинаковым.

Число витков округляется до ближайшего целого числа.

Поперечное сечение провода обмотки добавочного полюса

где Jд - плотность тока в обмотке добавочного полюса; зависит от исполнения машины по способу защиты, способу охлаждения, частоты вращения и класса нагревостойкости изоляции; значения плотности тока в обмотке добавочного полюса соответствуют значениям плотности тока обмоток главных полюсов.

Сечение проводника нормируется /1, с. 470 - 478/. Форма проводника зависит от площади сечения:

при qд до 8 мм2 принимают проводник круглого сечения;

при qд более 8 мм2, но менее 25 мм2 принимают проводник прямоугольного сечения;

при qд более 25 мм2 обмотку выполняют из голой шинной меди. После нормирования поперечного сечения проводника уточняется

плотность тока в обмотке добавочного полюса.

Разработка конструкции катушек добавочных полюсов и раскладка витков по высоте и ширине катушки выполняется также, как и для катушек главных полюсов. При выполнении масштабного эскиза расположения обмоток в междуполюсном окне ширина катушки уточняется.

Средняя длина витка катушки добавочного полюса

lдср = 2 (bд + lд) + (bкд + 2 bиз) ,

где bкд - ширина катушки обмотки добавочного полюса, предварительно bкд = bкв .

Сопротивление обмотки добавочного полюса

Для приближенной оценки правильности расчета сопротивления обмотки добавочного полюса можно использовать соотношения

Масса обмотки добавочного полюса

Мд = mм lдср wд 2рд qд .

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА НЕОБХОДИМО:

Рассмотреть процесс коммутации и коммутационные параметры Определить величину реактивной ЕДС Произвести выбор марки щеток

Рассчитать параметры щеточно-коллекторного узла Рассчитать магнитную цепь добавочных полюсов Рассчитать обмотку добавочных полюсов

Разработать конструкцию сердечника и катушки обмотки добавочных полюсов Используя выполненный ранее эскиз междуполюсного окна, произвести

размещение сердечников и катушек добавочных полюсов (расстояние между катушками главных и добавочных полюсов не должно быть меньше 8 мм)

7.2.ПОТЕРИ МОЩНОСТИ

7.3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

7.4.РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Вэлектрических машинах электромеханическое преобразование энергии сопровождается сопутствующим преобразованием электрической или механической энергии в тепло. Процесс преобразования электрической или механической энергии в тепловую является необратимым, поэтому выделенную тепловую энергии принято называть потерями. Учет потерь мощности позволяет определить коэффициент полезного действия машины, рассчитать ее рабочие характеристики и оценить тепловое состояние.

Цель раздела - рассмотреть влияние потерь мощности на коэффициент полезного действия машины, дать рекомендации по определению параметров, соответствующих номинальной нагрузке, и расчету рабочих характеристик.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ РАЗДЕЛА НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:

Как определяется коэффициент полезного действия в электрических машинах постоянного тока Классификацию потерь мощности

Как определяются механические потери мощности По каким критериям потери мощности подразделяются на основные и добавочные

Как оцениваются основные электрические потери мощности В каких частях машины постоянного тока выделяются основные магнитные потери мощности

Алгоритмы расчета номинальных параметров и рабочих характеристик

7.1. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Происходящее в электрической машине преобразование энергии - либо механической в электрическую в генераторе, либо электрической в механическую в двигателе - связано с некоторыми, порой существенными, потерями энергии.

Надлежащий учет потерь энергии имеет важное значение по следующим причинам. Во-первых, все потери энергии переходят в конечном счете в тепловую энергию, в результате чего происходит

Потери мощности состоят из суммы отдельных потерь. В машине постоянного тока можно выделить:

потери мощности на трение, неизбежные в любой машине, как вращающемся механизме, - механические потери мощности Рмех;

потери мощности в электрических цепях, связанные со значениями токов и электрических сопротивлений в каждой из них, - электрические потери мощности Рэ;

потери мощности в тех участках магнитных цепей машины, которые при вращении подвергаются перемагничиванию, - магнитные потери мощности Рм.

Электрические цепи, как правило, делают из меди, поэтому на практике электрические потери часто называют потерями в меди.

Магнитные цепи электрической машины, за исключением зазоров, состоят из ферромагнитных материалов, поэтому на практике потери мощности в них часто называют потерями в стали.

Явления, сопутствующие процессу преобразования энергии в электрической машине и создающие потери мощности в ее электрических и магнитных цепях, достаточно сложны. Вследствие этого лишь часть потерь мощности может быть вычислена по строго обоснованным формулам. Для вычисления прочей части потерь мощности приходится прибегать к значительным упрощениям явлений, вызывающих эти потери, и, наконец, часть потерь мощности вообще не поддается количественному учету, и их приходится оценивать по средним опытным данным.

Указанные обстоятельства являются причиной того, что в практике проектирования наибольшее применение имеют простые формулы, отображающие сущность явлений и зависимость их от определенных физических величин, с поправочными коэффициентами, которые находят путем сравнения расчетных значений потерь мощности и потерь мощности, наблюдаемых при испытании готовых машин данной категории, то есть пользуются эмпирическими зависимостями. В отношении магнитных потерь такой метод учета тем более рационален, так как их значение в большой степени зависит от применяемых технологических процессов при изготовлении электрических машин.

Электрические и магнитные потери мощности подразделяют на основные и добавочные потери. С теоретической точки зрения под добавочными потерями мощности следует подразумевать потери, связанные с явлениями, так сказать, второстепенного значения, а не с основными явлениями, которые определяют работу машины и создают в ней основные потери мощности.

Руководствуясь вышесказанным, для определения КПД машины необходимо определить механические, основные электрические и магнитные, а также добавочные потери мощности.

Механические потери

Механические потери мощности на трение щеток о коллектор

Ртщ = kтр рщ Sщ 2р Vк ,

где kтр - коэффициент трения, kтр = 0,25 /1, с. 481/;

рщ - удельное давление пружины на щетку, зависит от марки щеток /1, с. 481/.

Механические потери мощности на трение в подшипниках Ртп и механические потери мощности на вентиляцию Рвент, состоящие из потерь на трение о воздух вращающихся частей машины и потерь на вентиляцию оценить точно затруднительно. Для их приближенного определения обычно используют эмпирические зависимости, составленные на основе

В дальнейшем, при выполнении вентиляционного расчета, потери на вентиляцию уточняются и в соответствии с ними можно уточнить данную категорию механических потерь

Ртп + Рвент = 1,25 Рвент .

Таким образом, механические потери мощности можно оценить как сумму следующих механических потерь

Рмех = Ртщ + Ртп + Рвент .

Основные электрические потери

Основные электрические потери в обмотке якоря вычисляются по току и сопротивлению обмотки. Учитывая, что температуры обмоток различных электрических машин при их работе в номинальном режиме не совпадают, при определении потерь сопротивление обмоток приводят к стандартной рабочей температуре, установленной ГОСТ 183-74. Потери в обмотке якоря определяются по формуле

Рэа = I2 Rа .

Электрические потери мощности в электрических сопротивлениях обмоток, последовательно соединенных с обмоткой якоря (если такие обмотки имеются) - потери в последовательной обмотке возбуждения Рэп, потери в обмотке добавочных полюсов Рэд, потери в компенсационной обмотке Рэк определяются соответственно

Рэп = I2 Rп ;

Рэд = I2 Rд ;

Рэк = I2 Rк .

Электрические потери мощности в электрическом сопротивлении параллельной обмотки возбуждения Рэв определяются по формуле

Рэв = Uв Iв .

При параллельном возбуждении Uв = Uн .

Электрические потери мощности в переходном слое щетоноколлекторного узла (переходные щеточные потери мощности) вычисляются по току якоря и переходному падению напряжения в щетках обеих полярностей 2 Uщ, которое находится в зависимости от марки щеток /1, с. 481/. Переходное падение напряжения условно принимается не зависящим от тока якоря. Тогда

Рэщ = 2 Uщ I .

Основные электрические потери определяются как сумма всех составляющих

Рэ = Рэа + Рэп + Рэд + Рэк + Рэв + Рэщ .

Основные магнитные потери

Магнитные потери мощности на гистерезис (основные гистерезисные потери) и магнитные потери мощности на вихревые токи (основные вихревые потери) возникают в частях магнитной цепи, подверженных перемагничиванию - в зубцах и ярме сердечника якоря, и вызываются основным магнитным потоком машины. Гистерезисные потери пропорциональны частоте перемагничивания в первой степени, а вихревые потери пропорциональны частоте перемагничивания во второй степени. Зависимость суммарных магнитных потерь от частоты перемагничивания

выражается степенной функцией, показатель которой зависит от свойств стали, то есть определяется маркой стали /1, с. 206/. Кроме того, данные потери пропорциональны удельным магнитным потерям Руд, установленным ГОСТ 214272-75 /1, с. 206, 465/, а также массе рассматриваемой части магнитопровода и квадрату магнитной индукции данного участка. Учитывая сказанное основные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в зубцах и ярме сердечника якоря определяются соответственно

где kтех - технологический поправочный коэффициент, учитывающий увеличение потерь в зубцах и в ярме сердечника якоря из-за резки, штамповки и сборки листов, опиловки и обточки сердечников, а также изза неравномерного распределения магнитной индукции; значение kтех зависит от качества штампов и совершенства технологического процесса изготовления сердечников; среднее значение kтех, установленное опытным путем для машин постоянного тока, равно 2,3;

Мz - масса зубцов сердечника якоря: для овальных пазов

где mс - удельная масса стали, mс = 7800 кг/м3 ;

для прямоугольных пазов

Mz mc Z bz1/ 3 hп lkc ;

Mj - масса ярма сердечника якоря

При наличии аксиальных вентиляционных каналов при расчете массы ярма якоря необходимо учитывать уменьшение площади сечения ярма на площадь поперечного сечения всех каналов.