книги из ГПНТБ / Ермолин Н.П. Расчет коллекторных машин малой мощности

ности небольшим, индукции по продольной и поперечной осям вы­ бираются также относительно невысокими, а магнитная система машины делается мало насыщенной. Это обеспечивает получение более высокого коэффициента усиления мощности.

5-1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Основой для расчета электромашинных усилителей с попереч­ ным полем малой мощности (ЭМУ) являются следующие данные:

выходная мощность Pd, Вт; выходное напряжение Ud, В; скорость вращения п, об/мин;

коэффициент усиления по мощности — /гу; ток управления / у, А; сопротивление обмотки управления гу, Ом;

число обмоток управления — задается; режим работы ЭМУ — продолжительный, кратковременный; исполнение ЭМУ — закрытое, защищенное.

Коэффициент усиления, параметры и число обмоток управления ЭМУ малой мощности определяются требованиями схемы автомаического устройства, для которой предназначается проектируемый ЭМУ.

5-2. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭМУ

Под основными размерами ЭМУ понимаются диаметр и длина якоря, определяемые с помощью известной машинной постоянной. Эта постоянная связывает размеры якоря с расчетной мощностью ЭМУ, скоростью вращения и электромагнитными загрузками.

Основным рабочим магнитным полем электромашинного усили­ теля с поперечным полем является поперечное поле якоря от тока в замкнутой цепи поперечных щеток.

Распределение индукции в воздушном

Геометрический коэффициент по­

130

тельной кривой распределения поперечного поля якоря, то рас­ четный коэффициент полюсного перекрытия ЭМУ

а 0 = — = 0,48 -4- 0,52.

Т 2

Этот коэффициент определяет величину расчетной полюсной дуги 60, через которую в дальнейшем вычисляют полезное попереч­ ное поле якоря в воздушном зазоре Фб„.

с поперечным полем Pad, равная произведению э. д. с. продольной цепи якоря на ее ток при нагрузке, будет

Pad = EdId, Вт,

где Ed и Id берутся из позиции 1.

3. Машинная постоянная

Машинная постоянная определяет диаметр якоря ЭМУ £>н2 и расчетную длину пакета 10 в зависимости от расчетной мощности Pad, скорости вращения п, индукции в воздушом зазоре Bbq от поперечного поля якоря и линейной нагрузки Ad от продольного тока. Связь между этими величинами выражается следующим об­ разом:

где B6q = 0,35 -т- 0,45 — максимальная индукция в воздушном зазоре под краем полюса от поперечного поля якоря (рис. 5.3), Т; Аа = 30 -н 60 — линейная нагрузка якоря от продольного тока, А/см; а 0 = 0,48 -е- 0,52 — расчетный коэффициент полюсного пе­ рекрытия.

4.Диаметр и расчетная длина пакета якоря

ВЭМУ с поперечным полем малой мощности отношение расчет­ ной длины пакета якоря /0 к его диаметру или внутреннему диа­

метру полюсов Dnl обычно находится в следующих пределах:

É = - ^ - = 0,6-f-l,2.

131

Внутренний диаметр полюсов и расчетная длина пакета якоря из формулы машинной постоянной будут

где п берется по заданию; Pad — из позиции 2; С — из позиции 3. Расчетные значения внутреннего диаметра полюсов Dnl и длины пакета якоря /0 обычно округляются до ближайших стандартных чисел согласно ГОСТ 6636—69 (приложение VIII), при этом окон­

чательный диаметр якоря будет

где 6 — длина воздушного зазора между полюсами и якорем по по­ зиции 17.

5.Окружная скорость вращения якоря

я£ н^ _ 10-2 м/ 60

где п берется по заданию; Dai — из позиции 4.

Окружная скорость вращения якоря ЭМУ малой мощности при 5000—8000 об/мин может достигать 20—25 м/с.

6.Полюсный шаг и расчетная полюсная дуга

где число полюсов ЭМУ малой мощности 2р — 2; а 0 берется из по­ зиции 3; Dh2 — из позиции 4.

7.Частота перемагпичивания стали якоря

5-3. ОБМОТКА ЯКОРЯ И КОЛЛЕКТОР

Так как ЭМУ малой мощности выполняются двухполюсными, то обмотка якоря их может быть только простой петлевой.

8.Полезное поперечное поле якоря в воздушном зазоре

при нагрузке ЭМУ

Фв9 = В{960/о-10 4, Вб,

где Вйд берется из позиции 3; Ід — из позиции 4; Ь0 — из позиции 6.

где а = р = Г, п берется по заданию; Ed — из позиции 1; Фв(? — из позиции 8.

132

10. Число пазов якоря и другие элементы его обмотки

Пазы якоря, коллекторные пластины, витки в секции, провод­ ники в пазу и другие элементы обмотки рассчитываются, так же как и для генераторов постоянного тока малой мощности, по фор­ мулам позиций 10—14 гл. 1.

В целях уменьшения ширины коммутационной зоны число па­ зов якоря в ЭМУ малой мощности обычно выбирается четным и возможно большим.

11. Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря

Все изложенное в гл. 1 относительно размеров пазов и проводов обмотки якоря для машин постоянного тока малой мощности це­ ликом может быть отнесено и к рассматриваемым здесь ЭМУ, поэ­ тому расчет их для ЭМУ производится, так же как и для генератора постоянного тока, по формулам позиций 16—24 гл. 1, в которых значения отдельных величин берутся: Id — из позиции 1; B6q — из позиции 3; Д і2 и 10 — из позиции 4; 2р — из позиции 6 гл. 5; остальные величины берутся из соответствующих последующих позиций этой же главы.

12. Коллектор, щеткодержатели и щетки

На коллекторе ЭМУ с поперечным полем устанавливается два комплекта щеток по поперечной и продольной осям машины. Цепь поперечных щеток замыкается или накоротко (рис. 5.1), или на подмагничивающую обмотку (рис. 5.2). Цепь продольных щеток является выходной рабочей цепыо ЭМУ.

Конструктивное оформление коллектора и щеточного аппарата ЭМУ малой мощности практически не отличается от рассмотренных выше машин постоянного тока.

Расчет коллектора и размеров щеток этих ЭМУ производится по току продольной цепи по формулам позиций 25—32 гл. 1 как для машин постоянного тока малой мощности, в которых значения отдельных величин берутся: Id — из позиции 1; £>н2 и І0 — из по­ зиции 4; ѵ2 — из позиции 5 гл. 5; остальные величины берутся из соответствующих последующих позиций этой же главы.

Размеры поперечных щеток ЭМУ обычно принимаются равными размерам продольных щеток.

13.Компенсационная обмотка

идобавочные полюсы продольной цепи ЭМУ

Компенсационная обмотка, укладываемая в пазах полюсных наконечников статора, предназначается для компенсации м. д. с. якоря от продольного тока Id (рис. 5.1). Для возможности регули­ рования степени компенсации м. д. с. якоря компенсационной об­ моткой последняя выполняется несколько усиленной и шунтируется регулируемым омическим сопротивлением р (рис. 5.2). Обычно

133

м. д. с. компенсационной обмотки берется на 8—10% больше м. д. с. якоря от продольного тока, т. е.

Fkü — ^ W J d= (1,08 ч- 1,10) Fad,

где м. д. с. якоря Fad= — — ; тогда число витков компенса-

2р 2а

ционной обмотки, приходящихся на полюс, будет

\17к = (1,08-5-1,10)^-,

О

где Л/'з берется из позиции 9.

Для улучшения условий коммутации продольного тока в сек­ циях якоря, замыкаемых накоротко продольными щетками, по оси главных полюсов предусматриваются добавочные полюсы в виде зубцов (рис. 5.1). На эти зубцы наматывается часть компенсацион­ ной обмотки и обмотка добавочного полюса из того же провода, что и компенсационная. М. д. с. и число витков обмотки добавоч­ ного полюса определяются из условия компенсации средней реак­ тивной э. д. с. ер в коммутирующей секции якоря, рассмотренной в позиции 12 гл. 5. М. д. с. и число витков одного добавочного по­ люса будут:

^ « о . в м л б - і о 8;

ным полюсом, см; kb — коэффициент воздушного зазора.

Ширина вершины зубца добавочного полюса в ЭМУ малой мощ­ ности обычно принимается приблизительно равной ширине комму­ тационной зоны, определяемой в соответствующей позиции § 5-3 или 1-5.

После определения размеров зубца добавочного полюса уста­ навливается число пазов на каждой половине дуги полюсного на­ конечника (рис. 5.1). При определении этого числа пазов их пазо­ вое деление tx выбирается не равным зубцовому шагу якоря t%=

_ nDm ^ а ПрИНИМается в пределах 0,95 ^ < ^ < 1 ,0 5 t2.

z 2

В этом случае число пазов на одной половине полюса для раз­ мещения компенсационной обмотки будет

где Ьп — геометрическая полюсная дуга, см.

Число проводников компенсационной обмотки в пазу статора

кzK

134

Сечение провода компенсационной обмотки и добавочного по­ люса предварительно

компенсационной обмотке, А/мм2.

Сечение и диаметр провода окончательно выбираются по данным ГОСТ (приложение I)

Цѵ.= • • • > dK/dK' н = . . .

После этого определяются требуемые площади больших и малых пазов статора (рис. 5.1) тем лее способом, как и для якоря в § 5-3.

Зубцы статора делаются с одинаковой толщиной по высоте, а пазы — трапецеидальной формы.

При выборе размеров двух больших пазов статора следует по обе стороны добавочного полюса (рис. 5.1) предусмотреть место не только для укладки части компенсационной обмотки и обмотки до­ бавочного полюса, но таклсе и место для размещения подмагничи­ вающей обмотки 4 в поперечной цепи.

Сопротивление компенсационной обмотки и добавочных полюсов

5-4. МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ЭМУ

Как указывалось, магнитная система ЭМУ с поперечным полем выполняется шихтованной в связи с удобством технологии изготов­ ления полюсов с пазами путем штамповки их вместе со станиной из листовой стали (рис. 5.1).

Магнитная система ЭМУ в целом делается мало насыщенной, в связи с чем индукция в ее отдельных участках обычно не превос­ ходит 1,0 — 1,2 Tj кроме зубцов якоря.

Расчет магнитной системы второй ступени усиления

14. Э. д. с. продольной цепи якоря при нагрузке

Окончательно

E d = Аі (Г2 + Гк + Гд) + В ,

где Ud берется по заданию, Id — из позиции 1; АUuxd, г2, гк и гд — из соответствующих позиций § 5-3 или 1-5.

135

15. Полезное поперечное поле якоря в воздушном зазоре при нагрузке, создаваемое током цепи поперечных щеток І д

17.Длина воздушного зазора в ЭМУ малой мощности

Может быть выбрана по следующей полуэмпирической формуле:

8 « 0 , 4 ^ . ІО-4, см,

где т 2 берется из позиции 6; В6д — из позиции 16; Ad — из соот­ ветствующей позиции § 5-2.

18.Высота сердечника якоря

где диаметр вала по опыту построенных машин можно принять dBJ1Ä ; (0,20 ч- 0,24) DK%, при этом Д ,2 берется из позиции 4; /гп2 — из соответствующей позиции § 5-3.

Наружный диаметр статора (рис. 5.1)

Ап = DKг—26 —2h„i -f- 2Асх, см,

где высота сердечника статора по оси полюса

Расчетное значение диаметра Dnl округляется до ближайшего стандартного числа согласно ГОСТ 6636—69 (приложение VIII).

136

20. М. д. с. для воздушного зазора

Коэффициент воздушного зазора

М.д. с. для воздушного зазора

р6q — 1 >^B6qk &б ^а-.Ю 4,’

где а 0 берется из позиции 2; Вбп — из позиции 16; 6 — из позиции 17; а = 0,74-4-0,82.

21. М. д. с. для зубцов якоря

Индукция в сечении зубца с одинаковой толщиной по высоте

М. д. с. для зубцов

р&— ^з2' 2Йп2>

где B6q берется из позиции 16; t2, hn2 и Ьз2 — из соответствующих позиций § 5-3; Нз2 — из кривой намагничивания рис. 1.30.

22. М. д. с. для сердечника якоря

Индукция в сердечнике якоря

Ф. -10*

ßc, = — %-------, Т.

2-0,93/0Лса

Средняя длина пути замыкания магнитного поля

23.М. д. с. для зубцов статора

Индукция в сечении зубца с одинаковой толщиной по высоте

М. д. с. зубцов

Fsl = H3,2hnl,

где B6q берется из позиции 16; hnl,txи Ьз1— из соответствующих позиций § 5-3; Яз1 — из кривой намагничивания рис. 1.30.

137

24. М. д. с. для сердечника статора

Индукция в сердечнике статора

25. Полная м. д. с. возбуждения по поперечной оси машины, создаваемая током I q

Fq — Füq-{- f 32 + ^c2 + FЗг+ ^cli

где F6q берется из позиции 20; -F32 — из позиции 21; Fc2 — из по­ зиции 22; F3l — из позиции 23; Fcl — из позиции 24.

Эта м. д. с. в общем случае в малых ЭМУ должна создаваться

138

т 27. Число витков подмагничивающей обмотки на полюс

r n = (0,4 + 0 ,6 )^ L ,

q

где Fq берется из позиции 25; 1q — из позиции 26.

28.Сечение и диаметр провода подмагничивающей обмотки

—4 1 . мм2,

Іп

где Iq берется из позиции 26; /п = 3 ч- 5 А/мм2 — плотность тока в проводах подмагничивающей обмотки.

Сечение и диаметр провода окончательно выбираются по дан­

Эта обмотка укладывается в пазы статора вместе с обмоткой доба­ вочных полюсов и компенсационной.

подмагничивающей обмотки по эскизу ее расположения (рис. 5.1.).

Расчет магнитной системы первой ступени усиления

30.Э. д. с. якоря в цепи поперечных щеток

31.Полезное магнитное поле

ввоздушном зазоре первой ступени усиления (поле управления)

ф60а£1 ) Вб|

p n N 2

где а = р = 1; п берется из задания; N 2 — из позиции 9; Eq — из позиции 30.

Обмотка управления, создающая это магнитное поле по про­ дольной оси полюсов ЭМУ, в принципе представляет собой обмотку возбуждения обычной машины постоянного тока, и она рассчиты­ вается так же, как в этой машине. Однако из-за отсутствия насы­ щения магнитной системы ЭМУ от поля Фву м. д. с. обмотки уп­ равления Fy в малых ЭМУ практически численно складывается

139