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

3.Машинная постоянная

Для коллекторных машин переменного тока эта постоянная оп­ ределяется следующей формулой:

с_ 6 І-' Д і О 1 __й І 21йП

аВ&А2 Pa

где В6 — амплитудное значение индукции в воздушном зазоре под полюсом при работе двигателя от сети переменного тока, выбирае­ мое по кривым рис. 1.2; А %— линейная нагрузка якоря, выбирае­ мая по кривым рис. 1.2 ; а = 0,60-4-0,70.

4.Диаметр и расчетная длина якоря

Вуниверсальных коллекторных электродвигателях отношёние длины пакета якоря 10 к его диаметру или внутреннему диаметру полюсов Dnl обычно находится в пределах:

£ = У А ,і = 0,4-4 1,6.

Внутренний диаметр полюсов и расчетная длина пакета якоря будут:

Я пі= | / ^ f , ш ; /о = ~Дп1> СМ)

где п берется по заданию; Ра — из позиции 1; 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 Z)H2 = Dnl — 26, где 6 — длина воздуш­

ного зазора между полюсами и якорем согласно § 7-4.

5.Окружная скорость якоря

Ѵо= — — • 10 , м/с,

60

где п берется по заданию; Dr2 — из позиции 4.

6.Полюсный шаг и расчетная полюсная дуга

где 2р берется из позиции 2; а — из позиции 3; £>н2 — из позиции 4.

' - £ ■ г«-

180

7-3. ЯКОРЬ ДВИГАТЕЛЯ

8.Обмотка якоря

Вуниверсальных коллекторных двигателях при двухполюсном исполнении применяется простая петлевая обмотка, а при четырех­ полюсном — простая волновая обмотка якоря.

Расчет этой обмотки производится, так же как и для машин по­ стоянного тока, по формулам позиций 8—15 гл. 1 со следующим видоизменением некоторых позиций.

Число проводников обмотки якоря по позиции 9 гл. 1 в универ­ сальных коллекторных двигателях определяется по формуле

6Qg У 2 £

рпФб

где а = 1; п берется по заданию; Е и р — из позиции 2; Ф0 — из позиции 8 гл. 1.

Число коллекторных пластин по позиции 11 гл. 1 в универсаль­ ных двигателях в целях ограничения величины трансформаторной э. д. с. в коммутирующих секциях обмотки якоря не должно быть менее определенного значения.

В малых электродвигателях трансформаторная э. д. с. et в этих секциях по условиям благоприятной коммутации должна состав­ лять et ^ 6 -г- 8 В при этом верхний предел относится к меньшим мощностям.

Наименьшее число коллекторных пластин здесь определяется из условия

с округлением до ближайшего целого числа, кратного числу пазов якоря.

В универсальных коллекторных двигателях обычно принимается

К = (2 -т-З) z2;

здесь / х берется по заданию; Е — из позиции 2; / 2 — из позиции 7 данной главы и z2 согласно позиции 10 гл. 1.

Остальные позиции (8 , 10, 12— 15 гл. 1) для расчета обмотки якоря универсальных электродвигателей применяются без изме­ нения; в них значения отдельных величин берутся: Вб — из пози­ ции 3; Dh2 и 10 — из позиции 4 и Ь0 — из позиции 6 гл. 7.

9. Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря

Все изложенное в § 1-4 гл. 1 относительно размеров пазов и проводов обмотки якоря для машин постоянного тока может быть отнесено и к универсальным коллекторным двигателям, поэтому расчет их для данных двигателей производится, так же как и для

181

упомянутых машин, по формулам позиций 16—24 гл. 1, в которых значения отдельных величин берутся: 2р и / 2 — из позиции 2; В6 — из позиции 3; £>н2 и /0 — из позиции 4 гл. 7; остальные величины берутся из соответствующих последующих позиций той же главы.

10. Коллектор, щеткодержатели и щетки

Конструктивное оформление коллектора и щеточного аппарата и расчет их для универсальных коллекторных двигателей произво­ дится, так же как и для машин постоянного тока, по формулам по­ зиций 25—32 гл. 1, в которых значения отдельных величин берутся:

щих позиций настоящей главы.

Следует заметить, что в универсальных электродвигателях ши­ рина щетки по окружности коллектора, по позиции 29 гл. 1; обычно принимается

0Щ= (1^-1,5)РК, см.

Кроме того, при проверке коммутации машины по позиции 32 гл. 1 в универсальных двигателях следует проверить также, кроме реактивной э. д. с. ер и э. д. с. от поля якоря еа в коммутирующей секции, еще и величину трансформаторной э. д. с. eh индуктирую­ щейся в ней вследствие пульсации главного поля полюсов при ра­ боте двигателя от сети переменного тока.

Трансформаторная э. д. с. одной секции обмотки якоря опреде­ ляется по следующей известной формуле:

^ = 4,44/1ш^2Ф6, В,

где /, берется по заданию; Фб и w'c2 — из соответствующих по­ зиций.

Для получения благоприятной коммутации универсального коллекторного двигателя малой мощности необходимо, чтобы зна­ чение et не превосходило 6— 8 В.

7-4. МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ

Магнитная система универсальных коллекторных двигателей выполняется в виде шихтованной станины вместе с полюсами (рис. 1.13,6).

Расчет этой системы производится, так же как и в рассмотрен­ ных выше машинах постоянного тока, по формулам позиций 33—46 гл. 1 со следующими видоизменениями некоторых позиций.

Длина воздушного зазора под полюсом по позиции 33 гл. 1 для универсальных коллекторных двигателей определяется по следую­ щей формуле:

6 ^ 0 , 4 ^ - ІО“ 4, см,

Об

182

где Bö берется из позиции 3; т 2 — из позиции 6 и Л 2 — из соот­ ветствующей позиции гл. 7.

Для универсальных электродвигателей при расчете магнитной системы отпадает позиция 43 гл. 1.

Остальные позиции (34—46, гл. 1) для расчета магнитной си­ стемы этого двигателя применяются без изменения; в них значе­ ния отдельных величин берутся: / 2 — из позиции 2; В6 — из по­ зиции 3; Dn2 и /0 — из позиции 4 и Ь0 —• из позиции 6 гл. 7.

7-5. ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как указывалось выше, на полюсах универсального коллектор­ ного электродвигателя имеются две последовательные обмотки воз­ буждения. Одна предназначена для работы двигателя от сети пере­ менного тока, а другая включается дополнительно последовательно с первой при работе его от сети постоянного тока. Ниже дается рас­ чет этих обмоток возбуждения.

Расчет обмотки возбуждения переменного тока

11. Число витков обмотки, приходящихся на один полюс

Число витков обмотки на полюс Wz определяется по числу про­ водов обмотки якоря с помощью коэффициента трансформации k, принятого при предварительном выборе cos ср двигателя:

W= ^ k ,

2а

где а = 1; /г берется из позиции 2 ; N 2 — из позиции 8 данной главы.

12. Сечение и диаметр провода обмотки возбуждения

Предварительно сечение провода

где / 2 берется из позиции 2 ; у' — по кривым рис. 1.16, в зависимо­

сти от вращающего момента и режима работы двигателя.

По ГОСТ (приложение I) окончательно выбираются ближайшие сечение и диаметр провода:

13. Окончательная плотность тока в обмотке возбуждения

/ ; = 4 J A /MM2,

?с "

где / 2 берется из позиции 2; q'c— из позиции 12 данной главы.

183

14. Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при 75° С

Ом,

5700<7

где Wc берется из позиции 11; qc — из позиции 12; Іср\ — средняя длина витка обмотки возбуждения, см, определяемая по эскизу расположения обмотки на полюсе (при ее определении следует учесть замечания в позиции 50 гл. 1); 1,22—- коэффициент, учиты­ вающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании от 20 до 75° С.

15. Активное падение напряжения в обмотке возбуждения

а ^ ; = ѵ ;. в I

где / 2 берется из позиции 2; г' — из позиции 14 данной главы.

16. Требуемая площадь окна для размещения обмотки возбуждения па полюсе

ММ",

где f'Q= 0,82 ч- 0,88 — коэффициент, учитывающий возможные

неточности намотки рядов проволоки в катушке; Wc берется из позиции 11; dc. „ — из позиции 12 данной главы.

17. Фактическая площадь окна с учетом места для дополнительной обмотки постоянного тока

QC= (1,3ч-1,6) Q', мм2,

где Q'c — берется из позиции 16 данной главы.

На основании этих данных производится размещение обмоток на полюсах и уточнение высоты сердечника полюса.

18.Проверка величины воздушного зазора под полюсом

М.д. с. обмотки возбуждения на пару полюсов при нагрузке двигателя

F C= 2V2W 'CI2,

не равна м. д. с. Fc, следует несколько изменить величину воздуш­ ного зазора и соответственно коэффициент зубчатости в позиции 38 так, чтобы сумма м. д. с. в позиции 46 была равна Fc.

184

Далее необходимо проверить величину коэффициента мощности двигателя при нагрузке, который фактически получится при уста­ новленных расчетом размерах машины и числе витков обмоток якоря и возбуждения.

На рис. 7.4 представлена диаграмма э. д. с. универсального кол­ лекторного двигателя при работе его от сети переменного тока. В диаграмме угол между приложенным к зажимам двигателя на­

вдиаграмме величины.

19.Активное падение напряжения в двигателе при работе его от сети переменного тока

AU'a = AUz+AU ^+AU 'c, В,

где АU2 — берется из позиции 24; А1/щ— из табл. 1.1 позиции 28 гл. 1, согласно принятой марки щеток, АUc — из позиции 15 дан­ ной главы.

20. Индуктивное падение напряжения от полей рассеяния в двигателе

Индуктивное падение напряжения рассеяния в обмотке якоря при работе его от сети переменного тока определяется по следующей приближенной формуле:

185

Индуктивное падение напряжения рассеяния в обмотке возбуж­ дения

/ 2*ас = 4>44/12pW';To( а - 1)Фв, В..

Индуктивное падение напряжения рассеяния в двигателе

АV' ' ^2Хо2“Ь ^2Ха в .

В этих формулах у0 = 0,75 -н 0,85 — коэффициент сцепления поля рассеяния с обмоткой возбуждения; а = 1; /у берется по за­ данию; 2р и / 2 — из позиции 2; 10 — из позиции 4; N й — из по­

21. Э. д. с. самоиндукции в обмотке якоря от пульсации поперечного поля якоря

Эта э. д. с. определяется по следующей приближенной формуле:

22.Э. д. с. самоиндукции в обмотке возбуждения от пульсации главного поля полюса

Э.д. с. от пульсации главного поля определяется по известной формуле:

£; = 4,44/12р^;ф б) В,

где fi берется по заданию; 2р — из позиции 2 ; Wc — из позиции 11 гл. 7, Фа — согласно позиции 8 гл. 1.

23. Коэффициент мощности двигателя

Согласно диаграмме рис. 7.4, активная и индуктивная состав­ ляющие приложенного к зажимам двигателя напряжения в воль­ тах при р = 0 будут:

активная составляющая напряжения

Ua = AU'a + E-,

индуктивная составляющая напряжения

и а = ^ о + Еч1 + Е'сГ,

напряжение на зажимах двигателя

Uпр = VУ ü а2 +1 U2а .

186

1.

Если значение корня получилось не равным напряжению по за­ данию, следует несколько изменить величину э. д. с. вращения Е и пропорционально ей поле Фб так, чтобы получился требуемый результат.

Искомый коэффициент мощности двигателя при нагрузке будет

cos ер = Ua/Unp,

зиции 20; Eqt — из позиции 21; Ect — из позиции 22 данной главы.

Расчет дополнительной обмотки возбуждения постоянного тока

При работе универсального коллекторного Двигателя от сети постоянного тока коэффициент мощности становится равным еди­ нице и потребляемый им ток из сети будет меньше.

24. Ток и э. д. с. якоря при работе двигателя от сети постоянного тока

где Р 2 и £/п- с — берутся по заданию; т)' — согласно кривой рис. 7.2.

25. Полезное поле полюса в воздушном зазоре при работе двигателя от сети постоянного тока

60а£'

ф : Вб, pnNa

где а = 1; п берется по заданию; р — из позиции 2 ; Л А - из позиции 8; Е' — из позиции 24 данной главы.

26. Полная м. д. с. возбуждения постоянного тока, приходящаяся на пару полюсов

Расчет м. д. с. возбуждения Fc производится по формулам по­ зиций 38—42 и 45—46 гл. 1, в которых индукции каждого участка

187

27. Число витков дополнительной обмотки возбуждения на полюс

Общее число витков обмотки возбуждения, приходящихся на один полюс при работе двигателя от сети постоянного тока,

С

Число витков дополнительной обмотки возбуждения, приходя­ щихся на один полюс,

w С: = wС — w 'С ’

где Wc берется из позиции 11; / 2 — из позиции 24; F"c — из пози­ ции 26 данной главы.

28. Сечение и диаметр провода дополнительной обмотки возбуждения

Предварительно

где h — берется из позиции 24; /с — согласно кривым рис. 1.16, в зависимости от вращающего момента и режима работы двигателя.

По ГОСТ (приложение I) окончательно выбираются ближайшие сечение и диаметр провода:

29. Окончательная плотность тока в дополнительной обмотке возбуждения

i \ = h - , А/мм2,

где /' берется из позиции 24; q"c — из позиции 28 данной главы.

30.Сопротивление дополнительной обмотки возбуждения

в нагретом состоянии при 75° С

г, = 1,2 2 2р- сЧ і- Ом,

с5700дс

где W"', берется из позиции 27; <7" — из позиции 28 данной главы;

/срі — средняя длина витка обмотки возбуждения, см, определяе­ мая по эскизу расположения обмотки на полюсе.

31.Падение напряжения в обеих обмотках возбуждения при работе двигателя от сети постоянного тока

^ с = Г2{г'с + гс), В,

где г' берется из позиции 14; /' — из позиции 24; г" — из позиции 30 данной главы.

188

32. Проверка величины э. д. с. якоря при работе двигателя от сети постоянного тока

Полученная здесь величина э. д. с. Е' не должна отличаться от предварительного значения позиции 21 более чем на + 3%. При большем отклонении ее следует учесть замечания в позиции 52 гл. 1.

33.Потребная площадь окна

для размещения дополнительной обмотки возбуждения

7-6. ПОТЕРИ И КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Потери и к. п. д. универсального коллекторного двигателя рас­ считываются, так же как и машин постоянного тока, по формулам позиций 60—65 гл. 1.

При работе универсального двигателя от сети переменного тока полные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали У,РСопределяются следующим образом.

34.Масса стали станины, полюсов, сердечника и зубцов якоря

189