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

23. Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии

где Л/2 берется из позиции 12, </2 — из позиции 17, /ср2 — из по­ зиции 22; /гѳ = 1 + 0,004 (О—20) — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании ее от 20 до О-0 С.

24. Падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке

Дt/2 = / 2r2, В,

где / 2 — берется из позиции 2, л, — из позиции 23.

Падение напряжения в обмотке якоря электродвигателей и ге­ нераторов малой мощности составляет примерно 10—20% номи­ нального напряжения машины в зависимости от величины этого напряжения и режима работы машины. Меньшие значения падения напряжения относятся к машинам продолжительного режима ра­ боты и напряжением ПО В и выше.

В случае двухколлекторного генератора сопротивления и па­ дения напряжения определяются для каждой обмотки якоря в от­ дельности.

1-5. КОЛЛЕКТОР, ЩЕТКОДЕРЖАТЕЛИ И ЩЕТКИ

В конструктивном, производственном и эксплуатационном от­ ношениях коллектор представляет собой наиболее ответственную часть машины. Коллекторные пластины в электродвигателях и ге­ нераторах малой мощности изготовляются из твердотянутой меди и изолируются друг от друга миканитом или пластмассой, а от кор­ пуса машины — миканитом или изолирующей пластмассой.

В целях устранения механических причин искрения коллектор должен иметь строго цилиндрическую и гладкую поверхность, кон­ струкция щеткодержателя должна обеспечивать правильное поло­ жение и работу щеток на коллекторе.

Конструкции коллекторов электродвигателей и генераторов постоянного тока малой мощности представлены на рис. 1.11.

Толщина тела малого коллектора обычно составляет

бк »(0,1-4 - 0,2) DK.

Щеткодержатели в рассматриваемых малых электродвигателях и генераторах применяются трубчатого и коробчатого типов. В них щетка расположена перпендикулярно к коллектору и давление пружины на нее действует непосредственно в радиальном направ­ лении. В трубчатых щеткодержателях это давление осуществляется с помощью винтовой пружины, а в коробчатых — спиральной.

В высокоскоростных машинах малой мощности при скоростях вращения порядка 10 000 об/мин и выше заметно усиливаются ме­ ханические вибрации щеток на коллекторе под влиянием биения

40

его из-за наличия некоторого эксцентриситета, нецилиндричности поверхности и других механических факторов. Вследствие этого происходит усиление искрения под щетками. Как показывает опыт,

Рис. 1.11. Коллекторы малых машин: а — развальцованный кол^ лектор; б — коллектор с втулкой из пластмассы

Рис. 1.12. Щеткодержатели малых машин: а — трубчатый

б— коробчатый

/— металлическая втулка; 2 — пружина; 3 — подшипниковый щит; 4 — зажим; 5 — коллектор; б — щетка; 7 —изолирующая втулка; 1 — палец пру­ жины; 2 — траверса; 3 — обойма; 4 — щетка; 5 — пружина

для уменьшения вибраций щеток в этом случае целесообразно при­ менять так называемые реактивные щеткодержатели, в которых щетки располагаются под некоторым углом к поверхности коллек­ тора в направлении вращения последнего.

Втулки трубчатых и обоймы коробчатых щеткодержателей вы­ полняются прямоугольной формы. На рис. 1.12 представлены по

41

одному из типов трубчатого и коробчатого щеткодержателей машин малой мощности. Длина щетки во втулке или обойме берется в пре­ делах 1,5 — 2 ширины щетки по оси коллектора. Щетка выступает из втулки или обоймы на 1—2 мм.

25. Предварительный диаметр коллектора

Диаметр коллектора DK предварительно выбирается из соотно­ шения

D'KÄ:(0,5-r-0,9)DH2, см,

где Dnо берется из позиции 4.

26. Ширина коллекторной пластины

Коллекторное деление

где К берется из позиции 11, DK— из позиции 25; в машинах ма­ лой мощности ширина коллекторных пластин обычно ßK= = 0,2 н- 0,5 см.

Толщина миканитовой или пластмассовой изоляции между кол­ лекторными пластинами в зависимости от напряжения составляет:

ß„ = 0,4 -г- 0,6 мм при напряжении до 30 В; ß„ = 0,6 -г- 0,8 мм при напряжении ПО В и выше.

После выбора ßK и ß„ окончательное коллекторное деление

^K= ßK+ ßH. см.

27. Окончательный диаметр коллектора и его окружная скорость

Диаметр коллектора

Окружная скорость коллектора

28.Сорт щеток и плотность тока под щетками

Внизковольтных электродвигателях постоянного тока малой мощности применяются преимущественно медно-графитные щетки

марок М-1, М-6 и МГ. В высоковольтных электродвигателях

42

43

44

(110—220В) находят применение также и другие сорта щеток, кроме указанных, например графитные марок Г-3 и Г-8 и электрографитированные марок ЭГ-8 и ЭГ-14.

В радиогенераторах на низковольтном коллекторе применяются медно-графитные щетки марок М-1, М-3 и М-6, а на высоковольт­ ном— электрографитированные щетки марок ЭГ-2 и ЭГ-14 и угольно-графитные марок Т-6 и УГ-2.

Физические свойства и плотности тока указанных сортов щеток,

29.Площадь сечения щетки и размеры ее

Площадь сечения

=-Ц- , см2,

РІ щ

оси коллектора; Ьщ — ширина щетки по дуге окружности коллек­ тора.

Высота щетки

/гщ = (1,5-г-2,0) ащ.

30.Окончательная плотность тока под щетками

/щ — — . А/см2, рОщбщ

31.Длива коллектора

Активная длина коллектора по оси вала, см

l'k = (1,5н-2,0) ящ.

Полная длина коллектора по оси вала, см

/к = /; + (3^ - 5) ^ .

где d2 берется из .позиции 17, ящ — из позиции 29.

45

32. Проверка коммутации

Так как в рассматриваемых машинах постоянного тока малой мощности добавочные полюсы в коммутационной зоне отсутствуют и щетки на коллекторе обычно располагаются соответственно по­ ложению геометрической нейтрали, то процесс коммутации тока в короткозамкнутых секциях якоря получается замедленным из-за наличия в них реактивной э. д. с. ер и э. д. с. поля якоря еа. Обе эти э. д. с. суммируются и вызывают в цепи короткозамкнутой сек­ ции добавочный ток, способствующий увеличению плотности тока на сбегающем крае щетки.

Вмомент размыкания цепи секции при наличии в ней указанных

э.д. с. и тока между краем щетки и сбегающей коллекторной пла­ стиной возникают небольшие электрические дуги в виде мелких искр. Интенсивность этих искр зависит от величины результирую­ щей э. д. с. в короткозамкнутой секции е = ер -f- <? . Во избежание недопустимого искрения под щетками величина э. д. с. в секции не должна превышать определенного значения. Однако коммутация тока в секции может также ухудшиться вследствие влияния поля полюсов, если ширина коммутационной зоны будет близка к рас­ стоянию между краями наконечников двух соседних полюсов.

Ширина коммутационной зоны

из позиции 27; Ьщ— из позиции 29.

Для благоприятной коммутации необходимо соблюдать соотно­ шение 6к-<0,8 (т2 — 60), где т 2 и Ь0 — берутся из позиции 6.

Удельная магнитная проводимость для полей рассеяния обмотки якоря при трапецеидальных пазах приближенно определяется по следующей формуле:

■ІО-8, Вб/(А-см),

где Іл2 = 1,2 £>н2 при 2р = 2; /л2 = 0,8 Dil2 при 2р — 4; при этом в случае круглых пазов нужно положить

= dП ^

и прямоугольных

&п 2 + 6п2

Среднее значение реактивной э. д. с. в короткозамкнутой секции якоря

ер = З Д гѴ іА Ѵ 102> В-

Как указывалось, в короткозамкнутой секции якоря, помимо реактивной э. д. с., индуктируется еще э. д. с. поля якоря. Эта э. д. с. может быть определена по следующей формуле [5]:

Средняя длина силовой линии поперечного поля якоря в междуполюсном пространстве машины

Для благоприятной коммутации машин малой мощности необ­ ходимо, чтобы значение результирующей э. д. с. в секции якоря составляло:

В случае двухколлекторного генератора расчет коллектора и щеток и проверка коммутации по позициям гл. 1 производятся для каждой обмотки якоря в отдельности.

1-6. МАГНИТНАЯ СИСТЕМА МАШИНЫ

Целью расчета магнитной системы электродвигателей и генера­ торов постоянного тока малой мощности является:

1)определение размеров магнитной системы машины — сече­ ния и длины полюсов и станины, сечения сердечника якоря;

2)определение необходимой м. д. с. возбуждения;

3)построение кривой намагничивания машины.

Имеются разнообразные конструкции магнитных систем элек­ тродвигателей и генераторов постоянного тока малой мощности, однако не .все они в одинаковой мере распространены. Наиболее часто встречающиеся из них представлены на рис. 1.13.

Магнитная система малых электродвигателей постоянного тока обычно выполняется или в виде сплошной стальной станины с отъем­ ными цельными или шихтованными полюсами (рис. 1.13, а), или же в виде шихтованной станины вместе с полюсами (рис. 1.13, б).

47

Расход меди на обмотку возбуждения при шихтованной станине получается несколько большим, чем при отъемных полюсах вслед­ ствие увеличенной средней длины витка катушки. Шихтованная станина и полюсы штампуются из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

Рис. 1.13. Конструкции магнитных систем малых машин: а — с отъемными полюсами; б — шихтованная система

Магнитная система генераторов постоянного тока малой мощ­ ности обычно выполняется в виде сплошного стального корпуса с отъемными цельными или шихтованными полюсами (рис. 1.13,а).

Катушки обмотки возбуждения заготовляются предварительно на шаблоне и затем укладываются на полюсы при сборке машины.

33. Длина воздушного зазора под полюсом

В машинах постоянного тока малой мощности длина воздушного зазора может быть определена по следующим приближенным фор­ мулам:

для электродвигателей продолжительного режима работы

6 ^ 0 , 2 5 ^ - - 10' , см;

Вб

для электродвигателей кратковременного режима работы

для генераторов

48

где диаметр вала по опыту построенных машин малой мощности можно принять

d-вл~ (0,18^-0,24) DH2I см.

Проверка индукции в сердечнике якоря

35. Размеры полюса

Осевая длина полюса в малых машинах

/п=:/„, см.

Высота сердечника полюса малых машин предварительно мо­ жет быть принята:

/in = (0,25-=0,40)DH2, с м ,

где £>н2 и і0 берутся из позиции 4.

Окончательная высота полюса уточняется при размещении об­ мотки возбуждения на полюсе.

Индукция в сердечнике полюса Вп в машинах для продолжи­ тельного режима работы принимается в пределах 1,0— 1,5 Т, а в машинах для кратковременного режима — в пределах 1,2—1,6 Т.

Тогда поперечное сечение сердечника полюса будет

где Фб берется из позиции 8; о = 1,08 -= 1,12 — коэффициент маг­ нитного рассеяния для малых машин; k 2 = 0,95 — коэффициент заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах; в случае цельных полюсов k 2 = 1 ,0 .