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

2)переходные потери в контактах щеток и коллектора;

3)магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря;

4)механические потери (трение в подшипниках, якоря о воздух, щеток о коллектор);

5)добавочные потери.

60.Потери в обмотках якоря и возбуждения

а.Потери в обмотке якоря

р = /V Вт

б. Потери в последовательной обмотке возбуждения

в. Потери в параллельной обмотке возбуждения

р м. ш = ршгш = и і ш’, Вт.

В этих формулах / 2 берется из позиции 2; г2 — из позиции 23; гс — из позиции 50; / ш — из позиции 56; гш — из позиции 59.

В двухколлекторном генераторе потери в якоре определяются для двух обмоток его и затем суммируются.

61.Переходные потери в контактах щеток и коллектора

В двухколлекторном генераторе эти потери вычисляются для каждого коллектора и суммируются.

62. Магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря

а. Масса стали сердечника якоря

Ос2 = 5,5 (й н2— 2/іп2)2 l0 ■IO-3, кг.

б. Масса стали зубцов якоря

Оа2 = 7,8гЛ аАп2/о-10 , кг,

где П н2 и /0 берутся из позиции 4; z2 — из позиции 10; Ьз2 и /гп2 — из позиции 21.

в. Потери на гистерезисе и вихревые токи в стали сердечника якоря

Рс2 = Рс2 ВсгОс2і Вт.

г.Потери на гистерезис и вихревые токи в стали зубцов якоря

Р32 — Рз2 Вз2р 3ъ, Вт.

60

д. Полные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря

^ ^с = ^с2 "Ь £*з2> Вт,

где Вз2 берется из позиции 39; Лс2 — из позиции 40. е. Удельные потери в стали

Рв=28(«ю)+?'5р(™)’' Вт/кг;

p» = 1H m j + 3 f {m)‘•Вт/кг'

при этом /2 берется из позиции 7; е и р — из табл. 1.4.

Таблица 1.4

63. Механические потери в машине

Потери на трение щеток о коллектор

В двухколлекторном генераторе эти потери вычисляются для каждого коллектора и суммируются.

Потери на трение в шарикоподшипниках можно приближенно определить по формуле1-

Рт. n = ^т~ѵ2-1СГ3 = kmGan ■ІО-3, Вт. а0

Коэффициент k m для малых машин с шарикоподшипниками (по опытным данным) составляет km = 1 -г- 3, при этом большее его значение относится к нижнему пределу рассматриваемого здесь диапазона мощностей.

Масса (вес) якоря

Ga = "T' [DUоУа+ DllKyK) • IO“ 3, кг.

4

Средняя удельная масса якоря и коллектора

Ya ~ 7к ~ 8,5 Г/СМ8.

1 СЭТ, т. V, отд. 33, стр. 92.

61

Потери на трение якоря о воздух вообще не поддаются точному учету; для машин малой мощности при скоростях вращения при­ мерно до 12 000 об/мин их можно приближенно определить по сле­ дующей формуле:

Рт. в ~ 2£>н2П% • 10—І4, Вт,

а при скоростях вращения более 15000 об/мин — по формуле

Рт. В~ 0,3DH2 fl + 5 - £ - ) /г3 - ІО-16, Вт.

Полные механические потери в машине (без вентиляции)

62

данной номинальной, то для получения последней следует опреде­ лить соответствующее ей новое значение тока якоря из уравнения

Л*

В\

4

после этого нужно внести поправку в значение потерь Р м2, Рм1, Рщ.к и 2 ^ по позициям 60, 61 и 64 и вычислить окончательное зна­ чение к. п. д. электродвигателя.

при этом Р 2 и U берутся по заданию; / ш — из позиции 2; г2 — из позиции 23; Ді/Щ— из табл. 1.1 позиции 28 согласно принятой марки щеток; гс — из позиции 50; 2 — из позиции 62, Рмх — из позиции 63; £ — из позиции 64.

66. Рабочие характеристики электродвигателей

Под рабочими характеристиками электродвигателей постоян­ ного тока малой мощности понимаются графически изображенные зависимости тока якоря, потребляемой мощности, скорости вра­ щения, полезной мощности на валу и к. п. д. от полезного вращаю­ щего момента при постоянном напряжении на зажимах (рис. 1.17):

63

Таблица 1.5

1 Для двигателя параллельного возбуждения.

2 Для двигателя параллельного возбуждения; при последовательном возбуждении / 2 = I.

3 Для двигателя последовательного возбуждения.

4 Для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном возбуждении At/C= 0.

6 Для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном возбуждении FB= 21ѴШ1Ш.

“ Для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном возбуждении PKl= U I w

64

деляется по характеристике холостого хода рис. 1.15 с помощью результирующей м. д. с. F’p = FB—FR .

По данным табл. 1.5 строятся кривые рабочих характеристик двигателя, как показано на рис. 1.17.

67. Кратность наибольшего пускового момента электродвигателя

При пуске в ход электродвигателей постоянного тока малой мощности требуемый от них пусковой вращающий момент обуслов­ ливается характером нагрузки на валу и условиями разгона меха­ низма. Обычно пусковой момент таких двигателей должен значи­ тельно превосходить номинальный, с тем чтобы он был способен преодолевать повышенный нагрузочный момент на валу. У электро­ двигателей постоянного тока кратность наибольшего пускового момента по отношению к номинальному должна быть не менее 4—5, а в ряде случаев и более.

Как известно, вращающий момент электродвигателя постоян­

где N г — число проводников обмотки якоря; 2а и 2р — числа па­ раллельных ветвей обмотки якоря и полюсов электродвигателя; Ф6 — полезное поле полюса в воздушном зазоре, Вб; / 2 — ток якоря, А.

Как показывает уравнение (1-8), при данных параметрах якоря кратность наибольшего пускового вращающего момента электро­ двигателя по отношению к номинальному, очевидно будет иметь место при наибольшем поле в воздушном зазоре и максимальном токе якоря, получающихся при его неподвижном состоянии:

(1-9)

где срп = Ф6п/Фб — относительное значение полезного поля по­ люса в воздушном зазоре при пуске в ход двигателя в долях его номинального значения; і2т — / 2т/ / 2 — кратность пускового тока в долях номинального тока якоря, составляющая

при этом е2 = / 2г2//7 — относительное падение напряжения в цепи якоря; ещ == Аи щ/и — относительное падение напряжения в кон­ такте щеток и коллектора; U — напряжение на зажимах двигателя, В; г2 —- омическое сопротивление цепи якоря, Ом; А£/щ — падение напряжения в контактах двух разноименных щеток и коллектора, В.

Характер зависимости кратности пускового момента от парамет­ ров электродвигателей в значительной мере определяется способом их возбуждения.

65

Электродвигатель параллельного возбуждения

В этом случае, пренебрегая влиянием м. д. с. якоря на полезное поле полюса в воздушном зазоре и предполагая предварительно включенной в сеть обмотку возбуждения, можно положить срп = 1. Тогда кратность наибольшего пускового момента электродвига­ теля параллельного возбуждения по отношению к номинальному по уравнению (1-9) будет

tnn~^2m‘ (I'll) Если выразить омическое сопротивление якоря через обмоточ­ ные данные и размеры последнего, то с учетом уравнений (1-10) и (1-11) кратность наибольшего пускового момента рассматривае"

мого двигателя

5700(1 — Ещ) U U ( 1- 12)

пІ)І2 (5 + k)A2i2

Таким образом, кратность наибольшего пускового момента элек­ тродвигателя параллельного возбуждения по отношению к его номинальному вращающему моменту при постоянном произведе­ нии линейной нагрузки на плотность тока в обмотке якоря обратно пропорциональна квадрату диаметра якоря, или же при данном диаметре якоря — обратно пропорциональна указанному произ­ ведению Л 2/ 2.

Электродвигатель последовательного возбуждения

В этом случае при пуске в ход электродвигателя полезное поле полюса в воздушном зазоре вместе с током якоря достигает наи­ большего значения, поэтому срп)>1, и кратность наибольшего пу­ скового момента электродвигателя последовательного возбуждения будет определяться уравнением (1-9).

Величина полезного поля полюса при пуске Ф6п, как показывает рис. 1.18, определяется кривой на­ магничивания электродвигателя. Оче­ видно, это поле соответствует наи­ большему значению тока якоря / 2т.

Если выразить омическое сопро­ тивление цепи якоря через обмоточ­ ные данные и его размеры, а также через систему возбуждения, то крат­ ность пускового тока рассматривае­ мого двигателя будет

66

намагничивания (рис. 1.18) приближенно представить аналитически следующим уравнением:

или опытной кривой намагничивания электродвигателя, возможно дальше отстоящей от начала координат.

После этого кратность наибольшего пускового момента электро­ двигателя последовательного возбуждения по уравнению (1-9) бу­ дет

68. Электромеханическая постоянная времени электродвигателей

Для электродвигателей малой мощности кратковременного или повторно-кратковременного режима работы и с частым реверсиро­ ванием большое значение имеет величина электромеханической постоянной времени Tw которая в этом случае должна быть воз­

можно меньшей. Эту постоянную можно определить по следующему уравнению [12]:

Jn 2 ■ 10~5

с,

9,2т пР 2

где Р 2 — номинальная мощность на валу двигателя по заданию, Вт; п — скорость вращения якоря по заданию, об/мин.; J ^

Ä ; 8£)Д/0-1СГ4 — момент инерции якоря, кг■см2; £>„2 и /0 — диа­ метр и длина пакета якоря, см; тп — кратность пускового момента двигателя по уравнениям (1-12) или (1-16) позиции 67.

69. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Под внешней характеристикой генератора параллельного воз­ буждения понимается графически изображенная зависимость на­ пряжения на зажимах от тока якоря при постоянных значениях

67

сопротивления цепи возбуждения и скорости вращения:

і/ = / ( / 2) при /‘ш —const; п = const.

На рис. 1.19 представлено построение внешней характеристики рассматриваемого генератора с помощью характеристики холостого

Ди ..= Ч±—Ч-. 100= Ло°о — Д/. . юо.

иBf

1-9. РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ВИБРАЦИОННЫМ РЕГУЛЯТОРОМ

Во многих областях техники встречаются различные механизмы и устройства автоматики, в которых используются малые двига­ тели постоянного тока со стабилизированной скоростью вращения. К ним относятся, например, программные механизмы, телеизмери­ тельные устройства, системы записи и воспроизведения звука и др.

Для стабилизации скорости вращения этих двигателей при пе­ ременных условиях их работы применяются специальные регуля­ торы скорости вращения.

Они воздействуют или на напряжение или на ток возбуждения и поддерживают постоянство скорости вращения двигателя с опре­ деленной степенью точности.

Устройства стабилизации скорости вращения малых двигателей постоянного тока могут быть подразделены на:

а) системы с центробежным регулятором скорости; б) то же в сочетании с полупроводниковыми приборами;

68

в) устройства с регуляторами скорости на полупроводниковых приборах.

Стабилизация скорости вращения посредством центробежного вибрационного регулятора применяется в двигателях постоянного тока параллельного возбуждения при мощностях от нескольких единиц до сотен ватт и в двигателях последовательного возбужде­ ния или с возбуждением постоянными магнитами при мощностях от долей до нескольких ватт.

В двигателях параллельного возбуждения стабилизация ско­ рости вращения осуществляется изменением тока возбуждения за счет периодического шунтирования добавочного сопротивления

Рис. 1.20. Схема двигателя параллельного возбуждения с ре­ гулятором скорости

в цепи возбуждения вибрирующими контактами центробежного регулятора (рис. 1.20). При вибрации контактов регулятора в уста­ новившемся режиме сопротивление цепи возбуждения двигателя скачкообразно совершает периодические колебания от минималь­ ной величины гш до максимальной гш + р около некоторого сред­ него эффективного значения [12]:

тока возбуждения, обеспечивающего стабилизируемую скорость вращения при данном режиме работы:

69