§ 25.5. Выбор типа обмотки

Применение в машине постоянного тока того или иного типа обмотки якоря определяется технико-экономическими требования­ми. Выбранный тип обмотки должен обеспечивать в машине необхо­димую ЭДС при заданном токе. При этом следует стремиться к минимальному числу уравнительных соединений. Требования эко­номического характера при выборе типа обмотки сводятся к воз­можно лучшему использованию пазов сердечника якоря, что опре­деляется значением коэффициента заполнения паза медью [см. (8.6)].

Выбранный тип обмотки должен содержать возможно меньшее число пазовых проводников N, так как в противном случае значи­тельная часть площади паза будет занята изоляцией этих провод­ников. Преобразуя выражение (25.20), получим

N = 60аЕ_а/(рФп).

Отсюда следует, что при заданных Е_а, р, Ф и п число провод­ников в обмотке прямо пропорционально числу пар параллельных ветвей. Поэтому при выборе типа обмотки следует отдавать пред­почтение обмоткам якоря с минимальным числом параллельных ветвей, например простой волновой обмотке с а=1, которая к то­му же не требует уравнительных соединений. В табл. 25.1 приведе­ны рекомендации по выбору типа обмотки якоря для двигателей постоянного тока общепромышленного применения в зависимости от числа полюсов и величины тока якоря [4].

К условиям, ограничивающим применение простой волновой об­мотки, следует отнести в первую очередь предельно допустимое значение тока в параллельной ветви (300—400 А) и среднее зна­чение напряжения между смежными коллекторными пластинами U_к.ср=2pU/K, которое не должно превышать (В):

Для машин мощностью до 1 кВт ..... 25—30 Для машин более 1 кВт без компенсационной

обмотки …………… 16

Для машин с компенсационной обмоткой .... 20

Таблица 25.1

Число полюсов 2р	Ток якоря, А	Тип обмотки якоря
2 4 4 4	- До 700 Свыше 700 до 1400 Свыше 1400	Простая петлевая » волновая » петлевая или комбинирован­ная Сложная петлевая (m = 2) или комби­нированная

Указанные предельные значения U_{K. cp} распространяются и на обмотки якоря других типов. При превышении указанных пределов появляется опасность возникновения в машине опасного явления, называемого круговым огнем (см. § 27.4).

Глава 26. Магнитное поле машины постоянного тока

§ 26.1. Магнитная цепь машины постоянного тока в режиме холостого хода

Магнитная система машины постоянного тока состоит из ста­нины (ярма), сердечников главных полюсов с полюсными наконеч­никами, воздушного зазора и сердечника якоря.

На рис. 26.1 показана картина магнитного поля четырехполюс-ной машины. При этом имеется в виду машина, работающая в ре­жиме х.х., когда МДС создается лишь обмоткой возбуждения, а в обмотке якоря и обмотке добавочных полюсов тока нет или он настолько мал, что его влиянием на картину магнитного поля мож­но пренебречь. В целях упрощения на рисунке не показаны доба­вочные полюса, так как в режиме х.х. их влияние на картину маг­нитного поля машины незначительно.

Рис. 26.1. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме х.х.

Как это следует из рис. 26.1, магнитный поток главных полюсов состоит из двух неравных частей: большая часть образует основ­ной магнитный поток Ф, а меньшая — магнитный поток рассеяния полюсов Ф_σ. Поток рассеяния учитывается коэффициентом рассея­ния δ (см. § 20.1).

Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. определяется суммой магнитных напряжений на участ­ках магнитной цепи (рис. 26.2):

где F_δ, F_z, F_m, F_a, F_я — магнитные напряжения воздушного зазора, зубцового слоя якоря, главного полюса, спинки якоря, станины (ярма) соответственно.

Если машина имеет компенсационную обмотку (см. § 26.4), то в (26.1) следует ввести еще одно слагаемое F_zm, представляющее собой магнитное напряжение зубцового слоя главного полюса.

Порядок расчета магнитных напряжений на участках магнит­ной цепи машины постоянного тока в принципе такой же, что и в случае асинхронной машины (см. гл. 11). При этом расчет магнит­ных напряжений станины и сердечника главного полюса ведут по магнитному потоку главного полюса Ф_т, который больше основно­го потока Ф на значение потока рассеяния Ф:

где — коэффициент рассеяния.

При заданном значении ЭДС машины Е_а определяют требуемое значение основного магнитного потока [см. (25.20)] (Вб):

Ф = 60 aE_а(pNn) (26.2)

Далее рассчитывают магнитную индукцию для каждого участ­ка магнитной цепи:

B_x=Ф_x/S_x (26.3)

Рис. 26.2. Магнитная цепь машины постоянного тока

где Ф_х — магнитный поток на данном участке магнитной цепи, Вб;

S_x — площадь поперечного сечения этого участка, м².

Получаемые при этом значения магнитной индукции (Тл) на

различных участках магнитной цепи для машин постоянного тока

общепромышленного применения должны находиться в пределах

приведенных ниже значений:

Воздушный зазор 0,4—1,0

Зубцовый слой якоря 1,7—2,6

Сердечник якоря 0,7—1,5

Сердечник полюса 1,4—1,7

Станина 1,1—1,4

Меньшие значения индукции соответствуют машинам малой

мощности.

По таблицам или кривым намагничивания для соответствующих ферромагнитных материалов находят напряженность магнитного поля на участках магнитной цепи Н_х, а затем определяют маг­нитное напряжение (А)

F_x=H_xl_X

и МДС обмотки возбуждения на пару полюсов по (26.1).

Значения магнитных напряжений для различных участков маг­нитной цепи неодинаковы и зависят от магнитных сопротивлений этих участков. Наибольшим магнитным сопротивлением обладает воздушный зазор, поэтому магнитное напряжение F_δ намного больше любого из слагаемых выражения

Рис. 26.3. Пазы якоря

(26.1). Другие участки маг­нитной цепи выполняют из ферромагнитных материалов. В маши­нах постоянного тока для изготовления различных элементов маг­нитной цепи применяют следующие материалы.

Сердечник якоря — тонколистовые электротехнические стали марок 2013, 2312 и 2411 толщиной 0,5 мм (см. табл. 11.1).

Сердечник главного полюса — листовая анизотропная (холоднокатаная) сталь марки 3411 толщиной 1 мм, пластины не изолируют, коэффициент заполнения сердечника сталью k_cт=0,98.

Станина — в машинах малой мощности станину выполняют из стальных цельнотянутых труб, а для машин средней и большой мощности станины делают сварными из листовой конструкционной стали марки СтЗ.

Пазы сердечника якоря делают либо овальными полузакрытыми (зубцы с параллельными стенками, рис. 26.3, а), либо открытыми прямоугольной формы (пазы с параллельными стенками, рис. 26.3,б).

Магнитная характеристика машины постоянного тока Ф* = f(F*) в принципе не отличается от кривой, показанной на рис. 11.5. Коэффициент насыщения магнитной цепи

k_μ=ba/bc=1/(2F_δ*), (26.4)

для машин постоянного тока k_μ = 1,201,70.