- •Проектирование машин постоянного тока
- •11.1. Серии машин постоянного тока
- •(Пазы овальные полузакрытые, обмотка двухслойная всыпная из круглого эмалированного провода, напряжение до 600в)
- •11.2. Задание на проектирование машины постоянного тока
- •11.3. Выбор главных размеров
- •11.4. Расчет обмотки и пазов якоря
- •11.5. Расчет воздушного зазора под главными полюсами. Компенсационная обмотка
- •11.6. Расчет магнитной цепи
- •11.7. Расчет оемотки возбуждения
- •11.8. Расчет коммутации
- •11.9. Расчет добавочных полюсов
- •11.10. Потери и кпд. Рабочие характеристики
(Пазы овальные полузакрытые, обмотка двухслойная всыпная из круглого эмалированного провода, напряжение до 600в)
Высота оси ращения. |
Позиция на рис. |
Материал |
Число слоев |
Односторонняя | ||
|
Толщина, мм | |||||
Класс нагревостойкости | ||||||
В |
F | Н | |||||
|
|
Пленкостеклопласт |
|
|
| |
80-112 |
1 2 |
Изофлекс |
Имидофлекс
|
0,35 0,35 |
1 1 |
0,35 0,35 |
|
|
Пленкостеклопласт |
|
|
| |
132-200 |
1 2 |
Изофлекс |
Имидофлекс |
0,25 0,25 |
2 2 |
0,25 0,25 |
Примечание.Прокладку между катушками в лобовых частях обмотки выполняют из изофлекса.
Концы обмоток якоря впаивают в петушки коллекторных пластин. Траверса щеткодержателей крепится с помощью болтов к подшипниковому щиту со стороны коллектора. Щеткодержатели изолированы от подшипниковых щитов текстолитовыми кольцами. Аксиальную принудительную вентиляцию двигателя осуществляют со стороны привода. Воздух забирается через жалюзи, выполненные в защитной ленте со стороны коллектора, и выбрасывается через отверстия в защитной ленте со стороны привода (выходного вала). Для рационального распределения охлаждающего воздуха над активными частями машины предусмотрен диффузор.
Со стороны коллектора на валу предусмотрено балансировочное кольцо. В подшипниковых щитах со стороны привода и со стороны коллектора установлены шариковые или роликовые подшипники. Концы обмоток якоря и возбуждения выводят к болтам панели, размещенной в коробке выводов.
В конце 70-х годов было начато проектирование ив 1984 г. завершено освоение новой серии 4П двигателей постоянного тока, на базе которых создаются регулируемые электроприводы с высокими динамическими и эксплуатационными показателями для нужд станкостроения и других областей машиностроения. Двигатели серии III имеют диапазон регулирования частоты вращения 1:5 при регулировании магнитным потоком двигателя и 1:1000 при тиристор-ном регулировании напряжения в цепи якоря [5, 16].
Конструктивно эти двигатели выполнены закрытыми, со степенью защиты IР44, с полностью шихтованным магнитопроводом стартера, запрессованным в круглый чугунный или алюминиевый корпус. Способ охлаждения — IС0041 (без вентиляции) или IС0141 с поверхностным охлаждением посредством вентилятора, установленного на валу двигателя. При прямоугольном сечении пакета статора двигатели выполняют без корпуса, способ охлаждения — IС06 или IС05.
По условиям эксплуатации серия 4П выпускается для нормальных условий и для тяжелых условий эксплуатации, соответствующих их работе в механизмах экскаваторов, буровых установок, в оборудовании металлургического производства, в крановом оборудовании и др. Структура серии 4П приведена в табл. 10.7.
Закрытые и обдуваемые двигатели мощностью до 10 кВт с регулированием частоты вращения магнитным потоком составляют почти 2/3 общей потребности народного хозяйства в машинах постоянного тока.
Для повышения технологичности конструкции двигателей серии 4П и использования в их производстве технологического оборудования, созданного под серию 4А асинхронных двигателей, магнитопровод статора этих машин унифицирован с пакетом статора асинхронных машин. При такой конструкции магнитопровода статора машин серии 4П обмотка возбуждения укладывается в два паза в пределах полюсной дуги основного потока, а во всех остальных пазах равномерно располагается компенсационная обмотка. Распределение обмоток возбуждения и компенсационной обмотки в пазах магнитопровода статора позволяет обеспечить полную компенсацию реакции якоря не только в режимах номинальной нагрузки, но и при больших кратностях перегрузки по току якоря.
Распределение обмоток по пазам статора одновременно улучшает теплоотдачу обмоток, позволяет увеличить плотность тока в обмотках возбуждения, компенсационной и добавочных полюсов и довести их до уровней, установленных для статорных обмоток асинхронных машин. При применении шихтованного магнитопровода статора машин постоянного тока уменьшается магнитная несимметрия и повышается коммутационная надежность двигателей в стационарных и динамических режимах, улучшаются динамические показатели машины при питании от тиристорных преобразователей напряжения.
Таблица 11.5. Изоляция обмотки якоря машин постоянного тока (пазы открыты, обмотка из прямоугольного провода, h= 225...315 мм, напряжение 600 В)
Часть обмотки |
Позиция на рис. |
Материал, марка |
Толщина, мм |
Число слоев |
Двусторонняя толщина изоляции | |||||||
Класс нагревостойкости |
Класс нагревостойкости |
по ширине |
по высоте при | |||||||||
B |
F |
H |
B F,H |
B |
F,H |
1 |
2 |
3 |
4 | |||
Пазовая |
1 |
Слюдопластофолий ИФГ-Б |
Синтофолий F |
Синтофолий H |
0,15 0,16 |
4,5 оборота |
3,5 оборота |
1,1 |
2,2 |
2,2 |
2,2 |
2,2 |
2 |
То же |
То же |
То же |
0,15 0 ,16 |
0—6 |
|
|
0,3 |
0,6 |
0,9 | ||
3 |
Стеклолакоткань ЛСП |
0,15 |
1 |
1 |
0,3 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 | |||
|
Стеклотекстолит |
|
|
|
|
|
|
|
| |||
4 |
СТ |
СТЭФ |
СТК |
0,5 |
1 |
1 |
|
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 | |
5 |
СТ |
СТЭФ |
СТК |
0,5 |
1 |
1 |
|
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 | |
6 |
СТ |
СТЭФ |
СТК |
0,5 |
1 |
1 |
|
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 | |
|
Допуск на укладку обмотки |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 | ||||||
|
Общая толщина изоляции в пазу (без витковой, без высоты клина или без высоты бандажной канавки) |
1,7 |
4,8 |
5,1 |
5,4 |
5,7 | ||||||
Лобовая |
7 |
Стеклослюдинитовая лента |
Пленка полиамидная марки ПМ 0,053 |
0,15 |
1 вполнахлеста |
|
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 | |
8 |
Стеклянная лента ЛЭС |
0,1 |
То же |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4
| |||
Общая толщина изоляции катушки в лобовой части (без витковой) |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Эти двигатели допускают работу без включения в цепь якоря дополнительного сглаживающего реактора. При номинальной мощности допустима пульсация тока до 15%, а при увеличении коэффициента пульсации до 45% мощность двигателя должна быть снижена на 10%.
На рис. 11.4 показана конструкция двигателя постоянного тока типа 4ПО, в которой детали и узлы максимально унифицированы с конструкциями асинхронных машин. Приняты одинаковыми внешние диаметры пакетов стали статоров и длины пакетов в обеих конструкциях. Подшипниковые щиты на стороне, противоположной коллектору, станины, коробки выводов, вентиляционные и подшипниковые узлы, используемые в конструкциях серии 4А, могут быть применены в двигателе серии 4П. Поэтому операции штамповки листов, сборки пакетов статора и ротора, запрессовки их в станину и на вал осуществляются на оборудовании, предназначенном для производства асинхронных двигателей.
Воздушный зазор в рассматриваемых конструкциях выполняется равномерным, без увеличения его под краями главных полюсов. Исполнение двигателя по степени защиты IР44 повышает надежность этих двигателей в эксплуатации. Конструкция изоляции обмоток якоря и статора двигателей серии 4П соответствует изоляции асинхронных машин серии 4А и машин постоянного тока серии 2П. Класс нагревостойкости изоляции обмоток: F — для магнитной системы и Н — для якоря.
Рис. 11.4. Машина постоянного тока серии 4П:
1 — корпус; 2 — магнитопровод статора; 3 — щит подшипниковый передний;
4 — сердечник якоря; 6 - кожух, 7 – коробка выводов; 8 — коллектор; 9 — токосъемное устройство
Таблица 11.6. Изоляция обмотки якоря двигателей постоянного тока (пазы прямоугольные, открытые, обмотки двухслойная петлевая, волновая, лягушачья разрезная с жёсткими формированными катушками из провода марки ПСД (Класс нагревостойкости F) и ПСДК (Класс нагревостойкости H), h=355…500 мм, напряжение 1000В.
Часть обмотки |
Позиция |
Материал |
Толщина, мм |
Число слоев |
Двусторонняя толщина изоляции, мм | |||||||
Наименование, марка |
Класс нагревостойкости |
по ширине |
по высоте | |||||||||
Класс нагревостойкости | ||||||||||||
F |
H |
F |
H |
F |
H |
2 |
3 |
4 |
5 |
| ||
Пазовая |
1 |
Стеклянная лента ЛЭС |
Полиимидная пленка ПМ |
0,1 |
0,05 |
1 впритык |
1 вполнахлеста |
0,02 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
0,8 |
2 |
Бумага фенилоновая |
— |
0,05 |
1 впритык |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,4 | ||
3 |
Полиимидная пленка |
ПМ |
0,05 |
3 вполнахлеста |
|
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
1,2 | ||
4 |
Бумага фенилоновая |
|
0,05 |
1 впритык |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,2 | ||
5 |
Стеклянная лента ЛЭС |
|
0,1 |
1 вполнахлеста |
|
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,8 | ||
6 |
Бумага фенилоновая |
|
0,2 |
1 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 | |||
7 |
Стеклостекстолит |
СТК |
0,5 |
1 |
— |
— |
— |
— |
0,5 | |||
8 |
То же |
СТК |
0,5 |
1 |
— |
— |
— |
— |
0,5 | |||
9 |
« |
СТК |
0,5 |
1 |
— |
— |
— |
— |
0,5 | |||
|
Допуск на укладку |
— |
— |
— |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,5 | |||
|
Общая толщина изоляции в пазу (без витковой, без высоты клина) |
— |
|
— |
2,1 |
2,1 |
2,3 |
2,3 |
5,8 | |||
Лобовая |
10 |
Стеклянная лента ЛЭС |
Полиимидная пленка ПМ |
0,1 |
0,05 |
1 впритык |
1 вполнахлеста |
0,2 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
11 |
Бумага фенилоновая |
|
0,5 |
1 впритык |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 | ||
12 |
Полиимидная пленка ПМ |
|
0,05 |
1 вполнахлеста |
|
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 | ||
13 |
Бумага фенилоновая |
|
0,05 |
1 впритык |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 | ||
14 |
Стеклянная лента ЛЭС |
|
0,1 |
1 вполнахлеста |
|
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 | ||
|
Общая толщина изоляции катушки в лобовой части (без витковой) |
— |
— |
|
|
1,2 |
1,2 |
1,4 |
1,4 |
1,5 |
Таблица 11.7. Структура двигателей серии 4П
Исполнение |
Тип |
Высота оси вращения, мм |
Номинальный вращающий момент, Н-м |
Способ охлаждения |
Степень защиты |
Закрытые обдуваемые с нормальным регулированием
|
4ПО
|
80
|
2,3 |
IС0141
|
IР44
|
3,5 | |||||
4,7 | |||||
100
|
5,6 | ||||
7,1 | |||||
9,5 | |||||
112 |
14 | ||||
19 | |||||
132 |
25 | ||||
35 | |||||
160 |
47 | ||||
Закрытые с естественным охлаждением
|
4ПБ
|
100
|
1,2 |
|
IР44
|
1,6 |
| ||||
2,4 |
| ||||
112 |
7,1 |
IС0041 | |||
9,5 |
| ||||
|
| ||||
132 |
14 | ||||
| |||||
|
19 |
| |||
160
|
25 |
IС0041 | |||
| |||||
35 |
| ||||
Широкорегулируемые с принудительной вентиляцией
|
4ПФ
|
112 |
53 |
|
IР23
|
|
71 |
| |||
132
|
95 |
| |||
118 |
| ||||
140 |
| ||||
160
|
190 |
| |||
236 |
| ||||
280 |
| ||||
180
|
|
| |||
355 |
| ||||
475 |
IС05, | ||||
200 |
560 | ||||
710 |
IС06 | ||||
225
|
850 |
| |||
| |||||
| |||||
1000 |
| ||||
1250 |
| ||||
250 |
1500 |
| |||
280
|
1700 |
IС06 | |||
| |||||
2120 |
| ||||
Крупные двигатели для тяжелых условий эксплуатации
|
|
355
|
3000 |
|
IР23 |
3750 |
| ||||
4750 | |||||
|
450
|
6000 |
|
| |
| |||||
9500 |
| ||||
15000 |
|
Сравнение степени использования объема двигателей постоянного тока серии 4П и асинхронных двигателей серии 4А показывает, что мощность двигателя постоянного тока унифицированной конструкции равна приблизительно 2/3 номинальной мощности «синхронного двигателя серии 4А при той же высоте оси вращения. Однако по сравнению с двигателями серии 2П достигнуто значительное снижение расхода активных материалов на единицу мощности. Например, в диапазоне мощностей от 15 кВт до 20 кВт расход обмоточной меди в двигателях новой серии на 20...30 % меньше, чем в двигателях серии 2П [5, 16].