Учебное пособие 800253

После выбора числа зубцов Z, числа секций в пазу uп, числа витков в секции wc уточняется число эффективных проводников в пазу

N = 2 uп wс Z .

Для построения схемы обмотки якоря необходимо определить ее шаги как по пазам, так и по коллектору.

Первый частичный шаг обмотки принимается близким полюсному делению

K

y1 2p ,

где - укорочение или удлинение шага обмотки. Величина является дробной частью отношения К / 2p, которое при знаке "-" уменьшает его, а при знаке "+" дополняет до ближайшего целого.

При укорочении шага обмотки несколько снижается длина вылета лобовых частей и общая длина секции, поэтому чаще всего обмотки выполняются укороченными. Кроме того укорочение обмотки благотворно влияет на коммутацию машины.

Результирующий шаг (шаг по коллектору) и второй частичный шаг: для петлевой обмотки

для волновой обмотки

При знаке "-" в числителе обмотка будет левоходовой неперекрещенной, при знаке "+" - перекрещенной. Во всех случаях следует стремиться к неперекрещенной левоходовой обмотке.

После окончательного выбора варианта обмотки необходимо уточнить линейную нагрузку

Полученное при расчете значение линейной нагрузки не должно отличаться от принятого ранее (при определении главных размеров машины) более чем на (5 10) %, в ином случае следует применять обмотку с измененными параметрами.

Далее следует скорректировать расчетную длину воздушного зазора, используя уточненное значение линейной нагрузки

Поперечное сечение эффективного проводника

qa 2aIJ a ,

где Jа - плотность тока в обмотке якоря.

Определение допустимой плотности тока в обмотке якоря в зависимости от класса нагревостойкости изоляции возможно по значению произведения (А Jа), которое зависит от высоты оси вращения.

Для изоляции класса нагревостойкости В

Поперечное сечение эффективного проводника qа нормируется в соответствие со стандартными значениями /1, с. 470 - 476/. Если проводник круглого сечения, то для нормированного поперечного сечения определяются соответствующие диаметры неизолированного dгол и изолированного dиз провода. Если проводник прямоугольного сечения, то для нормированного поперечного сечения определяются ширина апр и высота bпр проводника.

Сопротивление обмотки якоря

где - удельное сопротивление материала проводника (для меди

= 1 / (57 106) Ом м);

mt - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления при рабочей температуре якоря, зависит от класса нагревостойкости изоляции обмотки якоря

mt = 1 + 0,004 (tp - 20 ),

где tр - рабочая температура, установленная ГОСТ 183-74 для определенных классов нагревостойкости изоляции (для класса нагревостойкости В - tр = 75С, а mt = 1,22; для класса нагревостойкости

F - tр = 115 С, а mt = 1,38);

lаср - средняя длина полувитка секций обмотки якоря: для овальных пазов и всыпной обмотки

lаср = lл + lп ; lп = l;

для прямоугольного паза lаср определяется по чертежу пакета якоря и обмоточным данным с уточнением переднего и заднего вылетов /1, с. 347/.

Масса проводников обмотки якоря

Ма = mм lаср N qа ,

где mм - удельная масса материала проводника (удельная масса меди mм = 8900 кг/м3).

3.3. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИИ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ

Форма паза и геометрия зубцовой зоны зависят от диаметра якоря, площади поперечного сечения эффективного проводника, а также от типа и конструктивных особенностей обмотки якоря.

При диаметре якоря D до 50 мм для упрощения формы штампа допускается применение пазов круглой формы.

При диаметре якоря D (200 250) мм и при поперечном сечении эффективного проводника qа до (8 10) мм2 пазы выполняют полузакрытыми овальной формы, а зубцы - с параллельными стенками.

Обмотка якоря таких машин выполняется всыпной из эмалированных медных проводников круглого сечения, образующих мягкие секции, которые легко можно уложить в пазы через сравнительно узкие шлицы. Для облегчения укладки провода в пазы рекомендуется, чтобы диаметр изолированного провода dиз не превышал 1,8 мм. Если требуется большее поперечное сечение, при котором диаметр изолированного провода dиз превышает 1,8 мм, то при укладке в полузакрытые пазы овальной формы, необходимо принимать несколько элементарных проводников nэл в одном эффективном

qа = nэл qэл .

Число элементарных проводников не должно превышать 12.

При диаметре якоря D 250 мм и при поперечном сечении эффективного проводника qа более 10 мм2 пазы выполняют открытыми с параллельными стенками.

Наиболее целесообразным, с точки зрения технологии обмоточных работ, является открытый паз с параллельными стенками. При прямоугольной форме проводников эти пазы обеспечивают наибольший коэффициент заполнения паза. Но, с другой стороны, при открытых пазах возрастает коэффициент воздушного зазора, увеличивается пульсация магнитного потока, возрастают зубцовые гармонические электромагнитного момента, увеличиваются поверхностные и пульсационные добавочные потери в магнитной системе.

При выбранной форме паза исходной величиной для расчета геометрии зубцовой зоны является площадь паза, обеспечивающая размещение в пазу проводников, изоляции и крепления с учетом коэффициента заполнения.

При овальной форме паза зубцы выполняются с равновеликим по высоте сечением. Ширина зубца предварительно определяется по формуле

где kс - коэффициент заполнения пакета якоря сталью, зависит от способа изоляционного покрытия листов якоря, а также от марки стали и высоты оси вращения машины (лакировка - 0,95, оксидирование - 0,97) ;

Вz - допустимое значение индукции в зубцах, зависит от исполнения машины по способу защиты (IP), способу охлаждения (IC) и частоты перемагничивания якоря f = p n / 60

Высота паза hп предварительно выбирается в зависимости от высоты оси вращения.

При выборе высоты паза необходимо иметь в виду, что высота ярма якоря hj должна быть больше минимальной, при которой магнитная индукция в ярме якоря Вj является предельно допустимой (Вj зависит от исполнения машины и частоты перемагничивания).

Обычно магнитопроводы якорей с овальными пазами выполняются без аксиальных каналов, а при h 250 мм - выполняют один ряд аксиальных каналов.

При определении hп и hj необходимо знать внутренний диаметр листов

якоря

Внутренний диаметр якоря D0 нормируется /1, с. 344/.

Высота шлица паза hш принимается равной (0,5 0,8) мм. Ширина шлица bш должна быть больше суммы максимального диаметра элементарного изолированного проводника и двусторонней толщины пазовой изоляции.

Радиусы паза принимаются такими, чтобы зубец был с параллельными стенками.

Большой радиус

Малый радиус

Расстояние между центрами

h1 = hп - hш - r1 - r2 .

Площадь паза в штампе

Sп = 2 (r12 + r22) + (r1 + r2) h1 .

Площадь сечения пазовой изоляции

Sиз = bиз (2 r1 + r2 + 2 h1),

где bиз - односторонняя толщина пазовой изоляции, зависит от класса нагревостойкости изоляции, качества изоляции и от высоты оси вращения машины (среднее значение односторонней толщины пазовой изоляции 0,5 мм).

Площадь пазового клина

Sк = (0,3 0,5) r12 .

Площадь поперечного сечения паза, которая должна быть заполнена обмоткой

Sпо = Sп - Sиз - Sк .

Сдругой стороны, площадь поперечного сечения обмотки, уложенной

водин паз, можно определить следующим образом

Sоб = 2 nэл dиз2 uп wс .

Отношение Sоб / Sпо называют коэффициентом заполнения паза

kSоб .

зSпо

Значение коэффициента заполнения паза kз не следует принимать больше, чем 0,72, так как при большем значении обмотка укладывается в пазы под значительным механическим воздействием, способным повредить изоляцию, что может повлечь за собой короткое замыкание витков обмотки или пробой обмотки на корпус. При значениях kз меньших 0,65, в связи с увеличением плотности тока в пазу, увеличивается температура обмотки, что может потребовать увеличения длины сердечника якоря. Кроме того для уплотнения обмотки в пазу потребуются утолщенные клинья.

Для всыпных обмоток якоря с полузакрытыми пазами применяют круглый провод марки ПЭТВ при классе нагревостойкости изоляции В и ПЭТ-155 при классе нагревостойкости F.

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА НЕОБХОДИМО:

Произвести выбор типа обмотки якоря Рассчитать обмоточные данные Определить шаги обмотки якоря

Построить схему обмотки якоря по реальным пазам (на схеме обозначить: полярность полюсов, направление тока в проводниках, полярность щеток, направление вращения якоря)

Выбрать форму паза Определить размеры зубзовой зоны якоря

Рассчитать коэффициент заполнения паза Выполнить масштабный эскиз паза с заполнением, обозначив

следующие позиции: изоляция паза; проводники обмотки якоря; клин; межслойная прокладка

4 МАГНИТНАЯ СИСТЕМА

РАЗДЕЛ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

4.1.МАГНИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

4.2.РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

4.3.ХАРАКТЕРИСТИКИ НАМАГНИЧИВАНИЯ

Как было показано выше, расчет машины постоянного тока начинается с определения главных размеров, расчета обмоточных данных и геометрии зубцовой зоны, что дает возможность получить величину необходимого при холостом ходе машины магнитного потока Ф , входящего в якорь. Этот поток называется основным (или рабочим) магнитным потоком, а путь, по которому он замыкается, главной магнитной цепью машины.

Цель раздела - показать возможность деления главной магнитной цепи на условно однородные участки, дать рекомендации по определению магнитных параметров и расчету характеристик намагничивания машины

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ РАЗДЕЛА НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:

Какие параметры характеризуют магнитную систему На какие участки разделяется магнитная цепь Как выбирается величина воздушного зазора

Каковы предельно допустимые значения магнитных индукций стальных участков магнитной цепи Какие марки сталей применяются для изготовления магнитопроводов

При каких условиях необходимо учитывать ответвление магнитного потока в паз Алгоритмы расчета магнитной цепи и характеристик намагничивания

Конструктивные особенности участков магнитной цепи

4.1. МАГНИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Научные основы расчета магнитной цепи были заложены выдающимся русским физиком А. Г. Столетовым в 1872 году в его докторской диссертации "Исследование о функции намагничения мягкого железа". В этой работе впервые была установлена связь между магнитодвижущей силой (МДС) и индукцией. Позднее была разработана практическая методика расчета магнитной цепи, которая привела к принятой ныне конструкции магнитной системы, состоящей из индуктора (станины и прикрепленных к ней с внутренней стороны сердечников полюсов с полюсными наконечниками) и якоря. Между наконечниками полюсов и цилиндрической зубчатой поверхностью якоря имеется определенный промежуток, называемый воздушным зазором, через который замыкается основной магнитный поток.

Рассмотрим простейшую однородную магнитную цепь, например железное кольцо с одинаковым по всей длине круглым сечением (так называемый тороид). Для получения в таком кольце магнитного потока заданной величины Ф необходимо создать МДС F, которая по закону магнитной цепи находится в таком же соотношении с потоком Ф и магнитным сопротивлением Rм пути, по которому проходит поток, в каком находятся ЭДС Е, ток I и сопротивление R электрической цепи. В последнем случае, по закону Ома имеем

Е = I R .

Для магнитной цепи, по аналогии, можем написать

F = Ф Rм .

Магнитное сопротивление Rм рассчитывается по формуле,

где Lм - длина магнитопровода, по которому проходит поток Ф;

Sм - площадь сечения магнитопровода;

- магнитная проницаемость, характеризующая магнитные свойства материала, из которого выполнена магнитная цепь.

Упомянутая аналогия между законом магнитной цепи и законом Ома для электрической цепи постоянного тока является лишь формальной изза разницы между электрической проводимостью и магнитной проницаемостью . В то время как при неизменной температуре электрическая проводимость проводника определяется всецело его материалом, магнитная проницаемость при заданном сечении магнитной цепи зависит не только от свойств материала, из которого она сделана, но и от величины магнитного потока, проходящего по ней.

Таким образом, МДС, необходимая для создания определенной индукции, может быть найдена лишь в том случае, если для материала, из которого сделана магнитная цепь, известна зависимость магнитной проницаемости от магнитного потока. Эта зависимость может быть определена для любого ферромагнитного материала опытным путем. Практически, однако, удобнее пользоваться кривыми намагничивания, дающими связь между магнитной индукцией В и напряженностью магнитного поля Н.

Магнитодвижущая сила

магнитного потока Ф к площади сечения Sм , а напряженность магнитного поля Н является отношением магнитной индукции к магнитной проницаемости, можно записать

F B Lм H Lм .

Таким образом, задавшись магнитной индукцией В, находим по кривой намагничивания В = f (Н), полученной опытным путем для данного материала, соответствующее значение напряженности магнитного поля Н, а следовательно и магнитодвижущую силу F.

В общем случае магнитодвижущая сила для однородной среды определяется интегралом по замкнутому контуру магнитных линий

F H dl .