книги / Машины постоянного тока средней и большой мощности
..pdfется сдвоенным. Для крупных тихоходных машин длина одного коллектора не-должна превышать 60 см.
Глава П. ВЛИЯНИЕ КОММУТАЩОНШХ ПАРАМЕТРОВ НА П Р д а Ш Н У Ю МОЦДОСТЪ МАШИНЫ
2.1. Зависимость предельной мощности от напряжения мел(ду смежными коллекторными пластинами
В крупных машинах падением.напряжения в цепи якоря можно прене бречь! и тогда электромагнитная мощность машины» приходящаяся на один якорь, равна электрической мощнозти на коллекторе
Р э м ? Ш ^ Р з л ~ 'Wla
|
В |
случае двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Р |
|
|
Рэл = |
Р / *1' ? |
|
|
|
|
||
где |
и |
^ |
- номинальная мощность |
и КОД двигателя. |
|
||||||
|
Для напряжения и тока якоря из (1.6 ) и (I.10) имеем выражения: |
||||||||||
|
7Л-11ксрК/2Р (2 .2 ) |
Тц * |
A(TClla *2 d / N |
(2.3) |
|||||||
|
Подставления значения !/ и |
Г ц |
в |
(2 .1), получим |
|
||||||
|
|
|
|
= |
А |
Кнср |
а |
(2.4) |
|||
|
|
|
|
|
W c * |
Р |
|||||
Отсюда |
|
|
|
|
|||||||
также имеем |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Рам |
ОС |
|
A |
U*cp |
а |
(2.5) |
|
|
|
|
|
ж = ~ т - |
|
4 |
% |
|
т |
||
Из |
(1,3) |
следует. |
|
|
4 |
|
|
||||
60 V a/O C v. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
d a в |
|
(2 .6 ) |
|||||
|
Подставляя |
д а в (2.4) и умножая |
все |
выражение на 'П |
, полу- |
||||||
чим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P3M- * ~ 3 0 V aA |
^ |
- |
£ |
(2.7) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из полученных выражений, следует, что предельная мощность машины при заданном диаметре якоря и выбранных электромагнитных нагрузках зависит от типа якорной обмотки (величины О/р ) и допустимого напря жения Uкер между смежными коллекторными пластинами. В крупных ма шинах, для увеличения мощности целесообразно,применять двухходовую или даже трехходовую обмотку якоря с а/Р * 2 или 3, а число витков секции необходимо брать равным единице.
Предельная мощность машины при Uxcp = 16 (18) В, А = 600 А,
Dq = ЗЬО см согласно (2.4)
|
Рэм = (6000 |
- 7000) j |
кВт |
{2Лл) |
|
При этих данных мощность машины, приходящаяся на единицу длины |
|||||
диаметра, |
D |
|
а |
|
|
|
= /75 - |
17) W кВт/см: |
(2 .5а) |
||
|
На |
' |
' р |
' |
|
Из [^ранения (2.7) видно, что произведение мощности■на скорость вращения в машинах постоянного тогя является величиной ограниченной, зависящей от допустимых электромагнитных и механической нагрузок и устов'.г' коммутация машины. Б связи с этим величину Р+м'П называют
Kocvf')пиментом или .показателем предельности машин постоянного тока, |
|
||
при i« to (90) м/с, |
А ~ С03 Л/см и UKcp~ It (lb). Е показатель |
|
|
пре;:.-льпости |
П= ( 2,5 ~ 2,7) 10&J>' кВт ' об/мин |
|
/а |
р |
|
||
|
|
/г> ^О\ |
|
12 |
Рис. 2.1. Зависимость предельной-мощности. ыПХ от |
|
чястоти гл».'-~цени* |
||
|
Отсюда также следует, что предельная мощность машины постоянного то ка изменяется обратно пропорционально ее частоте вращения. Кривые, дающие зависимость предельной мощности машины от частоты вращения
для |
простой |
(а/Р = |
I), двухходовой |
(а/Р |
= 2 ) и трехходовой |
петле |
|
вой обмоток |
в случае, когда |
РэмП |
= 2 ,Ь Ю^кВт-об/мин, представле |
||||
ны |
на рйс. 2.1. При |
частоте |
вращения менее |
400 об/мин при Ва |
- ЗЬО |
||
см. начинает сказываться ограничение по диаметру якоря, который не должен превышать указанную величину. При этом окружная скорость вра щения уменьшается и соответственно снижается показатель предельности Вследствие этого предельная мощность машины при низких частотах вра щения остается постоянной.
2.2. Зависимость предельной мощности от реактивной ЭДС
Подставляя в формулу (2.1) электромагнитной мощности машины зна чение ЭДС, индуктированной, в обмотке.якоря, где полюсное деление
£ ■ - а . |
Рт, |
N PTI |
|
60 |
ф - т г - ж я Ь е ' м , |
||
а |
й» учитывая выражение (1.3.) и (2 .3 ) .после несложных преобразований
получим
|
Р9М - |
OCIta t ’JUBS'A Va. |
|
|
9М |
|
(2.8) |
В. этой формуле величина |
(%• В S' А |
представляет собой среднее |
|
тяговое.усилие- (З7 |
(электромагнитная |
сила, отнесенная к единице |
|
поверхности якоря) Р действующее по касательной к поверхности якоря.
Усилие 0*т , умноженное на величину активной поверхности якоря
3CJ7d 6 • представляет собой полную электромагнитную силу, приложенную к якорю. Произведение этой силы на окружную скорость вращения якоря
V d и Дает величину электромагнитной мощности машины.
13
Иэ выражения реактивной |
ЗДС (1.9) определим произведение |
и подставим в формулу (2J6). |
Тогда получим |
Р * м - % а , < В Ю а Щ J- |
|
(2.9) |
|
Это выражение и представляет |
собой зависимость |
предельной |
мощности |
машины от условий коммутации |
(величины реактивной ЭДС) при |
отсутст |
|
вии регулирования частоты вращения. Для дш.гателей.у которых часто та, вращения регулируется посредством изменения возбуждения^ форму лу (2.9) необходимо ввести поправку. При указанном способе регули рования частота вращения двигателя обратно пропорциональна величине
полезного потока. Поэтому можно написать, что |
|
|
|
||||||||
|
_ |
|
, Ф |
В& |
•в К |
|
|
|
|
(2 .10) |
|
|
^ м а к с / П * ф ~ — |
6 doc |
У’ |
|
|
|
|||||
|
|
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
- коэффициент регулирования, скорости |
вращения,показыва |
||||||||
ющий |
степень |
ослабления поля возбуждения; |
Ф |
, Фос и |
» |
||||||
|
|
- значения магнитного потока и индукции |
в зазоре при |
полном |
|||||||
и ослабленном поле возбуждения. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Бели рассматривать режим максимальной скорости вращения, |
то в |
|||||||||
формуле |
(2.9) вместо индукции |
В & |
|
необходимо подставить |
величи |
||||||
ну |
б $ос* |
' Тогла фориуяа |
(2.9) |
получает вид |
|
||||||
|
|
|
о |
Ж |
В# |
JL |
|
|
(2 .I D |
||
|
|
|
Гэм= 2 а |
|
|
Wcj t |
|
|
|||
Отсюда |
|
Рэм |
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Da |
т |
а ‘м |
~ т |
с |
|
( 2 . 12) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставим в |
(2.II) значение |
Da |
|
иэ. ( 2 . 6 ) , |
после |
преобразований |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
и». |
РI |
|
получим |
|
Рэм' пмакс'Kf |
|
|
|
£ 4 |
Г |
|
|||
|
|
|
|
Щ |
е |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.13) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t
Величина Рэм тТмцкс представляет собой показатель предельнос
ти для |
регулируемых двигателей, у которых .частота вращения изменяет |
|
ся посредством, ослабления поля, возбуждения. |
|
|
В |
полученных выражениях отношение t ' f t |
из-за наличия радиаль |
ных вентиляционных каналов несколько больше единицы и в среднем мож
но |
принять |
его |
равным |
1,16. Величина. } |
для крупных машин |
обычно |
||
составляет |
(3,5 - 4,0) |
Гн/м. |
|
|
|
|
||
|
Согласно (2.IT) предельная мощность машины, исходя из условия |
|||||||
обеспечения |
надежной коммутации, |
лрисб |
= 0,75, В$ = 1,0 |
Тл, Da = |
||||
3,b |
м, E'i |
» Ь |
— 10 В, |
Wc - I и |
} |
= 3,5*10“^ Гн/м оказывается рав |
||
ной |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Р ш |
(1 2 0 0 0 -1 5 0 0 0 )кВт. |
<2 .И а ) |
||||
Лри |
этом отношение |
Рэм ’К у/Ъ а * |
3 2 - 4 0 к Вт /см л |
(2 .12а) |
||||
|
|
|
|
|||||
а показатель предельности |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Рэм ~Пмакс Kf —(5,5 ■” |
7f 0)l0 кВт об/мин. ^ |
||||
|
Выражение |
(2.11)' показывает, |
что |
предельная мощность регулируе |
||||
мых двигателей тем меньше, чем больше диапазон регулирования частоты вращения.
Зависимости предельной мощности машины от частоты вращения при
'/fy- = Т, полученные, |
согласно |
(2.13а), из условия обеспечения нор-, |
||
мзльной коммутации (пунктирные |
кривые при |
= Ь В, и |
при Еъ = 10 В) |
|
приведены, 'на рис..2,1. |
При. 71 < |
400 об/мин |
вследствие |
ограничения |
диаметра якоря.'величиной ЗЬО см предельная мощность машины с уменьше нием ть не возрастает, а остается постоянной.
Рассматривая кривые рис. 2.1, можно заключить ,что в случае двух годовой петлевой обмотки предельная мощность машины в первую очередь
определяется условием обеспечения нормальной коммутации, а не услови ем получения необходимой величины V кср • Однако для машин, работа ющих в. облегченных режимах (например, с меньшими перегрузками), когда можно' допустить большее значение Е<% , а также в случае принятия специальных мер; улучшающих коммутацию (например, позволяющих умень шить величину J ) кривые Р- f(7i), построенные, исходя из допус тимых значенийаЕг и Икср ,сближаются, и предельная мощность в рав
15
ной мере зависит как от коммутационных, так и от потенциальных усло вий на коллекторе. При значениях Еъ = 10 В, J. = 3,5. \Ф Гн/с пре
дельная мощность машины по условию обеспечения коммутации получается
равной |
Рзм = 15000 кВт ( Ку = I), |
величина |
Р/ВаКу = 40 кВт/см, |
||||
показатель предельности |
|
|
6 |
|
|||
|
|
|
Рэм 7?макс |
= 7.0-10 кВт-оо/мин. |
|||
Анализ рис. |
2.1 |
показывает, что для дальнейшего повышения пре |
|||||
дельной мощности |
Ш Г |
целесообразно |
применение |
трехходовых |
петлевых |
||
обмоток |
с одновременным улучшением условий коммутации. |
|
|||||
Для |
иллюстрации |
изложенных выше |
положений |
в табл. 2 Л |
приведены |
||
основные данные крупных ШТГ, изготовленных заводом "Электросила" в
различное |
время, 6 ОДНо-, |
двух- и трехходовыми обмотками £ 2, 3 ] |
В таблице |
приведены также |
их основные коммутационные параметры и ко |
эффициенты предельности.
Глава Ш. ОСОБЕННОСТИ ШОГОХОДОБЫХ П Ш Е В У К ОБМОТОК ЯКОРЕЙ МГГГ
3.1. Условия симметрии' и условия практического выполнения многоходовых обмоток
Особенности многоходовых'петлевых обмоток; применяемых в крупных МИГ, обусловлены тем, что эти обмотки не-являются полностью’симмет".- - ричными* '
Как известно, условия электрической симметрииобмотки якоря;рпрё деляются соотношениями:
К/а |
z/a =.ц. |
2Р/а = |
(3 ^ |
|
При соблюдении этих условий и симметрии магнитной системы ЭДС*па |
||||
раллельных ветвей обмотки якоря |
в любой момент времени равняются |
|||
друг другу. При этом |
каждая из |
пар параллельных |
ветвей обмоткй .сос |
|
тоит из одинакового числа секций и-все эти ветви одинаковым образом расположены в.магнитном поле. Иначе говоря, многоугольники ЭДС сек ций (точнее сторон секций), число которых, равно CL , имеют одинако
вое |
число сторонки совпадают друг с другом на векторной диаграмме. |
|||||
|
Рассмотрим двухходовую |
петлевую |
обмотку с числом ходов Ш■= 2 и |
|||
числом пар параллельных ветвей |
С(= 777р = 2 р |
. Из выражений (3.1) |
||||
следует |
,что эта обмотка•может быть |
выполнено |
симметричной при усло |
|||
вии |
К/Р |
= четному числу, |
Z /P |
|
= четному числу. В этом случае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2*1 |
|
|
|
|
|
.Технические данные крупных машин постоянного тока. |
|
|
|||||||||||
|
|
|
[Г&:1 V Щ |
|
|
1^.• ’ |
•. |
< |
; Укср ■ |
Ег, |
АС, • |
|
|
|||
|
Тил |
|
|
°/р |
PfinaKcJ?f РАО |
\|L |
|
|||||||||
катаны |
кВт |
- в ч. •об/мин |
% |
|
■xlOr |
la' |
1 |
В |
В 7. |
В |
YOn |
см |
||||
ХЛ 5700-I50-. < |
; 6300 V.> .930 |
: 32/60: |
:37,Л Г |
|
•1,26; ; 4б';з' |
1б;8 •. 10,7 |
_ ’' |
|
340 |
|||||||
4200,/ |
'.625 |
150/300 |
,26; |
•I, •'2’52 |
• 24,7 |
|
15,6 |
8.4 |
— |
— - |
340 |
|||||
ВТ 450-3000 |
г470 |
260 |
• -3000: |
:25- |
jX 1 1.41 |
1!:-'8t54 |
|
11,2 |
8,4 |
т |
|
55 |
||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
чт г |
~*Я50.' |
|
far? |
|
|
Щ |
г ; н е т |
|
|
|
|
19 |
|
|
W C |
.14000-63 |
14б00:, - . .'930 |
^3/90 |
;:2/ |
|
1,8 |
|
52,7: |
|
16,1 |
11,8 |
1,55 |
380 |
|||
КП |
5600-200. |
^000;. |
.930 |
300/400: : Ы ; & |
|
2 ,67 |
.26,7'; |
|
15,9.. |
10,9 |
1,36 |
19. |
250 |
|||
2МП- 14200-200 |
• 2x7100, • |
930 |
200/400 |
.41,' "2 |
|
5.66, |
:-45,6 ’ |
16,8. |
10,7 |
0,93 |
21 |
310 |
||||
2МП |
14000-190 |
о.,6300 |
|
190/360 |
|
ч |
|
|
|
•'40*6 |
|
|
.9.7 |
|
|
|
93,0 |
>41 •.'г; ;5,68 |
|
15,1 |
1,42 . 21 |
310 |
|||||||||||
|
|
2х5500 |
" 4 5 0 ^ |
|
|
|
||||||||||
2йП.17600-130 |
2x6800 |
1000 |
130/165* |
45 |
'2 |
|
2,13. |
- .33,9 |
: 14,8 ; |
8,2 |
1,14 |
23 |
340 |
|||
•г к 6 1 Ш |
|
|||||||||||||||
ГП 9500-375 ; |
9500 |
930 ' ;-\375 |
37 |
Л:' '■'3,56'- |
27,9 |
|
16,75 |
8,75 |
Г,-72 ,19 ; 340 |
|||||||
2к'П 25000-750 . |
2 x 1 2 5 0 ^ 930. |
750/790 |
49 . з ; |
1?,4 |
•57,2 |
' 19/0 |
14,0 |
1,44 |
33 • |
230 |
||||||
КП 8000-300 • |
'8000 |
930 |
300/400 |
55J •:зч •’'6,05, |
■44 |
|
16,9. |
6,6 |
1,1 |
37 |
250 |
|||||
ЕГОСГ |
550' |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
■41 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КП. 20000-125' |
20000 |
1500 |
125/155 |
'.з;- |
3,85 |
60,5' |
16,3 .И ,8 |
1,56 |
27 |
410 |
||||||
(проект) |
|
•г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ху обмотка "лягушечья";
хх'повторно-хратковременный режим работы.
число коллекторных пластин и число, секций в. обмотке |
являются четными*, |
а-сама обмотка - двухкратнозамкнутой [ 1 , 4, 5‘] |
Точки Теоротичес- |
ки равного потенциала, принадлежащие к разным ходам этой обмотки, на ходятся на противоположных сторонах сердечника якоря, в результате чего многоугольники ЭДС сторон секций этих обмоток должны совпадать
друг с другом. Для этого |
необходимо ,чтобы число коллекторных плас |
||||
тин на паз 1(п- |
|
было бы ровно |
1,2 или 4,а частичные щаги |
||
секциям yfs. Jp- |
+ / |
и уг= 2- ^ |
+ |
IV .Т,*е. .для |
правоходоной пет |
левой обмотки шаг |
yt |
должен быть |
удлиненным, а |
Для левсходозсй - |
|
укороченным. При соблюдении этих условий уравнительные соединения 2-го рода будут проходить гюд сердечником якоря с одной его сторон;
на другую (рис.3.1), что приводит к усложнению конструкции их'.. поэ тому симметричные двухходовые петлевые обмотки получили на, практика весьма ограниченное применение.
Рис. 3.1. Фрагмент развернутой:схемы симметричной двухходовой петле
вой обмотки: т |
= 2 ; |
В = К=2 0 ; 2р=4; У1 =t; У2 =4; Ук =2 ; |
|
0J =5; |
Ут1/ = |
Ю ; |
|
ав. - уравнитель. 1-го .рода; |
|||
ас - урашитель 2 -го |
(3-го) рода. |
||
Расположение уравнителей 1-го й 2-го рода с одной стороны якоря является конструктивно более удобным. Для обеспечения; этого необхо димо, чтобы потенциальный шаг у п обмотки якоря был бы равен цело* му числу, не кратному числу ходов обмотки.* Отсюда вытекают-следующие условия практического выполнения сложных петлевых обмоток:
18
|
у п » Л/Р-= ц.ч., некратному |
Щ |
, |
|
|
|
2 / Р |
= ц.ч.-, не кратному |
ш |
, |
(3,2) |
|
Уп = К/2 = ц.ч., не.кратному |
ш |
|
|
|
Из. первого |
условия „(3.2) следует,, что для случая двухходовой пет |
||||
левой |
обмотки |
потенциальный, шаг у п |
равен нечетному числу |
(напри |
|
мер, |
Уп ~ II) |
и» следовательно, уравнитель, расположенный со сторо |
|||
ны коллектора., |
соединяет’между 'собо'й .нечетную коллекторную пластину |
||||
с четной (например, I и 12); что соответствует точкам теоретически равного потенциала^ принадлежащих различным, ходам обмотки. Такой ура внитель является уравнителем второго 'рода. Если же взять два после
довательныхуравнителя с,потенциальным:шагом'%Уп |
= 2 2 ), то та |
||||||||||
кие уравнители .соединяют |
между собой точки |
теоретически равного |
по |
||||||||
тенциала (коллекторные пластины I и 2 3 ) принадлежащие-к одному и |
|||||||||||
тому же |
ходу |
обмётки,.?й..образуют,'/таким' образом, уравнитель |
первого |
||||||||
родау |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
Сравй1« а я ,меяд^ .собой первое условие |
симметрий |
обмотки |
(3.1) |
с- |
|||||||
первым условием .ее:выполнения |
(3.2) |
И .учитывая, |
что. для сложной |
пет |
|||||||
левой ООМОТКИ |
С(= 777р , получим . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
...... |
|
:;к - |
к |
к /р |
|
|
„. |
|
|
|
|
|
|
а |
г |
Т п р |
777 |
\ t |
ц |
'г - |
|
|
|
Это |
неравенство ■.Показывает, что |
сложна |
.петлевые обмотки, приме |
||||||||
няемые на практикой удовлетворяющие условиям (3.2), не являются пол ностью -сишетричными обмотками. Легко видеть также, что при тп%. 3 ;третье условие симметрии обмотки не выполняется. Поэтому трехходовая-
петлевая |
обмотка, не может быть .вообще выполнена .симметричной. |
Из |
со |
отношений |
(3.2) также.следует, что если число пар полгособ Р |
не |
де |
лится -на число ходов, то обмотка является одкократнеэамкчутой, если же делится-на тп , То сложная петлевая обмотка распадается на 771 простых обмоток. Однако, можно утверждать, что нет какого-либо разли чия между однократнозпмкнутой и T/Z- - кратнозамкнутой сложными пет левыми обмотками и они могут применяться но равных основаниях.
Из сказанного выше следует, что параметры многоходовых петлен-х
обмоток должны выбираться следующими: для двухходовых обмоток |
- 777 - |
|||||||||
2 ; Uл - 3,5; |
KfP |
к 2 / Р |
равными |
нечетньми числам; для |
трехходовых |
|||||
обмоток |
7/1 |
3; |
U(\ ~ 2, |
4; |
KfP |
и |
Z/P |
некратными |
3 и, |
кач. бу |
дет показано |
в дальнейшем, Z/P |
должно |
быть |
нечетным числом, |
а К/Р |
|||||
четным, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г.-, |
го
о
Я)
/
2*CL A S'
4 S'
s
2120 &
L |
i |
JS |
|
|
CO |
• |
i 'i1 |
8 |
|
|
|
|
|
r f 7 |
|
|
I Is |
|
|
я в ^ |
|
, |
S r i |
Рис.; 3.? 'Зэёзда и многр^оль11йк ЭДС секций двухходовой ••пет'левЬ'й
<&цо*тлф:#£;' £ - 7 ; V n - 3 ; £ =21; у , = Ь; % у .У к= гхУ * = г t f -