РАСЧЕТ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ПОД ГЛАВНЫМИ ПОЛЮСАМИ. КОМПЕНСАЦИОННАЯ ОБМОТКА
Воздушный зазор под главными полюсами является одним из главных размеров машины, хотя выбирают его часто, исходя из технологических и конструктивных соображений. От размера этого зазора зависят основные характеристики машины, а также потенциальные условия коммутации на коллекторе, допустимый диапазон регулирования частоты вращения и т. д.
Поскольку в машинах постоянного тока, за редким исключением, щетки устанавливаются строго по линии геометрической нейтрали, а магнитная цепь насыщена, то при расчете магнитной цепи машины рассматривают только поперечную составляющую реакции якоря и влияние ее на магнитное поле в воздушном зазоре.
Расчет размагничивающего действия поперечной реакции якоря производят по переходной характеристике (рис. 11.16), построенной по результатам расчета магнитной цепи (см. табл. 11.19). При нагрузке под действием поперечной реакции якоря магнитное поле в воздушном зазоре искажается: под одним краем полюса индукция уменьшается, под другим возрастает. Точки и , отстоящие от ординаты на расстоянии 0,5 (где — ширина полюсной дуги), определяют значения и под краями полюсов, а кривая daf— распределение индукции в воздушном зазоре на протяжении полюсной дуги.
Среднее значение индукции в воздушном зазоре в этом случае можно определить по формуле, известной из общего курса теории электрических машин [6]:
, (11.35)
где — индукция в воздушном зазоре в режиме холостого хода.
Для определения МДС размагничивания поперечной реакции якоря необходимо ось криволинейного четырехугольника сместить по оси на отрезок . В масштабе МДС этот отрезок определяет размагничивающее действие реакции якоря.
Как видно из рис. 11.16, поперечная реакция якоря нарастает от середины полюсной дуги к его краям. При значительной поперечной реакции якоря может произойти опрокидывание поля под одним краем полюса: точка d сместится по кривой индукции (рис. 11.16) в область отрицательных значений .
Так как поле реакции якоря замыкается по контуру — зубцы якоря, спинка якоря, воздушный зазор, полюсный наконечник, то воздушный зазор выбирают таким, чтобы индукция на протяжении всей полюсной дуги не изменяла своего направления. Обычно это условие выполняется на всех рабочих диапазонах изменения тока якоря и индукции в воздушном зазоре, если воздушный зазор находится в пределах, указанных на рис. 11.17.
Рис. 11.16. Переходная характеристика машины постоянного тока
Рис. 11.17. Зависимостьдлины воздушного зазора от диаметра якоря
Рис. 11.18. Полюсный наконечник главного полюса
Рис. 11.19. Пазы компенсационной обмотки
В целях снижения реакции якоря под краями полюсов воздушный зазор может выполняться эксцентричным или с приподнятыми краями полюсов (рис. 11.18). В этом случае воздушный зазор может быть рассчитан по формуле
, (11.36)
где — коэффициент приведения неравномерного воздушного зазора, имеющего размер под серединой полюса и под краем полюсного наконечника. Обычно .
В машинах серии 4П и в машинах других серий при диаметрах якоря свыше 300 мм, а также в машинах с широким диапазоном регулирования частоты вращения и большой кратностью перегрузок для компенсации поперечной реакции якоря в зоне полюсной дуги применяют компенсационную обмотку.
Конструктивно компенсационную обмотку выполняют в виде однослойной катушечной, а в крупных машинах — в виде стержневой обмотки и укладывают в пазы наконечников главных полюсов (рис. 11.19) или в пазы статора в машинах серии 4П.
Схема выполнения компенсационной обмотки приведена на рис. 11.20, где буквами N и S обозначена полярность добавочных полюсов.
Рис. 11.20. Схема выполнения компенсационной обмотки
При расчете компенсационной обмотки обычно принимают ее МДС в зоне полюсной дуги в пределах
. (11.37)
Компенсационную обмотку соединяют последовательно с обмоткой якоря, что создает автоматическую компенсацию реакции якоря при любом токе нагрузки.
Во избежание вибраций магнитного происхождения зубцовый шаг по полюсному наконечнику (см. рис. 11.19) должен отличаться от зубцового шага по якорю. Это условие обычно выполняется, если число пазов компенсационной обмотки находится в пределах
. (11.38)
Число зубцов должно быть четным. Выбор числа зубцов и расчет зубцовой зоны компенсационной обмотки производят в следующем порядке.
Определяют число проводников компенсационной обмотки на один полюс:
, (11.39)
где — число параллельных ветвей компенсационной обмотки; / — ток якоря, А.
Число параллельных ветвей принимают равным единице при токе якоря до 2000 А. Если ток в пазу компенсационной обмотки превышает 2000 А, то ее выполняют в две параллельные ветви: = 2.
Выбирая ZK в диапазоне от 6 до 12, определяют шаг , ширину зубца где — коэффициент рассеяния главного полюса; Тл — индукция в минимальном сечении зубца компенсационной обмотки.
Ширина паза в свету равна:
. (11.40)
При выбранном числе пазов определяют число проводников обмотки в одном пазу:
. (11.41)
Число округляют до ближайшего целого числа.
Площадь поперечного сечения проводника компенсационной обмотки
, (11.42)
где — плотность тока в компенсационной обмотке.
В зависимости от класса нагревостойкости изоляции плотность тока принимают равной (4,7...5,2)·106 А/м2 для класса В, (5,3...5,8)·106 А/м2 для класса F и (6,0...6,6)·106 А/м2 для класса Н. Плотность тока в компенсационных обмотках машин серии 4П принимают в соответствии с рекомендациями по выбору плотности тока в статорных обмотках асинхронных машин серии 4А.
При числе проводников в пазу более двух компенсационную обмотку выполняют катушечной с укладкой в открытые пазы. В этом случае проводники размещают в зависимости от выбранных размеров элементарного проводника либо меньшей, либо большей стороной по ширине паза. Стороны катушечных групп могут укладываться как в один, так и в два ряда по ширине паза (рис. 11.21, а—в). При числе проводников в пазу = 1 или 2 (рис. 11.21, г, д)обмотку выполняют стержневой. Стержневые обмотки из неизолированной шинной меди изолируют и вставляют с торца в полузакрытые пазы, ширину шлица паза принимают равной 2—3 мм. В лобовых частях стержни соединяют дугами из неизолированной шинной меди.
Конструкция изоляции компенсационных обмоток в пазу и лобовых частях приведена в табл. 11.13—11.15.
После выбора стандартных размеров проводника, схемы размещения проводников в пазу и класса нагревостойкости изоляции обмотки окончательно рассчитывают размеры пазов, уточняют степень компенсации:
. (11.43)
Коэффициент , должен находиться в пределах 0,85 — 1,15.
Высота клина принимается равной = 2,5 мм, высота шлица = 1,0 мм.
Средняя ширина катушки компенсационной обмотки, м,
, (11.44)
Рис. 11.21. Укладка проводников в пазы компенсационной обмотки
Таблица 11.13.Изоляция компенсационной обмотки машин постоянного тока
(пазы прямоугольные полузакрытые, обмотка однослойная стержневая, h = 355...500 мм, напряжение до 1000 В)
Позиция | Материал | Число слоев | Двусторонняя толщина изоляции | ||||||||||
Наименование, марка | Толщина, мм | Рисунок а | Рисунок б | ||||||||||
Класс нагревостойкости | Класс нагревостойкости | Класс нагревостойкости | по ширине | по высоте | по ширине | по высоте | |||||||
B | F | H | B | F | H | B | F | H | |||||
1 | Стеклослюдинитовая лента ЛС-ПЭ-994-ТП | Полиимидная пленка ПМ | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 1 вполнахлеста | 2 вполнахлеста | — | — | 0,8 | 0,8 | ||
2 | Слюдопластофолий ИФГ-Б | Синтофолий F | Синтофолий H | 0,15 | 0,16 | 0,16 | 4,5 оборота | 3,5 оборота | 3,5 оборота | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,1 |
3 | Лакотканеслюдопласт ГИТ-ЛСБ-ЛСЛ | Фенилоновая бумага | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | ||||
— | Допуск на укладку обмотки | 0,2 | 0,4 | 0,3 | 0,4 | ||||||||
— | Общая толщина изоляции в пазу | 1,6 | 1,8 | 2,5 | 2,6 |
Таблица 11.14.Изоляция компенсационной обмотки двигателей постоянного тока
(пазы прямоугольные открытые, обмотка однослойная секционная из неизолированных проводов, =355...500 мм, напряжение до 1000 В, изоляция класса нагревостойкости В)
Часть обмотки | Позиция на рис. | Материал | Число слоев | Двусторонняя толщина изоляции, мм | |||||
Наименование, марка | Толщина, мм | по ширине при | по высоте | ||||||
Пазовая | 1 | Стеклослюдопластовая лента ЛИ-СК-ТТ | 0,14 | 1 впол-нахлеста | 0,56 | 1,12 | 1,12 | 1,68 | 2,24 |
2 | Тоже | 0,14 | То же | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | |
3 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | 1 впритык | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
4 | Стеклолакоткань | 0,15 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 , | ||
5 | Стеклотекстолит | 0,5 | — | — | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||
— | |||||||||
Разбухание от пропитки | — | — | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||
— | Допуск на укладку обмотки | — | — | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
— | |||||||||
Общая толщина изоляции в пазу (без высоты клина) | 2,22 | 2,78 | 3,68 | 4,24 | 4,8 | ||||
Лобовая | б | Стеклослюдопластовая лента ЛИ-СК-ТТ | 0,14 | 1 впол-нахлеста | 0,56 | 1,12 | 1,12 | 1,68 | 2,24 |
7 | Тоже | 0,14 | Тоже | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | |
8 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | 1 впритык | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
Общая толщина изоляции секции в лобовой части | 1,32 | 1,88 | 1,88 | 2,44 |
Таблица 11.15.Изоляция компенсационной обмотка машин постоянного тока (пазы прямоугольные открытые, обмотка однослойная секционная из неизолированных проводов, А = 355...500 мм, напряжение до 1000 В)
Часть обмотки | Позиция на рис. | Материал | Число слоев | Двусторонняя толщина изоляции, мм | |||||||
Наименование, марка | Толщина, мм | по ширине при | по высоте при | ||||||||
Класс нагревостойкости | |||||||||||
F | Н | ||||||||||
Пазовая | 1 | Фенилоновая бумага | 0,05 | 2 вполнахлеста | 0,4 | 0,8 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | ||
2 | Полиимидная пленка ПМ | 0,05 | 3 вполнахлеста | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |||
3 | Фенилоновая бумага | 0,05 | 2 вполнахлеста | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
4 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | 1 вполнахлеста | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
0,4 | |||||||||||
5 | Фенилоновая бумага | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||||
6 | Стеклотекстолит | 0,5 | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||||
СТЭФ | СТК | — | — | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |||||
— | Допуск на укладку обмотки | — | — | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |||
— | Общая изоляция в пазу (без высоты клина) | — | — | 2,5 | 2,9 | 3,6 | 4,0 | 4,4 | |||
Лобовая | 7 | Фенилоновая бумага | 0,05 | 2 вполнахлеста | 0,4 | 0,8 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | ||
8 | Полиимидная пленка ПМ | 0,05 | 3 вполнахлеста | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |||
9 | Фенилоновая бумага | 0,05 | вполнахлеста | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
10 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | Тоже | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
Общая толщина изоляции секции в лобовой части | — | — | 1,8 | 2,2 | 2,2 | 2,6 | |||||
где — диаметр внутренней поверхности главного полюса; — высота паза компенсационной обмотки; — ширина полюсного наконечника.
Средняя длина лобовой части компенсационной обмотки, м,
. (11.45)
Средняя длина прямолинейной части катушки компенсационной обмотки, м,
, (11.46)
где — средняя длина прямолинейного участка компенсационной обмотки от торца полюсного наконечника до радиуса закругления: = 0,05 м при стержневой обмотке и = 0,03 м при катушечной обмотке.
Средняя длина полувитка обмотки, м,
. (11.47)
Сопротивление компенсационной обмотки, Ом,
. (11.48)
Масса меди компенсационной обмотки, кг,
. (11.49)
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 3295;