РАСЧЕТ ОЕМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Магнитодвижущая сила обмоток параллельного или независи­мого возбуждения на один полюс при нагрузке, А,

, (11.56)

где — продольная составляющая реакции якоря, возникающая при сдвиге щеток с геометрической нейтрали на относительную дугу х: — МДС стабилизирующей обмотки; — размагничивающее действие поперечной реакции якоря.

При компенсации реакции якоря компенсационной обмотки состав­ляющая принимается равной нулю.

Конструкции изоляции и крепле­ния обмоток главных полюсов при­ведены в табл. 11.2, 11.3.

Средняя длина витка обмотки главного полюса (рис. 11.24), м,

, (11.57)

где — толщина изоляции катуш­ки по табл. 11.2, 11.3 плюс односторонний зазор между катушкой и полюсом, который принимается равным (0,5...0,8)·10^-3 м при диаметрах якоря до 0,5 м.

Рис. 11.24. К определению размеров катушек обмоток главных полюсов

Площадь сечения проводника обмотки при последовательном соединении катушек, м²,

, (11.58)

где — коэффициент запаса МДС обмотки возбуждения: = 1,1...1,2.

Марка и размеры проводов обмоток возбуждения выбираются в соответствии с табл. 11.18.

Таблица 11.18.Марка и размеры проводов обмоток возбуждения

Многослойные катушки из проводников круглого сечения вы­полняют сплошными. Размеры катушек (рис. 11.24) ориентировочно могут быть приняты в зависимости от диаметра якоря:

, м	0,09	0,106	0,110	0,132	0,156	0,018
, м	0,023 0,019	0,032 0,018	0,024 0,023	0,025 0,03	0,025 0,038	0,03 0,04

Катушки обмоток возбуждения машин с диаметром якоря свы­ше 0,2 м выполняют секционированными. Это увеличивает поверх­ность охлаждения обмоток и позволяет повысить плотность тока в обмотке возбуждения.

Проводники прямоугольного сечения и проводники из шинной меди наматываются плашмя, меньшей стороной сечения проводни­ка по высоте катушки.

Для расчета числа витков необходимо задаться плотностью тока в обмотке возбуждения. Средние значения могут быть приняты равными (2...3)·10⁶ А/м² при исполнении по степени за­шиты IP44 и (4,5...6)·10⁶ А/м² при исполнении по степени защиты IP22.

Число витков обмотки на один полюс

, (11.59)

где — номинальный ток возбуждения.

При укладке обмотки в межполюсном окне необходимо обеспе­чить воздушные промежутки между краями главных и добавочных полюсов и выступающими краями катушек и внутренней поверхностью станины не менее (6...8)·10^-3 м.

Площадь сечения катушки, м²,

, (11.60)

где — диаметр изолированного провода (при проводах прямоугольного сечения необходимо вместо ввести ); — коэффи­циент заполнения, определяющий разбухание катушки.

Окончательные размеры катушек обмоток возбуждения устанавливаются после размещения вмежполюсном окне главных и добавочных полюсов. Если площадь межполюсного окна не позволяет разместить обмотки, то необходимо увеличить внутренний диаметр станины.

Сопротивление обмотки возбуждения, Ом,

. (11.61)

Масса меди параллельной обмотки, кг,

. (11.62)

Максимальный ток обмотки возбуждения, А,

. (11.63)

Коэффициент запаса

, (11.64)

где должен быть не менее 1,1.

На главных полюсах машин без компенсационных обмоток па­раллельного или независимого возбуждения в целях повышения устойчивости работы двигателя и частичной компенсации реакции якоря выполняют стабилизирующую обмотку, которая соединяется последовательно с обмоткой якоря и обмоткой добавочных полю­сов. Конструктивно стабилизирующая обмотка располагается либо у полюсного наконечника, либо между секциями катушек главных полюсов, при этом она одновременно выполняет роль дистанцион­ной прокладки.

Плотность тока стабилизирующей обмотки принимают в пер­вом приближении равной плотности тока в обмотках главных по­люсов.

Число параллельных ветвей стабилизирующей обмотки принимают равным числу ветвей компенсационной обмотки и обмотки добавочных полюсов.

Число витков на один полюс стабилизирующей обмотки

, (11.65)

где — размагничивающее действие поперечной реакции якоря, А; — ток якоря, А; — число параллельных ветвей обмотки добавочных полюсов.

Полученное число витков округляют до ближайшего целого числа. Марка провода и конструкция обмотки выбираются согласно табл. 11.18.

Средняя длина витка обмотки, м,

где — толщина изоляции катушки согласно табл. 11.2 и 11.3 плюс односторонний зазор между катушкой и полюсом, который принимается равным (0,5...0,8)·10^-3 при диаметрах якоря до 500 мм; — ширина катушки, которая определяется после выбора марки провода и размещения обмотки в межполюсном окне.

Сопротивление стабилизирующей обмотки, Ом,

. (11.67)

РАСЧЕТ КОММУТАЦИИ

Коммутационную надежность машин постоянного тока обыч­но оценивают по ширине зоны безыскровой работы машины ,границы которой определяют экспериментально по зна­чениям токов подпитки или отпитки добавочных полюсов, вы­зывающих появление искрения под сбегающими краями щеток. ГОСТ 183—74 устанавливает, что при номинальном режиме работы машины степень искрения не должна превышать класса 1,5. При этом уровне искрения наблюдается лишь слабое точечное искрение под большей частью электрощетки, которое, однако, не должно оказывать существенного влияния на срок службы коллекторно-щеточного узла машины [6].

Косвенным критерием оценки коммутационной напряженности является реактивная ЭДС , которая индуктируется в замкнутой накоротко секции во время ее коммутации.

Для машин с высотой оси вращения до 200 мм ЭДС не дол­жна превышать 2,5...3,5 В. В машинах с высотой оси вращения до 355 мм максимально допустимая ЭДС может достигать 5 В.

Реактивная ЭДС коммутируемой секции, В,

, (11.68)

где — число витков в секции; — длина якоря, м; А — линейная нагрузка, А/м; — окружная скорость якоря, м/с; — приведенная удельная магнитная проводимость пазового рассеяния. Для овальных полузакрытых пазов (см. рис. 11.13)

; (11.69)

для прямоугольных пазов (см. рис. 11.14)

; (11.70)

Так как активные стороны секций вступают в процесс коммута­ции не одновременно, а через определенные интервалы времени, зависящие от ширины щетки, коэффициента укорочения обмотки, числа секционных сторон в пазу и т. д., то расчет результирующей проводимости пазового рассеяния представляет собой довольно трудоемкую задачу.

По формулам (11.68)—(11.70) с достаточной точностью можно рассчитать ЭДС коммутации для машин общего назначения, когда диаметр якоря не превышает 300 мм, а условия коммутации не яв­ляются напряженными.

Для расчета коммутации на­пряженных в коммутационном отношении машин, а также ма­шин с диаметром якоря свыше 300 мм используют зависимости, определяющие средний за период коммутации эффект взаимодейст­вия секций, расположенных в од­ном пазу. В этом случае средний результирующий коэффициент удельной проводимости пазового рассеяния

. (11.71)

Здесь коэффициент прини­мается по рис. 11.25;

Рис. 11.25. К расчету результирующего коэффициента проводимости пазового рассеяния

, (11.72)

где размеры — по рис. 11.25,

, (11.73)

— по рис. 11.14; — воздушный зазор под добавочным полюсом предварительно принимается при бандажах на лобовой части обмотки якоря из магнитной проволоки и = 0 5 при стеклобандажах и бандажах из немагнитной проволоки; — относи­тельная ширина щетки, определяющая число одновременно комму­тируемых секций:

, (11.74)

где — коллекторное деление.

При расчете по (11.69), (11.70) необходимо предварительно вы­брать ширину щетки. Ширина щетки принимается при простых волновых обмотках, при простых петлевых обмотках и при двухходовых петлевых обмотках.

Ширина щетки определяет ширину зоны коммутации , т.е. ширину дуги окружности поверхности якоря, в границах которой находятся коммутируемые секции:

. (11.75)

Диаметр коллектора коллекторное деление ,а также выбирают согласно данным § 11.4; укорочение обмотки в коллек­торных делениях принимают всегда со знаком плюс. Ширина щетки должна обеспечить ширину зоны коммутации:

, (11.76)

где — ширина нейтральной зоны.

Верхние границы этого отношения относятся к машинам с диа­метром якоря до 0,2 м, нижние значения принимаются при диамет­рах якоря выше 0,4 м. При отсутствии добавочных полюсов в маши­нах малой мощности отношение можно выбивать в пределах 0,8—1,25.

Принятое значение ширины щетки округляется до ближайшего стандартного размера (см. табл. П4.1).

При выборе ширины зоны коммутации следует иметь в виду что увеличение ширины зоны коммутации приводит к сокращению чис­ла проводников якоря, участвующих в создании электромагнитного момента, что влечет увеличение тока в якоре и ухудшение условий коммутации. Поэтому желательно, чтобы щетки перекрывали не более двух-трех коллекторных пластин.

Выбор марки щеток для машин постоянного тока — весьма сложная задача, так как от марки щеток зависят коммутация ма­шины и срок службы коллекторно-щеточного узла. На практике марку щеток определяют в соответствии с условиями работы со­гласно табл. П4.2, где приведены основные технические данные марок наиболее распространенных щеток и области их примене­ния.

Контактная площадь всех щеток, м²,

, (11.77)

где — плотность тока в щеточном контакте, А/см² (см. табл. П4.2). Контактная площадь щеток одного бракета (щеточного болта)

. (11.78)

По табл. П4.1 выбирают длину одной щетки, определяют пло­щадь щеточного контакта одной щетки и рассчитывают число щеток на один щеточный болт:

. (11.79)

По выбранным размерам щеток и определяют фактиче­ски контактную площадь и уточняют плотность тока в щеточном контакте .

Активная длина коллектора при шахматном расположении ще­ток по длине коллектора, м,

, (11.80)

где — длина щетки, м.

Механический расчет коллекторов приведен в гл. 8.