Курсовой и дипломный проекты следует рассматривать как творческое индивидуальное задание. При выполнении этих работ студент должен показать умение мыслить творчески, изобретатель­но и неординарно решать инженерные задачи, активно использо­вать полученные им в вузе теоретические знания, правильно разре­шать возникающие противоречия и выбирать лучший вариант, удовлетворяющий всем требованиям технического задания.

11.3. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

По формуле «машинной постоянной» (1.1), устанавливающей связь между размерами машины и электромагнитными нагрузками, определяют произведение , где — диаметр якоря и — длина якоря. При расчете предварительно выбирают индукцию в воз­душном зазоре и линейную нагрузку А. Для определения глав­ных размеров и задаются либо отношением , либо одним из размеров. При проектировании машин первых серий и их модификаций не устанавливалась связь между диаметром машины и установочными размерами, поэтому выбор главных размеров ма­шины определялся на основании рекомендаций, устанавливающих экономически целесообразные значения отношения . Полу­ченные при расчете диаметры якоря округлялись до стандартного ближайшего значения, выбранного по шкале диаметров якорей се­рийных машин.

Машины постоянного тока современных серий имеют единую шкалу высот оси вращения. При заданной высоте оси вращения внешний диаметр корпуса машины постоянного тока не может пре­вышать размер 2 . Обычно этот диаметр должен быть не более м.

По данным многих типов и конструкций машин постоянного тока относительная радиальная высота магнитной системы является функцией числа полюсов. Область значений этой функции для различных чисел полюсов приведена на рис. 11.5. Пользуясь рис. 11.1 и рис. 11.5, можно определить предварительное значение диаметра якоря. Значение необходимо уточнить после составления эскиза магнитной системы и межполюсного окна. Да­лее по постоянной Арнольда (1.1) и уточненному значению уста­навливают расчетную длину якоря .

Так как традиционный способ определения главных размеров машины через отношение длины якоря к его диаметру более удобен, на рис. 11.6 приведены зависимости от диаметра якоря для машин постоянного тока серий 4П, 2П, П и ПН, полученные путем расчета указанного показателя реальных машин. При выборе отношения необходимо иметь в виду, что с увеличением длины машины умень­шается относительная длина лобовых частей, возрастает КПД, снижается момент инерции якоря, но при этом ухудшаются условия охлаждения и коммутации машины.

Рис. 11.5. К определению отношения внешнего диаметра машины к диаметру якоря

Рис. 11.6. Зависимость X от диаметра якоря для машин различных серий

Электромагнитная мощность. В (1.1) в качестве расчетной принята электромагнитная мощность . Однако истинное значение элект­ромагнитной мощности можно определить только после полного расчета электрической машины — на этапе расчета ее характери­стик. Поэтому мощность определяют по номинальной (заданной) мощности и предварительно принятому значению КПД.

---

Зависимость КПД от номинальной мощности для машин обще­го назначения приведена на рис. 11.7.

Для генераторов расчетная мощность принимается равной:

; (11.1)

для двигателей

. (11.2)

Рис. 11.7. Зависимость КПД машин постоянного тока от мощности машины

Значения коэффициентов и приведены в табл. 11.8, там же даны значения коэффициента определяющего отношения тока возбуждения к току якоря.

Таблииа11.8. Значения коэффициентов , ,

Мощность машины, кВт
Менее 1	1,4-1,15	0,65-0,85	0,2-0,08
1—10	1,2-1,1	0,82-0,95	0,1-0,025
10—100	1,15-1,06	0,85-0,97	0,035-0,02
100—1000	1,06-1,03	0,93-0,98	0,02-005

Для электрических машин общего назначения можно определить электромагнитную мощность по формуле

, (11.2. а)

где — КПД (рис. 11.7).

Выбор коэффициента полюсного перекрытия. Расчетный коэффициент полюсного перекрытия , как следует из (1.1), оказывает влияние на степень использования машины: с увеличением возрастает использование машины. Однако при чрезмерном увеличении уменьшается ширина межполюсного окна , возрастает поток рассеяния главных полюсов, увеличивается проникновение поля главных полюсов в зону коммутации, уменьшается коммутационная надежность машины.

Для машин общего назначения с добавочными полюсами значение устанавливается в пределах 0,55...0,72, без добавочных полю сов = 0,6...0,85.

На рис. 11.8 приведены зоны предельных значений для машин общего назначения при числе полюсов 2р ≥ 4.

Рис. 11.8. Зависимость

Выбор электромагнитных нагрузок. Согласно (1.1) увеличение электромагнитных нагрузок и приводит к улучшению использования объема якоря. Однако с ростом линейной нагрузки уве­личивается нагрев якоря и маши­ны, ухудшается коммутация, с ро­стом насыщаются отдельные участки магнитной цепи.

Таким образом, оптимальные значения электромагнитных на­грузок невозможно выбрать на начальном этапе расчета электри­ческой машины. Этот выбор, как правило, основывается на данных, полученных в результате анализа ранее разработанных серий машин постоянного тока или путем рас­чета и сравнения ряда вариантов.

Рекомендуемые значения и для машин общего назначения приведены на рис. 11.9 и 11.10. При выборе линейных нагрузок не­обходимо учитывать, что для хорошо охлаждаемых машин можно выбрать более высокие значения линейных нагрузок; для тихоход­ных машин, работающих, с перегрузками и частными реверсами, не­обходимо принимать уменьшенные значения линейных нагрузок. Выбранные значения электромагнитных нагрузок обычно коррек­тируются после расчета ряда вариантов выбора главных размеров, геометрии зубцовой зоны и обмоток.

---

Рис. 11.9. Зависимость линейной нагрузки от диаметра якоря

Рис. 11.10. Зависимость индукции в воздушном зазоре от диаметра якоря

11.4. РАСЧЕТ ОБМОТКИ И ПАЗОВ ЯКОРЯ

В § 3.13 даны исходные рекомендации по выбору и расчету обмоток машин постоянного тока. Тип обмотки и число паралле­льных ветвей определяют, исходя из принятого числа главных полюсов 2р и тока параллельной ветви . Число главных полю­сов машин постоянного тока общего назначения в зависимости от диаметра можно принимать: 2р = 2 при D до 100 мм и 2р = 4 при D = 112...500 мм.

Для расчета числа параллельных ветвей определяют предварите­льное значение тока якоря, А:

для генераторов ;

для двигателей . (11.3)

Значения коэффициентов , приведены в табл. 11.8.

Исходя из принятого числа главных полюсов 2р, предваритель­ного значения тока якоря и допустимого тока параллельной ветви = 250...300 А согласно данным § 3.14 принимают тип обмотки.

При токах якоря до 600 А выбирают простую волновую обмотку, от 500 до 1400 А — простую петлевую обмотку. Число проводников обмотки якоря

N = (A D2a)/I. (11.4)

Согласно рекомендации § 3.14 и ориентировочным значениям зубцового деления определяют число пазов якоря:

Z = (11.5)

Ориентировочные значения для различных высот оси враще­ния следующие:

, мм	80	200	225	315	355	500
, мм	10	20	15	35	18	40

Число эффективных проводников обмотки в пазу N/Z должно быть в двухслойных обмотках четным числом.

По условиям коммутации пазовый ток не должен пре­вышать 1500... 1600 А при D < 1000 мм.

Для расчета числа коллекторных пластин К и числа секционных сторон в пазу и_п целесообразно рассмотреть несколько вариантов выполнения обмотки. Результаты расчета удобно представить в виде таблицы

№ варианта
1
2
.
.
.

При сравнении вариантов следует учесть, что в двигателях с по­лузакрытыми пазами всыпная обмотка из круглых проводников мо­жет иметь дробное число витков секции , так как в этом случае допускается выполнение секций, расположенных в одном пазу с разным числом витков. Например, в некоторых машинах се­рии 2П при волновой обмотке с = 3 число витков в секциях при­нято равным 1-2-1, 2-1-2, 5-4-5.

При открытых пазах и проводах прямоугольного сечения значе­ния должны округляться до ближайшего целого числа.

Максимальное число коллекторных пластин должно оцениваться по минимально допустимому значению коллекторного деления, которое в зависимости от диаметра коллектора должно быть не менее:

---

, мм	125	140-280	315-500
, мм	3	3,5	3,8

Для серийных машин без компенсационной обмотки допус­кается до 16 В, для машин с компенсационной обмоткой ≤ 20 В, для машин малой мощности (до 1 кВт) ≤ 25...30 В. Для расчета коллекторного деления необходимо выбрать внешний диаметр коллектора , из следующего ряда по ГОСТ 19780—81: 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180 200 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450 мм.

Диаметр коллектора при открытых пазах якоря должен нахо­диться в пределах

. (11.6)

При полузакрытых пазах якоря и отсутствии петушков на кол­лекторе

(11.7)

После выбора варианта обмотки необходимо уточнить линей­ную нагрузку

(11.8)

и скорректировать расчетную длину машины.

Поперечное сечение эффективного проводника обмотки якоря, м²,

(11.9)

где , — плотность тока, А/м².

Плотность тока предварительно выбирают, используя зависимо­сти произведения AJ от класса нагревостойкости изоляции (рис. 11.11), построенные по данным серийных машин постоянного тока.

Для всыпных обмоток якоря с по­лузакрытыми пазами следует выбрать круглый провод марки ПЭТВ при классе нагревостойкости В. При классе нагревостойкости Н могут быть при­менены провода марки ПСДТК. Диа­метр изолированного провода не дол­жен превышать 1,8 мм.

Эффективные проводники всыпных обмоток обычно состоят из нескольких элементарных проводников. Число элементарных проводников и сече­ние элементарного проводника определяют из равенства

. (11.10)

где должно быть целым числом.

Рис. 11.11. Зависимость произ­ведения AJ от диаметра якоря

Сечение и размеры прямоугольных проводников обмотки яко­ря с открытыми пазами определяют при расчете размеров паза и зубца.

Форма паза и геометрии зубцовой зоны в целом зависят от диа­метра якоря, типа и конструкции обмотки.

Наиболее целесообразной, с точки зрения технологии обмоточ­ных работ, формой паза является открытый паз с параллельными стенками. При прямоугольной форме проводников эти пазы имеют высокий коэффициент заполнения.

Однако при открытых пазах увеличивается коэффициент воз­душного зазора, возрастают пульсация магнитного потока и зубцовые гармонические электромагнитного момента. Увеличиваются также поверхностные и пульсационные добавочные потери в маг­нитной системе.

Области применения полузакрытых и открытых пазов указаны в гл. 3.

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

При выбранной форме паза исходной величиной в расчетах гео­метрии зубцовой зоны является площадь паза, которая должна быть достаточной только для размещения в пазу проводников обмотки якоря, изоляции и крепления (клина).

---

Овальные пазы якоря. При овальной форме паза зубцы выпол­няют с равновеликим по высоте сечением (рис. 11.12). Ширина зуб­ца предварительно

, (11.11)

где — допустимое значение индукции в зубцах, Тл; k_c — коэффи­циент заполнения пакета якоря сталью (см. табл. 9.13).

Значения магнитной индукции в зависимости от частоты перемагничивания, степени защиты и способа охлаждения могут быть приняты согласно данным табл. 11.9.

Высоту паза предва­рительно выбирают согласно рис. 11.13. Предварительно вы­бранные значения размеров паза уточняют на основании расчетов индукций в соответст­вующих участках магнитной цепи зубцовой зоны и размеще­нии обмоток в пазах. Одновре­менно необходимо иметь в виду, что высота ярма якоря (см. рис. 11.13) должна быть более или равной значению , при котором магнитная индукция в спинке якоря является пре­дельно допустимой (табл. 11.10).

Рис. 11.12. Зависимость высоты паза от диаметра якоря

Таблица 11.9. Значения магнитной индукции в зависимости от частоты перемагничивания

Исполнение двигателей по степени защиты и способу охлаждения	Магнитная индукция Bz, Тл, при частоте перемагничивания, Гц
	100	75	50	25 и ниже
IP22, IC01, IC17, IP44, IC37	1,65-1,85	1,75-1,95	1,85-2,05	1,9-2,1
IP44, IC0141	1,4-1,6	1,5-1,7	1,55-1,75	1,6-1,8
IP44, IC004I	1,3-1,5	1,3-1,6	1,5-1,7	1,55-1,75

Таблица 11.10. Исполнение двигателей по степени защиты и способу охлаждения

Исполнение двигателей по степени защиты и способу охлаждения	Магнитная индукция Bj, Тл, при частоте перемагничивания, Гц
	50-100	до 50
IP22, IC01, IP22, IC17, IP44, IC37	1,4	1,45
IP44, IC0141	1,15	1,2
IP43, IC0041	1,05	1,1

Примечание. При числе полюсов 2р = 2 предельные значения В_} можно увеличить на 0,2 Тл.

Минимальная высота спинки якоря равна

, (11.12)

где Ф — магнитный поток в воздуш­ном зазоре, Вб; — длина пакета яко­ря, м; d_f — диаметр аксиальных вентиляционных каналов, м, Bj — индукция в спинке якоря.

Обычно магнитопроводы якорей с овальными пазами выполняются без аксиальных каналов, и только в некоторых случаях при высотах оси вращения 200 мм и диаметрах якоря свыше 200 мм выполняется один ряд аксиальных каналов.

При расчете и необходимо вдаться значением внутреннего диаметра листов якоря (см. рис. 11.13).

Рис. 11.13. Размеры полузакрытых пазов овальной формы

Это значение прибли­женно определяют по формуле:

, (11.13)

где D₀ — в см, если в кВт.

Для машин серии 2П внутренний диаметр можно определить по табл. 11.11.

Таблица 11.11. Внутренний диаметр машин серии 2П

, мм	90	110	112	132	160	ISO	200
, мм	90	106	110	132	156	180	200
, мм	24	28	38	50	55	60	65

---

Смотрите также файлы

• Глава 12 Системы автоматизированного проектирования электрических машин.doc

• Обложка.doc

• Огавление.doc

• Предисловие.doc

• Предметный указатель.doc