Содержание
Предыдущий § Следующий

10.6. Определение размеров статора и расчет магнитной системы

Конструкция статора и его размеры в большинстве случаев определяются необходимостью ограничить напряжение между коллекторными пластинами допустимыми пределами, при заданных условиях эксплуатации.

Рассмотрим сначала условия расчета МДС главных полюсов в машине без компенсационной обмотки на примере двигателя последовательного возбуждения. Пусть задан ток якоря /<,», который должен быть реализован при максимальной частоте вращения л_тах= — k_vn_B0M. Это требование определяет коэффициент регулируемости

Минимальный коэффициент устойчивости определяется из требования, чтобы максимальное напряжение между коллекторными

Зная бо и бкр, можно определить теоретически очертания воздушного зазора, а по ним и форму наконечника главного полюса. При выборе полюса нет необходимости строго соблюдать теоретически определенные очертания. Обычно примерно половину полюсного башмака делают по дуге, очерченной с радиусом, значительно большим радиуса якоря (рис. 10.15), а края башмака — по прямой

линии. Это значительно упрощает технологию, практически не увеличивая максимального напряжения между смежными пластинами коллектора

Зная МДС главных полюсов, можно определить число витков катушки и сечение витка

где /_вит = 2,5 3,5 А/мм² — плотность тока в обмотке при изоляции класса В. Значение /_Вит зависит от условий охлаждения обмотки ее конструкции и технологии и, как указывалось ранее, должно выбираться с учетом опыта реально выполненных машин, так как точный теоретический расчет нагревания катушек невозможен.

При параллельном или независимом возбуждении расчет МДС главных полюсов и воздушного зазора ведется аналогично, однако ток возбуждения и число витков определяются несколько иначе Сначала находится площадь поперечного сечения меди катушки

Q.=FJJ_V (10.93)

что позволяет наметить ориентировочные размеры катушки и форму сердечника главного полюса Одновременно с размещением катушки главного полюса нужно размещать и катушку добавочного полюса, МДС которой нужно принять равной

Рис 10 15 Определение очертаний полюсного башмака

противление обмотки:

Размещать катушки на полюсах нужно на необходимом для хорошей вентиляции расстоянии; для крупных машин оно должно быть не менее 10... 12 мм. Кроме того, нужно проверить значения индукции: з сердечнике главного полюса она должна быть равной 1,2... 1,6 Тл (в номинальном режиме), в сердечнике дополнительного полюса — не более 0,8. ..1,0 Тл для обеспечения линейной зависимости между МДС добавочного полюса и индукцией в зоне коммутации. Нужно также предотвратить сильное насыщение наконечника главного полюса (см. гл. 2), для чего индукция в наиболее узком месте наконечника не должна превышать 2,0 Тл:

В_илк = В,(Ь-Ь_т)К2к_нлк)-^2,0 Тл, (10.102)

где Ь — дуга полюса; Ь_т — ширина сердечника полюса; Л_Нак — расстояние от полки наконечника полюса до его поверхности у якоря (рис. 10.16). Сечение станины определяется, как правило, значением магнитной индукции в ней, которое обычно выбирается в пределах 1,1... 1,3 Тл. Малое значение индукции выбирается для того, чтобы не происходило насыщения стали в местах, где складываются магнитные потоки главных и добавочных полюсов, что необходимо для линейности магнитной характеристики добавочных полюсов.

Длина станины выбирается такой, чтобы она закрывала катушки и лобовые части якоря. Обычно длина станины

'cxa_H = /_m + 36_KaT, (10.103)

где 1_т—осевая длина полюса; Ь_кат — ширина катушки. Высота ярма

hj=Q,fl_mn=°W2B_}l_mH). (10.104)

При наличии компенсационной обмотки размер воздушного зазора выбирают в 2...3 раза меньшим, чем при ее отсутствии. В первом приближении воздушный зазор рекомендуется определять по формуле

Так как искажающее действие реакции якоря под главным полюсом при наличии компенсационной обмотки в среднем ликвидируется, воздушный зазор делается равномерным, лишь у краев полюса он плавно увеличивается для уменьшения шума, возникающего при резком изменении индукции.

Рис. 10.16. Форма полюсного наконечника

Желательно, чтобы ^„._Об и t_x — зубцовые деления компенсационной обмотки и якоря — не были равны или кратны друг другу, чтобы избежать пульсаций магнитного потока. Однако это не всегда удается сделать. Так, например, при простой петлевой обмотке 2а=2р и (10.108) приобретает вид

Если число проводников в слое паза и_п равно числу пар полюсов р, то зубцовые шаги получаются равными или кратными, так как Ык.об — целое число. В четырехполюсной машине это так при u_n=2 или м_п=4; в шестиполюсной — при ы_п=3. В этих случаях приходится делать скос паза якоря на одно зубцовое деление (см. гл. 3), что несколько усложняет технологию изготовления якоря, но полностью устраняет все нежелательные явления, которые возникают при отсутствии скоса паза из-за пульсаций магнитного потока: вибрация и повышенный шум машины, наличие высших гармоник в кривых ЭДС и т. п. Скос пазов оказывает положительное влияние на свойства машины и тогда, когда зубцовые деления не кратны друг другу, однако в этом случае скос пазов можно и не делать.

После того как выбраны размеры зубцового деления и, следовательно, число пазов компенсационной обмотки на полюс Z_K._O6, проверяют минимальное значение коэффициента устойчивости, которое при наличии компенсационной обмотки должно удовлетворять условию

Если это условие не соблюдается, то в пределах каждого зубцового деления магнитная индукция изменяет знак, что приводит к увеличению потерь в стали.

Геометрию зубцового слоя компенсационной обмотки выбирают так же, как и для зубцового слоя якоря. Однако пазовый коэффициент Z, в этом случае выгодно брать близким к £=0,8, чтобы уменьшить индукцию в зубцах, расположенных на главных полюсах.

После уточнения размеров всех частей машины производится поверочный расчет магнитной системы, по результатам которого корректируется число витков главного полюса.

В это же время решается вопрос о форме крепления стали якоря. При диаметре якоря менее 300 мм сталь якоря прессуется непосредственно на вал, при диаметре более 500 мм пакеты электротехнической стали прессуются на втулку. Высота сердечника якоря выбирается такой, чтобы при номинальном режиме индукция в сердечнике В_а имела значение примерно 1,4... 1,0 Тл:

Одновременно решается и вопрос о типе вентиляции. В малых машинах, сталь якоря которых прессуется непосредственно на вал, применяется осевая вентиляция, для чего в листах якоря штампуются отверстия для вентиляционных каналов (см. рис. 9.8) в два или три ряда. Если пакеты стали насаживаются на втулку, то можно применить радиальную или радиально-осевую вентиляцию.

Расчет МДС главных полюсов производится только для номинального режима, т. е. при Ф„ом. Все другие точки кривой намагничивания строятся по универсальной характеристике (см. гл. 2), для чего определяется коэффициент насыщения магнитной системы

и _р ip

а затем точка на универсальной кривой намагничивания с тем же коэффициентом насыщения принимается за номинальную и координаты кривой в относительных единицах пересчитываются из условия Ф_о.е=Фном и F₀.e=^ном-Применение компенсационной обмотки почти всегда уменьшает размеры машины и сокращает расход меди. Это видно из сравнения полного тока всех катушек статора.

При отсутствии компенсационной обмотки

т. е. суммарная МДС статора в машине с компенсационной обмоткой уменьшается за счет уменьшения воздушного зазора. Кроме того, уменьшается и расход меди якоря, так как при наличии компенсационной обмотки менее жестки потенциальные ограничения и в крупных машинах можно несколько уменьшить диаметр якоря, увеличив его длину.

Содержание
Предыдущий § Следующий