Методическое руководство по расчету машины постоянного тока МПТ (стр. 2 из 15)
Отношение длины якоря loк его диаметру Da изменяется в широком диапазоне:
.Если рассчитывается серия машин с одним и тем же диаметром, то величина этого отношения может достигать 2,0 - 2,5. Чаще всего x принимается равным 0,8 - 1,2.
При выборе величины x необходимо учитывать, что в коротких машинах уменьшается величина реактивной ЭДС и, следовательно, улучшаются условия коммутации. Однако, исходя из экономических соображений, относительную длину якоря стремятся увеличить, так как стоимость коллектора и подшипников практически не зависит от длины машины, а минимум меди якорной обмотки достигается при приближении x к 1,5. Если же машина должна иметь пониженный момент инерции якоря, то относительную длину приходится принимать выше указанного значения.
Выбрав величину x, рассчитывают диаметр якоря:
(1.12)
Тогда длина якоря
(1.13)Полученные значения округляют до ближайшего стандартного типоразмера (прилож., табл. 1).
4. Окружная скорость вращения якоря
(1.14)Окружная скорость якоря МПТ малой мощности может достигать 20 - 25 м/с.
5. Полюсное деление
(1.15)В машинах малой мощности число полюсов принимается, как правило, равным двум. При мощностях Рн³ 200 Вт магнитную систему выгоднее выполнять четырёхполюсной. При этом уменьшается поток полюса, и, следовательно, сечение, и масса магнитопровода машины. Уменьшается также масса меди якоря из-за уменьшения длины лобовых частей якорной обмотки. В результате этого снижается расход активных материалов машины. Вместе с тем с увеличением числа полюсов возрастает трудоёмкость изготовления машины вследствие уменьшения размеров её деталей. Кроме того, увеличивается напряжение между коллекторными пластинами, что обусловливает необходимость увеличения числа коллекторных пластин и диаметра коллектора. Тем не менее, в настоящее время наметилась тенденция к выполнению четырёхполюсных машин даже при сравнительно малых мощностях.
Расчётная полюсная дуга
(1.16)Увеличение коэффициента расчётной полюсной дуги a приводит к уменьшению габаритов машины. При этом, однако, уменьшается межполюсное расстояние, что может привести к увеличению магнитного поля от главных полюсов в зоне коммутации и ухудшению процесса коммутации.
6. Частота перемагничивания стали якоря
(1.17)7. Воздушный зазор МПТ малой мощности выбирается минимально возможным. Однако для того чтобы магнитное поле не изменяло знака на протяжении полюсной дуги, необходимо выполнение следующего условия:
, (1.18)где Fdн и Fzн- МДС воздушного зазора и зубцовой зоны МПТ при номинальном токе.
Принимая ориентировочно
(1.19)и учитывая соотношения, связывающие МДС и магнитную индукцию в воздушном зазоре, получим:
для электродвигателей с продолжительным режимом работы
; (1.20)
для электродвигателей с кратковременным режимом работы
; (1.21)
для генераторов
. (1.22)
2. ПАРАМЕТРЫ ОБМОТКИ ЯКОРЯ
В МПТ малой мощности применяются простые петлевые обмотки при 2р = 2 и простые волновые при 2р = 4. Кроме того, для машин малой мощности весьма перспективно применение постоянных магнитов, позволяющих уменьшить потребляемую из сети мощность за счёт отсутствия тока возбуждения, повысить КПД, а в ряде случаев уменьшить габариты машины.
8. Полезный поток одного полюса машины
(2.1)9. Число проводников обмотки якоря
(2.2)где а - число параллельных ветвей якорной обмотки машины (для машин малой мощности обычно, а = 1).
10. При выборе числа пазов необходимо руководствоваться следующим. Слишком малое число пазов приводит к значительным пульсациям ЭДС машины, а слишком большое число - к уменьшению ширины зубцов и их насыщению. Необходимо учитывать также, что увеличение числа зубцов приводит к нерациональному использованию площади паза, так как при уменьшении размеров пазов площадь, занимаемая изоляцией, остаётся прежней. Предпочтение отдаётся нечётному числу, в этом случае уменьшаются пульсации поля под полюсами, вызывающие появление переменной ЭДС, ухудшающей коммутацию. Однако при нечётном числе пазов становится затруднительной машинная намотка якоря. Для МПТ малой мощности число пазов якоря
Z = (3 ¸ 4) Da, (2.3)
где диметр якоря измерен в сантиметрах.
11. Число коллекторных пластин выбирается равным числу элементарных пазов исходя из соотношения:
K = ZЭ = uПZ, (2.4)
где uП - число элементарных пазов в реальном пазу, выбирается таким образом, чтобы среднее напряжение между коллекторными пластинами не превышало допустимого значения:
Обычно uП = 2 - 3. В случае волновой обмотки при нечётном числе пазов якоря uП должно быть числом нечётным, так как только при этом условии возможно выполнение симметричной обмотки с целым шагом.
12. Число витков в секции обмотки якоря
(2.5)Число витков в секции должно быть целым. Поэтому рассчитанное по (2.5) значение округляется, а число проводников обмотки якоря соответствующим образом корректируется. Окончательные значения uП и Wспринимаются после проверки коммутации, т.к. величина реактивной ЭДС, определяющей характер процесса коммутации, пропорциональна числу Wс.
13. Для простой петлевой обмотки шаги обмотки якоря
; (2.6)для простой волновой обмотки
если y- чётное число; 
если y- нечётное число.После определения параметров якорной обмотки составляется таблица обхода и вычерчивается её схема.
14. Линейная нагрузка якоря принимается с учётом скорректированного числа проводников обмотки якоря
(2.7)
Полученная величина линейной нагрузки не должна отличаться от ранее принятой более чем на 5%. В противном случае в качестве исходного значения AS принимается найденное по (2.7) и производится повторный расчёт.
3. РАЗМЕРЫ ЗУБЦОВ, ПАЗОВ И ПРОВОДНИКОВ
ОБМОТКИ ЯКОРЯ
В МПТ малой мощности часто используются пазы круглой, овальной и трапецеидальной формы. Наиболее технологичны и просты в изготовлении пазы круглой формы. Поэтому, если площадь круглого паза соответствует расчёту, то при всех прочих равных условиях предпочтение отдаётся круглому пазу. Овальная и трапецеидальная формы паза увеличивают его площадь по сравнению с пазом круглой формы при том же диаметре якоря.