Методическое руководство по расчету машины постоянного тока МПТ (стр. 3 из 15)
Площадь паза якоря зависит от количества и сечения проводников обмотки якоря. В свою очередь, сечение проводника определяется величиной тока якоря и его допустимой плотностью, которая зависит от режима работы машины, способа охлаждения, класса изоляции, коэффициента теплоотдачи.
15. Интенсивность нагрева МПТ определяется удельной тепловой нагрузкой (Вт/м2), которая для продолжительного режима записывается в виде
q = QMa (1 + 0,1 V), (3.1)
где QM - предельно допустимое превышение температуры корпуса над температурой окружающей среды, определяемое классом изоляции. Температура окружающей среды принимается при расчётах равной 400 С;
a- коэффициент теплоотдачи поверхности якоря в неподвижной среде, составляющий в среднем 14 - 18 Вт/(К м2) для машин закрытого исполнения без вентилятора и 36 - 44 Вт/(К м2) для машин защищённого исполнения с встроенным вентилятором;
V- окружная скорость якоря в машинах без вентилятора, V = Va.
Работа встроенного вентилятора приводит к увеличению потока охлаждающего воздуха и, следовательно, к увеличению скорости его движения V:
V = (Va2 + Vв2)1/2, (3.2)
где Vв- окружная скорость лопаток вентилятора,
Vв = pDвnн/ 60; (3.3)
Dв- диаметр колеса центробежного вентилятора,
Dв= (1,25 ¸ 1,4) Da.
Удельная тепловая нагрузка для кратковременного режима работы
(3.4)здесь tр- время работы двигателя, с;
Tр- постоянная времени нагрева вращающегося якоря, с ,
. (3.5) 
. (3.6)Для МПТ, работающих в повторно-кратковременном режиме,
(3.7)где функция Y(tр/Tр) определена зависимостью времени работы машины и паузы:
Y(tр/Tр) = 1+ exp ( -а1tр/ Tр) + exp ( -2 а1tр/ Tр) +¼
+ ¼ exp[- (n-1) а1tр/ Tр], (3.8)
где n- число циклов работы;
(3.9)
ТП- постоянная времени охлаждения неподвижного якоря, с;
tП- время паузы, с.
16. Выражая потери в якорной цепи машины через линейную нагрузку и плотность тока в проводниках обмотки, можно получить выражение плотности тока при заданной линейной нагрузке и допустимом превышении температуры QM:
а) для МПТ при 2р = 2 и n< 5000 об/мин
(3.10)при 5000 £n£ 10000 об/мин
(3.11)при 10000 £n£ 15000 об/мин
(3.12)б) для МПТ при 2р = 4 и при n< 5000 об/мин
(3.13)при 5000 £n£ 10000 об/мин
(3.14)при 10000 £n£ 15000 об/мин
. (3.15)17. Предварительное сечение проводников обмотки якоря
(3.16)По полученному сечению рассчитывается диаметр провода (выбирается ближайшее его значение), марка и необходимый класс изоляции (прилож., табл. 2). Для выбранного провода определяется сечение и реальная плотность тока в якорной обмотке.
18. Предварительная величина площади паза якоря
(3.17)
где Nп- число проводников в пазу якоря,
Nп = N / Z; (3.18)
Sa.из- сечение изолированного проводника якорной обмотки,
Sa.из = pdиз2 / 4, (3.19)
dиз- диаметр изолированного проводника обмотки якоря;
Кз.п- коэффициент заполнения паза, предварительное значение которого
принимается равным 0,30 - 0,46. При меньших значениях Кз.п заполнение паза будет ²рыхлым², т.е. проводники обмотки будут подвижными. При больших значениях Кз.п выполнение обмотки становится невозможным, т.е. в пазу не удаётся разместить необходимое число проводников.
19. Размеры паза и зубцов. Рассчитав площадь паза, необходимо определить его размеры. Поскольку наиболее технологичным является круглый паз, проверяется возможность его реализации. Диаметр круглого паза
dп = (4 Sп / p )0,5. (3.20)
Кроме того, необходимо учесть наличие щели паза, через которую производится укладка проводников обмотки. Высота щели hщ обычно не превышает 1,0 - 1,5 мм, а её ширина bщ= (2 - 8)dиз, причём больший размер для более тонких проводов. Приняв указанные размеры и определив число пазов и их диаметр, рисуют в масштабе эскиз листа якоря (рис.1).
Если необходимое число пазов удаётся разместить на листе якоря, то определяют размеры зубцов для трёх сечений.
Зубцовое деление якоря
tZ = pDa / Z. (3.21)
Максимальная ширина зубца
bZ1 = tZ-bщ. (3.22)
Ширина зубца в основании паза
(3.23) 
Рис.1. Пазы якоря круглой формы
Ширина паза в среднем сечении
(3.24)Минимальную ширину зубца желательно проверить по величине магнитной индукции в этом сечении, исходя из того, что весь поток зубцового деления проходит через зубец:
(3.25)
где Kз.с- коэффициент заполнения стали. Его величина зависит от толщины листа и вида изоляции. Для современных сталей величина Kз.с=0,95-- 0,97 (прилож., табл. 4).
Максимальная величина магнитной индукции в зубцах МПТ малой мощности не превышает 1,8 Тл, а ширина зубцов якоря по технологическим условиям штамповки должна быть не менее 1,5 мм.
 |
На практике чаще всего реализовать круглый паз необходимой площади не удаётся. Поэтому наиболее распространены пазы якоря овальной или трапецеидальной формы (рис.2), позволяющие получать значительные площади паза при небольшой его ширине. Важным достоинством пазов указанной формы является постоянная ширина зубцов якоря, которая, как и в предыдущем случае, должна быть не менее 1,5 мм.
Рис.2. Пазы якоря трапецеидальной формы
Ширина зубца может быть рассчитана исходя из допустимых значений магнитной индукции Bzпо выражению (3.25).
Для определения размеров паза в крупном масштабе изображается лист якоря. При известном числе пазов окружность якоря разбивается на соответствующее число секторов, по осям которых в том же масштабе изображаются зубцы якоря необходимой ширины.
Ориентировочная высота паза рассчитывается по выражению
hп = (Dа-dв- 2 ha), (3.26)
hп = (0,22 ¸ 0,3) Dа.
Диаметр вала МПТ
dв = (0,18 ¸ 0,24) Dа.
Высота спинки якоря выбирается из допустимых значений магнитной индукции на этом участке:
(3.27)где Ва- магнитная индукция в спинке якоря, максимальная величина которой не должна превышать 1,5 Тл.
Таким образом, задаваясь величинами диаметра вала, спинки якоря и зная диаметр якоря, можно уточнить высоту паза hП.
Максимальная и минимальная ширина овального паза может быть приближённо рассчитана по следующим выражениям:
, (3.28) 
, (3.29)а высота средней части паза
h12 = hп-hщ-
/ 2 - 
/ 2. (3.30)По рисунку паза рассчитывается его площадь, которая корректируется исходя из условия размещения проводников в пазу. Так для трапецеидального паза
. (3.31)После этого можно уточнить размеры зубца якоря, в частности его ширину. Увеличение ширины зубца приводит к уменьшению его магнитной индукции, следовательно, уменьшению потерь в стали зубцов, уменьшению МДС обмотки возбуждения, её веса и габаритов.