Методическое руководство по расчету машины постоянного тока МПТ (стр. 4 из 15)

20. При 2р =2 средняя длина проводников обмотки якоря

l_a = l₀ + 1,2 D_a; (3.32)

при 2р =4

l_a = l₀ + 0,8 D_a. (3.33)

21. В нагретом состоянии сопротивление обмотки якоря

. (3.34)

В этом выражении g_M = 57 × 10⁶ (Ом×м)^-1- электропроводность меди при температуре окружающей среды. Температурный коэффициент меди

K_Q= 1 + 0,004 (Q-Q_окр), (3.35)

где Q- рабочая температура;

Q_окр- температура окружающей среды, Q_окр= 20 ⁰С.

22. Падение напряжения в обмотке якоря

DU_a = I_a R_a. (3.36)

Величина DU_a составляет обычно 10 - 20% от номинального напряжения. Меньшие значения относятся к машинам с высокими номинальными напряжениями U_ан>110 В, работающим в длительном режиме.

4. КОЛЛЕКТОР И ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ

В настоящее время коллекторы машин малой мощности выполняются чаще всего с пластмассовой изоляцией. Коллекторные пластины изготовляются из твёрдотянутой меди трапецеидального сечения с впадинами в виде «ласточкина гнезда» (рис. 3).

В некоторых конструкциях коллекторные пластины изолируются друг от друга миканитовыми прокладками толщиной 0,6 - 0,8 мм, чаще для изоляции используется та же пластмасса, что и для крепления коллекторных пластин.

Более совершенными технологиями изготовления коллекторов являются малоотходные, с использованием цельных заготовок из листов меди или медного порошка.

Толщина кольца коллектора выбирается с учётом износа коллектора и дальнейшей его проточки и составляет

D_{К =} (0,1¸0,2) D_K .

Рис.3. Коллектор машины постоянного тока

Коллектор должен быть изолирован от вала машины. Для этой цели также используется изолирующая пластмасса.

Щётки и прижимные пружины размещаются в трубчатых или коробчатых щёткодержателях.

Различают радиальные и реактивные щёткодержатели. В радиальных щёткодержателях щётка располагается перпендикулярно поверхности коллектора, в реактивных - под некоторым углом по ходу вращения коллектора, обеспечивая при этом более надёжный контакт. Реактивные щёткодержатели обычно применяются в нереверсивных МПТ, имеющих одно направление вращения.

23. Предварительный диаметр коллектора

D_K = (0,5 ¸ 0,9) D_a.

24. В машинах малой мощности ширина коллекторной пластины b_K принимается равной 2-5 мм. Толщина изоляции между коллекторными пластинами b_из = 0,6 -0,8 мм.

Коллекторное деление

(4.1)

Для правильно спроектированного коллектора должно выполняться соотношение

t_к = b_к+ b_из. (4.2)

Ширина коллекторной пластины при этом должна соответствовать ГОСТ 4134-75. Определив t_к, уточняют диаметр коллектора, используя выражение (4.1).

Окружная скорость коллектора

V_к = pD_кn / 60. (4.3)

25. В МПТ малой мощности для улучшения коммутации наиболее часто используются твёрдые медно-графитовые или электрографитированные щётки, которые меньше подвержены износу, что увеличивает надёжность работы машины.

Размеры щёток выбираются исходя из допустимой для каждого типа щёток плотности, которая лежит в широких пределах: 4,0 - 20,0 А/см² (наиболее часто 10,0 -15,0 А/см²). Тогда, выбрав тип щёток и определив допустимую для них плотность тока J_щ, можно рассчитать площадь щётки:

(4.4)

С другой стороны,

S_щ = а_щb_щ, (4.5)

где a_щ - осевая ширина щётки;

b_щ- ширина щётки по окружности коллектора, ориентировочно принимает- ся

b_щ= (2 ¸ 3) b_к.

Выбрав стандартный размер ширины щётки b_щ(ГОСТ 122322.1-77), определяют осевой размер щётки а_щ, удовлетворяющий необходимой площади. Осевая длина щётки также должна соответствовать указанному стандарту. После определения размеров щёток уточняют получаемую при этом плотность тока, используя выражение (4.4). Величина плотности не должна превосходить допустимого значения для выбранного типа щёток.

26. Активная длина коллектора по оси вала

l¢_к = (1,5 ¸ 2,0) а_щ.

Полная длина коллектора

l_к = l¢_к + (3 ¸ 5) d_a,

где d_a- диаметр проводника обмотки якоря без изоляции.

27. Проверка коммутации. В МПТ малой мощности добавочные полюса не выполняются, а щётки устанавливаются строго на линии геометрической нейтрали. Вследствие этого в коммутируемых секциях наводится реактивная ЭДС е_Rи ЭДС от поля реакции якоря е_а, которая также замедляет процесс коммутации. Наличие этих ЭДС приводит к увеличению плотности тока под сбегающим краем щёток и, следовательно, к повышенному искрению. Интенсивность искрения зависит от величины суммарной ЭДС в коммутируемой секции

которая не должна превосходить определённого значения.

Среднее значение реактивной ЭДС в коммутируемой секции определяется выражением

е_R = 2 W_СlASl₀V_a. (4.6)

Удельная магнитная проводимость потоков рассеяния l для пазов овальной и трапецеидальной формы определяется выражением

(4.7)

где b_П1 и b_П2 - максимальная и минимальная ширина паза.

ЭДС от реакции якоря при установке щёток на линии геометрической нейтрали

(4.8)

где d_a- средняя длина магнитной силовой линии в межполюсном пространстве,

. (4.9)

Для благоприятной коммутации МПТ малой мощности необходимо, чтобы величина результирующей ЭДС е_р в коммутируемой секции не превышала 1,5 В. В случае невыполнения этого условия необходимо либо уменьшить число витков в секции, либо уменьшить величину линейной нагрузки, сохранив при этом габариты машины за счёт увеличения магнитной индукции в воздушном зазоре.

На процесс коммутации может оказывать влияние магнитное поле полюсов, величина которого в зоне коммутации теоретически должна быть равной нулю. Однако если ширина зоны коммутации близка к расстоянию между полюсными наконечниками соседних полюсов, то в зоне коммутации будет ощущаться влияние их магнитного поля. Для того чтобы исключить это влияние, необходимо ограничить ширину коммутационной зоны b_кдо определённых размеров:

(4.10)

где b^¢_щ - ширина щётки, приведённая к окружности якоря,

(4.11)

t^¢_к- коллекторный шаг, приведённый к диаметру якоря,

. (4.12)

Для благоприятной коммутации необходимо

b_к£ 0,8 (t-b₀). (4.13)

5. МАГНИТНАЯ СИСТЕМА МАШИНЫ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Магнитопровод МПТ малой мощности изготовляется чаще всего шихтованным из электротехнической стали, причём полюса выполняются заодно с ярмом статора. Значительно реже магнитопровод статора изготовляется сплошным из труб малоуглеродистой стали. Полюса машины в этом случае изготовляются отдельно, также из мягкой малоуглеродистой стали. В последнее время полюса прессуются из порошковых ферромагнитных материалов. Магнитопровод якоря для уменьшения потерь во всех случаях выполняется шихтованными из малокремнистых электротехнических сталей.

28. Определение геометрических размеров.

Воздушный зазор:

d¢ = К_dd, (5.1)

где K_d- коэффициент воздушного зазора (коэффициент Картера),

(5.2)

Высота сердечника полюса h_пл предварительно принимается равной (0,24 ¸ 0,4) D_а. Полученное значение h_пл должно быть уточнено после расчёта обмотки возбуждения исходя из необходимой площади окна для размещения обмотки.

Осевая длина полюса для МПТ малой мощности обычно равна длине якоря:

l_пл = l₀.

Магнитная индукция в сердечнике полюсов принимается равной 1,2 - 1,5 Тл для машин, работающих в длительном режиме, и 1,4 - 1,6 Тл для машин с кратковременным режимом работы. Исходя из этих значений, рассчитывается сечение сердечника полюса

(5.3)

где s- коэффициент рассеяния магнитного потока с учетом того, что помимо основного магнитного потока по сердечнику полюса проходит поток рассеяния. Величина этого коэффициента составляет 1,08 - 1,12.