Реферат: Методическое руководство по расчету машины постоянного тока МПТ
AS - линейная нагрузка якоря, А/м.
Величины магнитной индукции и линейной нагрузки зависят от мощности и скорости вращения якоря машины. Ориентировочные значения этих величин представлены в табл. 2.
Магнитная индукция и линейная нагрузка определяют габариты машины: чем больше эти величины, тем меньше её размеры. Однако при чрезмерных значениях магнитной индукции происходит сильное насыщение участков магнитопровода машины, возрастает МДС обмотки возбуждения и, следовательно, увеличиваются размеры машины. Кроме того, происходит интенсивный нагрев магнитопровода и снижение КПД машины.
Таблица 2
Магнитная индукция и линейная нагрузка
для машин постоянного тока малой мощности
, | Магнитная индукция,Т л | Линейная нагрузка, А/м | ||
Длительный режим | Кратковременный режим | Длительный режим | Кратковременный режим | |
1×10-3 | 0,22 | 0,245 | 40 - 50 | 80 |
2×10-3 | 0,26 | 0,29 | 50 - 60 | 100 |
3×10-3 | 0,275 | 0,33 | 60 - 68 | 115 |
4×10-3 | 0,30 | 0,34 | 63 - 73 | 122 |
5×10-3 | 0,31 | 0,35 | 68 - 80 | 130 |
6×10-3 | 0,32 | 0,36 | 70 - 82 | 139 |
7×10-3 | 0,33 | 0,37 | 71 - 82 | 143 |
8×10-3 | 0,335 | 0,38 | 72 - 82 | 148 |
9×10-3 | 0,34 | 0,39 | 85-88 | 152 |
1×10-2 | 0,35 | 0,41 | 90 | 155 |
2×10-2 | 0,37 | 0,44 | 110 | 162 |
4×10-2 | 0,40 | 0,47 | 115 | 175 |
6×10-2 | 0,43 | 0,49 | 118 | 183 |
8×10-2 | 0,45 | 0,51 | 120 | 195 |
10×10-2 | 0,46 | 0,53 | 121 | 202 |
12×10-2 | 0,465 | 0,54 | 123 | 207 |
14×10-2 | 0,47 | 0,55 | 125 | 212 |
16×10-2 | 0,47 | 0,55 | 125 | 219 |
При чрезмерных значениях линейной нагрузки увеличивается реактивная ЭДС коммутируемых секций, что вызывает ухудшение коммутации МПТ. Помимо этого значительно возрастает поток поперечной реакции якоря, вследствие чего может произойти перемагничивание полюса. Для исключения этого явления приходится увеличивать воздушный зазор машины и габариты обмотки возбуждения. Для крупных МПТ значения магнитной индукции составляют 0,5-1,0 Тл, линейной нагрузки - до 10000 - 60000 А/м.
Отношение длины якоря lo к 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 Р н ³ 200 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 F d н и F z н - 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) D a , (2.3)