- •Раздел 1. Машины постоянного тока
- •5.1Принцип действия машины постоянного тока
- •5.2Основные свойства эмпт в режиме генератора и двигателя
- •5.3Конструктивное исполнение эмпт
- •5.4.1Расчёт магнитной цепи эмпт
- •5.4.2Магнитная характеристика машины
- •5.5 Якорные обмотки машины постоянного тока
- •5.5.1Общие замечания
- •5.5.2Простая петлевая обмотка.
- •5.5.3Уравнительные соединения
- •5.5.4Простые волновые обмотки
- •5.5.5Развёрнутая схема простой волновой обмотки (пример)
- •5.5.6Сложные обмотки Сложная петлевая обмотка
- •Сложная волновая обмотка
- •Комбинированные («лягушачьи») обмотки
- •5.6Работа эмпт в режиме холостого хода. Эдс обмотки якоря
- •5.7Напряжение между коллекторными пластинами
- •Потенциальная кривая коллектора
- •5.8Работа эмпт при нагрузке. Электромагнитный момент и электромагнитная мощность эмпт
- •5.8.1 Режим холостого хода
- •5.8.2Работа эмпт при отсутсРабочий режим работы эмпт
- •А) результирующее магнитное поле мпт; б) продольное поле реакции якоря
- •5.8.3 Сдвиг щёток с геометрической нейтрали на 900 по направлению вращения в генераторе (или против вращения – в двигателе)
- •5.8.4 Сдвиг щёток с геометрической нейтрали на 900 против направления вращения в генераторе (или по направлению вращения – в двигателе)
- •5.9Влияние поперечной реакции якоря на магнитное поле эмпт
- •5.10Эдс обмотки якоря при нагрузке
- •5.11Напряжение между коллекторными пластинами при нагрузке
- •5.12Компенсационная обмотка
- •Компенсационной обмотки.
- •5.13Коммутация эмпт
- •5.14Искрение на коллекторе
- •5.15Процесс коммутации
- •5.16Способы улучшения коммутации
- •Добавочных полюсов
- •1.17. Генераторы постоянного тока
- •Генератора независимого возбуждения
- •Постоянного тока независимого возбуждения
- •1.18. Генераторы независимого возбуждения
- •Независимого возбуждения
- •Р ис. 1.53. Построение регулировочной характеристики генератора независимого возбуждения
- •Р ис. 1.54. Нагрузочная характеристика независимого возбуждения
- •1.19. Генераторы параллельного возбуждения.
- •Р ис. 1.56. Характеристика холостого хода
- •Генератора параллельного возбуждения
- •От оборотов генератора.
- •Р ис. 1.59. Внешняя характеристика генератора параллельного (1) и независимого (2) возбуждения
- •Генератора параллельного возбуждения
- •1.20. Генераторы последовательного возбуждения.
- •Возбуждения
- •Р ис. 1.62. Приближенное построение внешней характеристики генератора последовательного возбуждения
- •Р ис. 1.67. Параллельная работа генераторов в режиме внешних характеристик
- •1.21. Двигатели постоянного тока.
- •Двигателей постоянного тока (дпт)
- •Параллельного возбуждения
- •1.22. Уравнения вращающих моментов
- •С помощью пускового реостата (а) и пусковых сопротивлений (б)
- •От времени при пуске двигателя
- •И механических характеристик двигателя параллельного возбуждения
- •1.22.1. Условия устойчивости работы двигателя
- •5.16.1Регулирование частоты вращения двигателя параллельного возбуждения
- •А) схема регулирования частоты вращения двигателя параллельного возбуждения; б) механические характеристики
- •Параллельного возбуждения при разных потоках возбуждения
- •Двигателя параллельного возбуждения при разных напряжениях
- •Для регулирования частоты вращения двигателя независимого возбуждения
- •1.22.3. Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения
- •Параллельного возбуждения
- •1.23. Двигатели последовательного возбуждения.
- •Последовательного возбуждения
- •Двигателя последовательного возбуждения
- •1.23.1. Регулирование двигателей последовательного в возбуждения
- •Регулирование скорости путем шунтирования якоря
- •Регулирование скорости включением сопротивления в цепь якоря
- •Регулирование скорости изменением напряжения
- •Двигателя последовательного возбуждения при разных способах регулирования частоты вращения (в относительных единицах)
- •1.28. Потери и кпд эмпт.
5.4.1Расчёт магнитной цепи эмпт
Магнитная цепь ЭМПТ рассчитывается в режиме холостого хода, т.е. ток якоря Ia = 0.
В основе расчёта лежит закон полного тока:
, (1.11)
где Н – напряжённость магнитного поля;
dl – элемент длины магнитной силовой линии;
∑i – полный ток, охватываемый магнитной линией.
При расчёте магнитную цепь ЭМПТ разбивают на пять участков. Каждый участок по всей своей длине имеет одинаковое сечение, одинаковое значение магнитной индукции и одинаковую магнитную проницаемость, т.е. на всём протяжении участка напряжённость магнитного поля (Н = const):
1) воздушный зазор – δ;
2) зубцовая зона – hz;
3) спинка якоря – La;
4) полюс – hm;
5) ярмо – Lя.
Тогда по (1.11) запишем:
(1.12)
Здесь Fв – МДС возбуждения.
Поверочный расчёт магнитной цепи заключается в определении МДС возбуждения по заданным номинальным данным машины (Рн, nн, Uн, ηн, Iaн).
Приведём расчёт МДС магнитного зазора.
Рассмотрим ЭМПТ в пределах полюсного деления τ (рис. 1.11). При этом предположим, что якорь гладкий, т.е. пазы и зубцы отсутствуют.
Тогда магнитная индукция на протяжении полюсного деления распределяется по трапецеидальному закону (рис. 1.11, а), и индукция по длине машины распределяется также по трапецеидальному закону, максимальна и одинакова под полюсом, и поле ослабляется до нуля к торцам якоря (рис. 1.11, б).
На рис. 1.11, lа, lm – длины сердечников якоря и полюса соответственно. Тогда расчётная длина якоря lб находится при замене трапецеидальной кривой магнитного поля по длине машины (рис. 1.11,б) равновеликим по площади прямоугольником с основанием lб и высотой Вб:
. (1.13)
Расчётная длина полюсной дуги bб находится при замене трапецеидальной
кривой магнитного поля в пределах полюсного деления (рис. 1.11,а) равновеликим по площади прямоугольником с основанием bб и высотой Вб:
, (1.14)
где αδ – коэффициент полюсной дуги, αδ = 0,6…0,85
Тогда определим магнитную индукцию в зазоре:
, (1.15)
где Фδн – номинальный магнитный поток в воздушном зазоре, определяется как Фδн=Еан/Сеnн.
После расчёта номинальной магнитной индукции в зазоре, необходимо сверить полученной значение с рекомендуемыми:
. (1.16)
Затем рассчитывается напряжённость магнитного поля в воздушном зазоре:
, (1.17)
где – магнитная проницаемость воздуха.
Тогда МДС воздушного зазора на пару полюсов при гладком якоре:
. (1.18)
Но при наличии на якоре пазов, поле под ними ослабляется, и кривая поля в этом случае приобретает зубчатый вид (рис. 1.12).
Наличие пазов приводит к увеличению воздушного зазора, при этом вводят понятие эквивалентного воздушного зазора, который определяется как:
. (1.19)
Здесь – коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение эквивалентного зазора по сравнению с зазором при гладком якоре из-за наличия пазов, радиальных вентиляционных каналов, пазов в полюсных наконечниках и др., причём каждый фактор учитывается своим коэффициентом , ,… тогда
. (1.20)
Пусть учитывает наличие пазов на якоре, и показывает отношение:
. (1.21)
Коэффициент можно определить по эмпирической формуле:
, (1.22)
где t1 – зубцовое деление; – ширина зубца.
Найденное значение необходимо сверить с рекомендуемыми:
. (1.23)
Тогда МДС воздушного зазора при учёте неравномерности зазора на пару полюсов:
. (1.24)
Приведём расчёт МДС пазово-зубцовой зоны.
Расчёт пазово-зубцовой зоны производят на одно пазовое деление . Покажем для случая, если паз с параллельными стенками и зубец трапецеидальной формы (рис. 1.13).
Возьмём произвольное сечение на расстоянии х от низа паза (рис. 1.13). Тогда магнитный поток, приходящийся на одно пазовое деление:
. (1.25)
Этот поток делится на поток, проходящий через зубец, и поток, проходящий через паз:
. (1.26)
Разделим обе части последнего выражения на сечение зубца (на расстоянии х от низа паза):
, (1.27)
а второе слагаемое правой части помножим и разделим на сечение паза (на расстоянии х от основания паза):
(1.28)
Или
, (1.29)
где – расчётная индукция в зубце, т.е. индукция, которая была бы в данном сечении зубца, если бы весь поток, приходящийся на пазовое деление, проходил через зубец, минуя паз;
– действительная индукция в данном сечении зубца;
– действительная индукция в данном сечении паза;
– зубцовый коэффициент.
Тогда в сечениях 1,3, и среднем сечении, магнитная индукция будет:
(1.30)
При расчёте должна находиться в пределах:
Вzнmax=(1,8…2,5)Тл. (1.31)
Здесь – коэффициент заполнения пакета якоря сталью, учитывающий шихтовку якоря.
– длина стальных участков якоря, которую можно определить как
lст=lа–nкbк, (1.32)
где nк, bк – число и ширина вентиляционных радиальных каналов (рис. 1.14).
Если магнитная индукция в данном сечении зубца, например, в сечении х, , то считается, что зубец ненасыщен в данном сечении, и весь поток, приходящийся на зубцовое деление, проходит только через зубец, минуя паз, то можно считать, что для данного сечения
(1.33)
Затем по основной кривой намагничивания для выбранной марки стали определяется напряжённость поля в данном сечении .
Если магнитная индукция в данном сечении зубца , то считается, что данное сечение зубца насыщено, и нельзя пренебрегать потоком, проходящим через паз. Это учитывается коэффициентом
(1.34)
и напряжённость поля в данном сечении определяется по кривым намагничивания с учётом коэффициента .
Таким образом, определили напряжённость поля в 3-х сечениях зубца .
По формуле Симпсона определим усреднённое значение :
. (1.35)
Тогда МДС зубцовой зоны на пару полюсов:
(1.36)
Приведём расчёт МДС спинки якоря.
Определим магнитную индукцию в спинке якоря:
. (1.37)
Затем по основной кривой намагничивания для выбранной марки стали определяется напряжённость поля в спинке якоря: , и МДС спинки якоря:
(1.38)
Здесь – длина средней силовой магнитной линии спинки якоря, по рис. 1.10:
. (1.39)
Приведём расчёт МДС полюса.
Определим магнитную индукцию в сердечнике полюса:
(1.40)
где кσ – коэффициент рассеяния полюса, = 0,95 при неизолированных листах сердечника.
Затем по кривой намагничивания для выбранной марки стали полюсов определяется напряжённость поля в сердечнике полюса , и МДС на пару полюсов:
. (1.41)
Приведём расчёт МДС ярма.
Определим магнитную индукцию в ярме:
(1.42)
Затем по основной кривой намагничивания для выбранной марки стали определяется напряжённость поля в ярме: , и МДС в ярме:
. (1.43)
Здесь – длина средней силовой магнитной линии в ярме на пару полюсов, по рис. 1.10:
(1.44)