В машинах постоянного тока малой мощности применяются почти исключительно полузакрытые пазы якоря круглой, овальной, трапецеидальной и прямоугольной формы.
На рис. 2.4.1 представлены наиболее часто встречающиеся формы пазов якоря этих машин. Круглая форма пазов упрощает и удешевляет изготовление штампа для якоря, что снижает стоимость изготовления машины.
Обмотки якорей электродвигателей постоянного тока малой мощности выполняются преимущественно из круглого медного обмоточного провода с изоляцией марок ПЭЛ, ПЭТ, ПЭВ-2, ПЭТВ, ПЭФ-2, ПЭЛШО и ПЭЛШКО.
Рис.3.1 Формы пазов якоря:
а) круглый; б) трапецеидальный
Перечисленные марки проводов расшифровываются следующим образом:
ПЭЛ – провод эмалированный лакостойкий;
ПЭТ – провод эмалированный лакостойкий с повышенной теплостойкостью;
ПЭВ-2 – провод, изолированный высокопрочной эмалью в два слоя;
ПЭЛШО – провод, изолированный лакостойкой эмалью и одним слоем обмотки из натурального шелка;
ПЭЛШКО – провод, изолированный лакостойкой эмалью и одним слоем из шелка капрон;
|
|
ПБД – провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжки
ПЭТВ – провод эмалированный лакостойкий с высокой теплостойкостью;
ПЭФ-2 – провод, изолированный фторопластовой эмалью в два слоя;
ПЭТКСОТ – провод эмалированный теплостойкий со стекловолокном в один слой.
Провода марок ПЭТВ, ПЭФ-2 и ПЭТКСОТ принадлежат к категории теплостойких обмоточных проводов, допускающих длительно температуру нагрева до 180÷200 º С. Эти провода применяются в теплостойких малогабаритных электрических машинах специального назначения.
Провода марок ПЭЛ, ПЭТ, ПЭВ-2 обеспечивают высокий коэффициент заполнения паза, но не всегда достаточно надежны в отношениях изоляции, в особенности при относительно высоких напряжениях машины. Провода марок ПЭЛШО и ПЭЛШКО дают достаточно высокий коэффициент заполнения паза и надежны в отношении изоляции. При напряжениях машины 6–12 В можно ограничиться проводами марок ПЭЛ и ПЭТ, при напряжениях 12–30 В —проводами марок ПЭЛ, ПЭТ и ПЭВ-2 и при напряжениях 110 В и выше—проводами марок ПЭЛШО, ПЭЛШКО или ПБД.
В электродвигателях постоянного тока малой мощности допустимая плотность тока в обмотке якоря выбирается в зависимости от режима работы, типа исполнения и условий охлаждения и применения машины. Как известно, тепловой режим машины постоянного тока в основном определяется величиной произведения линейной нагрузки якоря на плотность тока в его обмотке AS·ja и условиями теплоотдачи.
При допустимой плотности тока ja в обмотке якоря для данного режима работы и условий применения машины наибольшее превышение температуры якоря над температурой окружающей среды в этом случае не будет превосходить допустимого значения. Для установления условий выбора этой плотности тока при различных режимах работы можно воспользоваться известными из теории кривыми нагревания во времени якоря машины.
|
|
Если воспользоваться известными уравнениями теории нагревания и охлаждения электрических машин, то для удельной тепловой загрузки наружной цилиндрической поверхности пакета якоря можно получить следующие соотношения:
при продолжительном режиме работы машины
Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря двухполюсных электродвигателей малой мощности можно выбирать также по кривым (рис. 2.4.2) в зависимости от полезного вращающего момента [1].
Момент на валу электродвигателя определяется по уравнению
Н∙м. (2.4.5)
Предварительно сечение провода обмотки якоря
м². (2.4.6)
Сечение и диаметр провода окончательно выбираются по ближайшим большим данным из приложения 1
где –диаметры проводов без изоляции и с изоляцией.
Окончательная плотность тока в проводнике обмотки якоря
А/м2. (2.4.7)
Рис.2.4.2 Кривые допустимых плотностей тока в обмотке якоря двухполюсных машин постоянного тока малой мощности в зависимости от вращающего момента при продолжительном режиме работы и закрытом исполнении.
Площадь паза, занимаемая изолированными проводниками,
м2, (2.4.8)
где f0 = 0,70 ÷ 0,74 — технологический коэффициент, учитывающий неплотности укладки проводников в пазы.
Площадь паза, занимаемая пазовой изоляцией
м2 (2.4.9)
где м — толщина пазовой изоляции из кабельной бумаги, лакированной ткани или электрокартона, выбираемая в зависимости от напряжения машины:
м при напряжении 6 — 12 В;
,м — периметр паза.
Площадь паза, занимаемая клином,
м2, (2.4.10)
где можно принять ширину клина
м (2.4.11)
и его высоту
м (2.4.12)
Общая требуемая площадь паза
м2, (2.4.13)
В практике расчета машин малой мощности большей частью пользуются понятием коэффициента заполнения паза изолированным проводом в виде отношения
, (2.4.14)
где , м2 — площадь поперечного сечения провода с изоляцией.
Величина коэффициента составляет
Рис. 2.4.3 Определение размеров паза якоря
В случае овальной или трапецеидальной формы паза с одинаковой толщиной зубца по высоте (см. рис. 2.4.1,б) для определения ширины и высоты паза удобнее прежде всего рассчитать минимальную толщину зубца:
, (2.4.16)
где Тл
При этом по соображениям механической прочности толщина зубца не должна быть менее 1 мм. Затем вычерчивается в увеличенном масштабе, часть окружности якоря с зубовым шагом t1 и наносится толщина относительно осей двух соседних зубцов (рис.2.4.3). После этого выбирается соответствующая высота паза , исходя из требуемой площади его и определяются bП1, bП2, hа.
При выборе следует иметь в виду необходимую высоту сердечника якоря в отношении допустимой индукции и механической прочности. Вообще, согласно опыту построенных машин малой мощности, высота сердечника якоря составляет
.м, (2.4.17)
диаметр вала
Ширина прорези паза (рис. 2.4.1)
, (2.4.18)
где большие значения коэффициента перед относятся к более тонким проводам.
Высота коронки:
м
Размеры трапецеидального паза можно вычислить:
, (2.4.26)
,
где ,
, (2.4.27)
. (2.4.28)
Проверка максимальной индукции в минимальном сечении зубца
Тл, (2.4.29)
где — коэффициент, учитывающий лаковую изоляцию между листами пакета якоря.
Максимальная индукция в зубцах якоря электродвигателей постоянного тока малой мощности продолжительного (длительного) режима по технологическим условиям обычно получается в пределах 1,3÷1,5 Тл. В отдельных случаях возможно некоторое превышение этих значений. Эскизы пазов якоря с укладкой обмотки даны на рис. 2.4.4.
|
|
Рис. 2.4.4 Укладка проводов обмотки якоря в круглый (а) и овальный (б) пазы:
1 — клин; 2 — обмотка; 3 —пазовая изоляция
Средняя длина проводника обмотки якоря.
При
, м, (2.4.30)
Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии при расчетной температуре 0 С
Ом, (2.4.32)
где Ом·м — удельное электрическое сопротивление меди при 0С, — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки при нагревании её от 0 С до 0 С. Падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке.
В, (2.4.33)
Падение напряжения в обмотке якоря электродвигателей малой мощности составляет примерно 10÷20% от номинального напряжения машины.