Расчет геометрии зубцовой зоны

 

Высота паза якоря (согласно опыту построенных машин) составляет

 

=(0,24…0,35)∙ 0,073 =(0,018…0,026)

 

Принимаем  0,020 м.

Ширина зубца по (10.11) [2].

Частота перемагничивания стали зубцов

 

=(2/2)∙3000/60=50 Гц.

 

Допустимое значение индукции в стали зубца (по технологическим условиям принимается в пределах 1,3…1,5 Тл), принимаем для уменьшения потерь в стали якоря при частоте перемагничивания  50 Гц  1,3 Тл.

0,44× 0,0088/1,3/∙0,95= 0,0031 м,

 

Размеры паза в штампе принимаем согласно стр. 293 [1].

Принимаем ширину шлица паза (табл.8.14)  0,002 м;

высоту шлица паза (cм. рис.3.1)  0,0005 м.

Принимаем толщину клина  0,0005 м.

Исходя из условия паралельности граней, находим:

 

b₂=(pD-2h_п)/Z₁-b_z1=3,14×(0,073-2×0,02)/26)- 0,0031 = 0,0009 м = 0,9 мм;

b₁=p (D-2h_ш1 -2h_к)/ Z₁-b_z1=3,14(0,073-2×0,0005-2∙0,0005)/ 26-

- 0,0031 =  0,0055м =5,5 мм;

по (8.44)- (8-45) [1] ( =30⁰)

h_пк=h_п-hш₁- h_к=0,02-0,0005-0,0005 = 0,0190 м =19 мм.

 

Рис.3.2. Паз якоря

 

Согласно табл. 8.12. [1] припуск по ширине паза на сборку:  0,0001 м. припуск по высоте паза на сборку  0,0001 м.

Размеры паза в свету по (8.42) [1] с учетом припусков на сборку = 0,0055-0,0001=0,0054 м=5,4 мм;

 

= 0,0009-0,0001=0,0008 м=0,8 мм;

= 0,0190-0,0001=0,0189 м=18,9 мм.

 

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в котором располагается обмотка, корпусная изоляция и прокладки (см. табл. 3.1.)

Высота паза без шлица по (8.44)

 

=0,0189-0,0005=0,0184 м.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в котором располагается обмотка, корпусная изоляция и прокладки (8.43)

 

=(0,0054+0,0008)/2·0,0184= 0,0000570 м².

 

Односторонняя толщина изоляции в пазу поз.1, рис.3.1  0,00045м.

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции по (8.42) [1] согласно рис.3.1 и табл. 3.1(поз.1 и поз.2)

 

=0,00045∙ (2×0,0189+0,0054+0,0008)= 0,00001980 м² =19,8 мм²,

 

Площадь поперечного сечения паза, которая остаётся свободной для размещения проводников обмотки по (8.48) [1]

 

=(0,0054+0,0008)×0,0189/2- 0,00001980=0,00003879=38,79 мм².

 

Коэффициент заполнения паза изолированными проводниками определяем из 10.21 [2]:

 

(0,000395²×96×1)/38,79= 0,39,

 

что удовлетворяет требованию технологичности изготовления обмотки, который должен находится в пределах не более 0,68...0,72 (см. стр. 147 [2]).

Таблица 3.1 Изоляция класса В обмотки статора

Позиция	Материал		Число слоёв	Односторонняя толщина изоляции
	Наименование, Марка	Толщина, мм
1	Изофлекс	0,2	1	0,2
2	Клин (стеклотекстолит)	1,5	-	1,5

 

 

Рис. 3.3. Изоляция класса В обмотки статора

 

Минимальное сечение зубцов якоря по табл.10.16 [2]

 

(26/2)×0,72× 0,0031×0,044×0,95= 0,001213 м²,

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

10

где 0,95 - коэффициент заполнения магнитопровода якоря сталью.

Для магнитопровода принимаем сталь 2013.Уточняем индукцию в сечении зубцов:

 

 0,00165/ 0,001213= 1,36 Тл.

Расчет обмотки якоря

 

Средняя длина лобовой части витка при =2

 

0,115=0,081 м.

 

Средняя длина витка обмотки якоря по (10.22) [2]

 

а) =0,044 м;

б) 2×(0,044+0,081)=0,25 м.

 

Полная длина проводников обмотки якоря

 

2496×0,25=312 м.

 

Сопротивление обмотки якоря при J=20°С

 

 312,0/(57×10⁶× 0,000000100×(2)²)=13,68 Ом.

 

Сопротивление обмотки якоря при J=75°С для изоляции класса В

 

1,22×13,68= 16,69 Ом.

 

Масса меди обмотки якоря по (10.26) [2]

 

8900× 312,0× 0,000000100= 0,278 кг.

Расчет шагов обмотки:

а) шаг по коллектору и результирующий шаг

 

;

 

б) первый частичный шаг

 

52/2- = 26;

 

в) второй частичный шаг

 

51- 26=25.

 

Практическая схема обмотки приведена на рис. 3.4.

Коллектор и щетки

 

Ширина нейтральной зоны по (10.76) [2]

 

0,115-0,085=0,03 м.

 

Выбираем щетки марки ЭГ-14. Принимаем ширину щетки равной , = 0,00242 м.

 

По табл. П.4.1 выбираем стандартные размеры щетки:

ширина щётки  0,004 м.

длина щётки  0,005 м.

высота щётки  0,01 м.

Поверхность соприкосновения щетки с коллектором

 

0,004×0,005= 0,000020 м².

 

Поверхность соприкосновения всех щеток с коллектором

2× 0,000020=0,00004 м².

 

Плотность тока под щетками по (8-83) [2]

 

2× 2,6/0,00004=130000 А/м².

 

Допустимая плотность тока для щетки марки ЭГ-14 .

Активная длина коллектора по оси вала согласно [4]

 

1,8 ×0,005=0,009 м.

 

Принимаем  0,009 м.

Полная длина коллектора по оси вала согласно [4]

 

0,009+5∙0,000395=0,0110 м.

Проверка коммутации

 

Так как в рассматриваемых машинах постоянного тока малой мощности добавочные полюсы в коммутационной зоне отсутствуют и щетки на коллекторе обычно располагаются на геометрической нейтрали, то процесс коммутации тока в короткозамкнутых секциях якоря получается замедленным из-за наличия в них реактивной э. д. с.  и э. д. с. От поперечного поля реакции якоря . Обе эти э.д.с. суммируются и вызывают в цепи короткозамкнутой секции добавочный ток, способствующий увеличению плотности тока на сбегающем крае щетки. В момент размыкания цепи секции при наличии в ней указанных э. д. с. и тока между краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной возникают небольшие электрические дуги в виде мелких искр. Интенсивность этих искр зависит от величины результирующей э. д. с. в короткозамкнутой секции.

Во избежание недопустимого искрения под щетками величина э. д. с. в секции не должна превышать определенного значения. Однако коммутация тока в секции может также ухудшиться вследствие влияния поля полюсов, если ширина коммутационной зоны  будет близка к расстоянию между краями наконечников двух соседних полюсов.

Ширина зоны коммутации по (10.75) [2]

 

а) =52/2- 26=0,0;

б) (0,004/ 0,00242 +2-2/2+0,0)×  0,00242 ´ ´ 0,073/0,04= 0,0117 м.

 

Отношение

 

 0,0117/(0,115-0,085)=0,39,

 

что удовлетворяет условию [4]

 

<0,8.

 

Коэффициент магнитной проводимости паза по (10.69) [2]

 

a) = × 0,073×3000/60= 11,5 м/с;

=∙lg(13,816)=1,138

б) (0,6∙2×0,02/(0,0055+ 0,0009)

+(0,081/0,044)+0,92∙1,138)= 6,638.

 

Индуктивность обмотки якоря по (6.15) [4]

 

(12,56∙10^-6∙4∙0,044∙

6,638/26)∙(2496/(2∙2∙2))²=54,938 мГн.

 

Реактивная ЭДС по (10.69) [2]

 

2×10^-6× 6,638×24×0,044×11978× 11,5= 1,93 В.

 

ЭДС, индуктируемая в коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря, определяется следующим путём. Вначале определяем индукцию в зоне коммутации от действия поперечной МДС якоря [3]:

 

=1,25∙10^-6∙11978/(1-0,72)=0,0535 Т.

 

Затем определяем ЭДС, индуктируемую в коммутируемой секции от поперечного поля реакции якоря

 

2∙24∙ 11,5∙0,044∙0,0535=1,30 В.

Среднее значение результирующей ЭДС в короткозамкнутой секции якоря

 

= 1,93+1,30=3,23 В.

 

В машинах малой мощности без добавочных полюсов, если щётки расположены на геометрической нейтрали, для обеспечения удовлетворительной коммутации 2…3 В. Если 2…3 В необходимо уменьшить линейную нагрузку в п. 3.1.5 и повторить расчет.

Индуктивность цепи якоря (для расчета параметров электропривода в гл.5)

 

54,938= 54,94 мГн

 

Активное сопротивление цепи якоря (для расчета параметров электропривода в гл. 5)

 

13,68= 13,68 Ом.