5.15. Расчет дополнительных полюсов Если предположить, что щетка перекрывает щ bщ tк коллекторных пластин, т.е. щ секций, состоящих wc витков каждая, перемкнуты щеткой накоротко, то можно записать [12] уравнение электрического равновесия n eк er eaq eтр n eк er eaq eтр . i 1 U щнб U щcб Трансформаторная ЭДС eтр wc dФ dt будет в случае изменения магнитного потока, что имеет место в переходных режимах и при питании ДПТ от тиристорных регуляторов напряжения. er 2 wc c Aa la a max 109 - реактивная ЭДС от само и взаимоиндукции коммутируемых секций (5.175) . eaq 2 wc Baq la lрд a 103 ЭДС от действия нескомпенсированного поля якоря в зоне коммутации (5.183). eк 2 wc B д lрд a 103 (5.187) ЭДС, наводимая в секции, замкнутой накоротко, магнитным дополнительного полюса с индукцией в зоне коммутации B д , В полем 5.15.1. Расчет индукции в воздушном зазоре Уравнение электрического равновесия с учетом значений составляющих ЭДС [12] la lрд l щ 2 wc a lрд 103 B д c Aa a 106 Baq lрд lрд . U щ нб U щ сб Индукция в воздушном зазоре под дополнительным полюсом (ДП), Тл la lр д U щ а 103 la 6 B д c Аa 10 Baq ,(5.188) lр д lр д 2 щ wc a lр д p или B д B д B д Bд . щ bщ (m tк ) – число коллекторных пластин, перемкнутых щеткой, m – число ходов ОЯ. Упрощенно значение индукции B д можно определить, исходя из величины реактивной ЭДС B д k er 60 106 , 2 wc la Da nн (8.189) где k = 1,1 1,15 – учитывает необходимость обеспечения слегка ускоренной коммутации. 5.15.2. Расчет зазора под дополнительным полюсом Предварительно МДС дополнительных полюсов Fд Fко Faq Aa 2 103 , (5.190) Таблица 5.24 – Значения коэффициента 80 ÷ 100 112 ÷ 315 355 ÷ 500 hо , мм 2 4 4 2p 1,35 ÷ 1,45 1,2 ÷ 1,3 1,25 ÷ 1,35 Пренебрегая МДС стальных участков магнитной цепи ДП, можно записать уравнение Fд Aa 2 103 Aa откуда воздушный зазор [12], мм д 2 103 0,8Bδд д kδд 103 , (5.191) ( 1) Aa ( 1) Aa Da 106 106 . (5.192) 0,8 B д k д 2 1,02 B д k д p Здесь k д – коэффициент воздушного зазора можно предварительно рассчитать, как k д t1 10 д t1 bш 10 д , (5.193) где д 1,5 2 эф . Значение коэффициента k д уточняется после окончательного расчета зазора под ДП. С целью уменьшения потока рассеяния ДП применяют такие конструктивные решения: обмотку ДП располагают ближе к воздушному зазору между ДП и якорем. воздушный зазор д разделяют на два зазора (рис. 5.38): – между ДП и якорем ( да ); – между ДП и станиной ( дс ). При этом да (1,5 2) эф ; (5.194) дс д да , (5.195) где эф – зазор под главным полюсом; Рис. 5.38. Зазор д 5.15.3. Расчет размеров дополнительных полюсов При высоте оси вращения ДПТ h0 132 мм сердечники дополнительных h0 160 мм – из полюсов выполняются из листовой стали Ст3, при холоднокатанной изотропной стали 3411 толщиной 1 мм. Длина сердечника дополнительного полюса, мм Da 132 мм lр д la (8 12) ширина коммутационной зоны, мм bкз bщ Da > 132 мм lр д la Da D а tк a U п к , Dк Dк p (5.196) где к - укорочение обмотки якоря. Чтобы поле основных полюсов не проникало в зону коммутации, необходимо выполнение условия bкз (0,5 0,75)( bp ) . (5.197) Ширина полюсной дуги дополнительного полюса, мм bр д (0,9 1) bкз . Магнитный поток дополнительного полюса в воздушном зазоре, Вб (5.198) Фд В д bр д lр д 106 . (5.189) Поток рассеяния дополнительного полюса, Вб Ф д 2 Fд lpд д 103 , где д – удельная дополнительного полюса магнитная проводимость пути д 0 д . (5.199) потока рассеяния (5.200) Рис. 5.39. К расчету д Точное значение коэффициента удельной магнитной проводимости может быть рассчитано [12] по эскизу окна машины (рис. 5.39) д H H H 0,75 . L L L д (5.201) Упрощенно при 2 р 4 можно рассчитать д l l a mд 106 . Smд 2 hд (5.202) Магнитный поток в сердечнике дополнительного полюса, Вб Фmд Фд Ф д . (5.203) Коэффициент рассеяния дополнительного полюса д Фmд / Фд . (5.204) МДС ДП Fд идет на компенсацию МДС якоря в коммутационной зоне Fд Faq и создание коммутирующего поля в зазоре под ДП для компенсации реактивной ЭДС Fд ( 1) Faq . Для компенсации реактивной ЭДС необходимо относительно малый полезный поток ДП. Большая часть МДС ДП идет на компенсацию МДС Faq , т.е. Fд (0,75 0,85) Fд . Поэтому коэффициент рассеяния ДП значительно больше коэффициента рассеяния главных полюсов. Для МПТ без КО д 2,5 3,5 , при наличии КО – д 2 . Индукция в сердечнике дополнительного полюса I Bmд Вmдmax aн . I max (5.205) Допустимая кратковременная перегрузка для двигателя I max / I ан 2 , для генератора I max / I ан 1,5 . Предельное значение индукции Вmд 1,6 Тл. max Таким образом, значение индукция в сердечнике дополнительного полюса должны находиться в диапазоне Bmд (0,8 1,0) Тл. В МПТ при h0 132 мм добавочный полюс выполняется из листовой стали Ст3 (рис. 5.40), при h0 160 мм - из холоднокатанной анизотропной стали марки 3411 толщиной 1 мм (рис. 5.40). В МПТ при h0 355 мм конструкция ДП соответствует рис.5.42. Сечение сердечника ДП, мм2 Smд Фmд 106 / Bmд . (5.206) Ширина сердечника ДП, мм Высота ДП, мм bmд Smд / lmд . (5.207) hд 0,5( Dн Da ) да дс . (5.208) Конструкции ДП приведены на рис 5.40, 5.41, 5.42 lрд lmд la hpд (3 5) мм lрд lа lmд lрд (10 12) мм Рис. 5.40 Рис. 5.41 lрд lmд la (0,3 0,35)hд hmд (1,6 2,2)bmд bmд Рис. 5.42 5.15.4. Расчет обмотки дополнительных полюсов Число витков ОДП wд Fд aд / Iан . (5.209) При токе якоря I ан 1000 А число параллельных ветвей ОДП aд =1. Число параллельных ветвей КО aк aд . jд 2,5 3,5 А / мм 2 при исполнении IP44 и Плотность тока в ОДП jд 4,5 6,5 А / мм 2 при исполнении IP23. Сечение провода ОДП, мм2 qд I ан . aд jд При (5.210) сечении 2 qд 8 10 мм провода ОДП обмотка выполняется [5] многослойной из провода круглого сечения (рис. 5.43,а) марки ПЭТВ, ПЭТ-155, ПСД, ПСДК. 2 При сечении провода qд 25 мм применяется многослойная обмотка из прямоугольного провода (рис. 5.43,б) марки ПЭТВП, ПЭТП-155, ПСД, ПСДК с соотношением сторон провода в пределах 1,4÷2. à. á. â. Рис. 5.43. Структуры обмоток ДП 2 При сечении провода qд 25 мм – однослойная обмотка из голой шинной (рис. 5.43, в) меди, намотанной на ребро (на меньшую сторону) с соотношением сторон от 1:5 до 1:10. Предварительно размер большей стороны провода можно принять по рис. 5.44. Размеры и сечение ( qд ) провода ОДП выбирается по таблицам приложения П2, после чего уточняется плотность тока ( jд ) в ОДП.. Структура изоляции катушки ОДП принимается по табл. 5.27, 5-28, 5.29. Средняя длина витка ОДП из изолированного провода [5], мм lдср 2 lmд bmд bкд 2bид 2bзд . (5.211) Средняя длина витка ОДП из голой шинной меди, мм lдср 2lmд bmд bкд 2bид 2bзд . Здесь lmд , bmд – размеры сердечника ДП по рис. 5.40, 5. 41, 5.42, мм; bкд – ширина полюсной катушки ОДП, мм; Рис. 5.44. Предварительное значение ширины катушки ДП: 1 – многослойные катушки из изолированного провода; 2 – однослойные из голой шинной меди на ребро (5.212) bид – односторонняя толщина изоляции сердечника ДП, мм, bзд – односторонний зазор между изолированным сердечником ДП и катушкой ОДП, мм; Для катушек из изолированного провода (рис. 5.43,а, б): bид 1,2 мм , bзд 0,25 3 Da . Для катушек из голой шинной меди (рис. 5.43, в): bид 2 мм , bзд 3мм Сопротивление обмотки добавочных полюсов rд cu wд 2 pд lдср 103 , (5.213) 2 ад qд где cu - удельное электрическое сопротивление меди при расчетной температуре (табл. 5.15), Ом м Окончательно размеры катушки ОДП и сопротивление обмотки определяются после размещения обмоток в окне машины.