/
Text
Н.П.ЕРМОЛИН
РАСЧЕТ
КОЛЛЕКТОРНЫХ
МАШИН
МАЛОЙ
МОЩНОСТИ
Н. П. ЕРМОЛИН
РАСЧЕТ
КОЛЛЕКТОРНЫХ
МАШИН
МАЛОЙ
МОЩНОСТИ
Издание второе,
исправленное и дополненное
«ЭНЕРГИЯ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1 973
S
данным при нормальном давлении воздуха 0,101 МН/м2
(760 мм рт. ст.) в среднем имеет следующие значения: <х0 =
= 0,0014-4-0,0018 Вт/(см2-град) при закрытом исполнении ма-
шины без вентилятора, с/0 = 0,0036 0,0044 Вт/(см2-град) —
при защищенном исполнении машины с встроенным вентилятором.
В машинах постоянного тока малой мощности, применяемых
в авиации, коэффициент теплоотдачи поверхности якоря а умень-
шается с увеличением высоты полета самолета. Значение этого ко-
эффициента, например, для закрытых невентилируемых электро-
двигателей в зависимости от высоты можно приближенно опреде-
лить по следующей эмпирической формуле, полученной по опыт-
ным данным теплового испытания электродвигателей постоянного
тока малой мощности в термобарокамере при разряженности воз-
духа, соответствующей данной высоте:
1 + 0,06Я ’
Вт/(см3-град),
где И — высота над уровнем моря, км.
В случае защищенных электродвигателей с встроенным центро-
бежным вентилятором значение коэффициента теплоотдачи поверх-
ности якоря в зависимости от высоты можно приближенно опреде-
лить эмпирической формулой, полученной по опытным данным:
г
ОС А
а°=~1~+0°2//"~’ Вт/<См2'Г₽аД)- <Ь6)
Произведение а,'&&т в уравнениях (1-1а) — (1-1в) при непод-
вижном якоре и Н = 0 можно в среднем положить: в случае закры-
того исполнения машины без вентилятора:
Вт/см2 при ДЮт = 65°С;
а'Д-0;п^0,15 Вт/см2 при ДОт = 90°С;
и в случае защищенного исполнения машины с вентилятором:
а'АФм^0,26 Вт/см2 при Д0'т = 65°С;
<7/Д/},п^0,36 Вт/см2 при AfL = 90°C.
Удельная тепловая загрузка q поверхности по уравнениям
(1-1 а) — (1-1в) представляет собой отношение общих потерь в об-
мотке и стали якоря и потерь от трения его о воздух к наружной
цилиндрической поверхности пакета якоря.
Если учесть предельные превышения температуры якоря по
нормам, то среднюю допустимую плотность тока в обмотке якоря
обычных малых машин можно определить по следующим соотно-
шениям [12]:
34
при 2р — 2
ДО 5000 об/мин 4 ~ 17()0? А/мм2, /12
от 5000 до 10000 об/мин • Л h = Л221, А/мм2; (1-7а)
от 10 000 до 15000 об/мин • t h ~ , А/мм2;
при 2р —4
ДО 5000 об/мин • г h ~ , А/мм2; л2
от 5000 до 10000 об/мин 4 — 1100/у Л/ 2 , А мм2; (1-76)
от 10 000 до 15000 об/мин • / /2 ~ ' д/мм2.
Здесь удельная тепловая загрузка якоря q определяется по урав-
нениям (1-1 а) — (1-1в) в зависимости от режима работы машины.
Отклонения от среднего зна-
чения допустимой плотности
тока /2, полученного по уравне-
ниям (1-7а) и 1-76), при окон-
чательном выборе сечения про-
вода обмотки якоря могут со-
ставлять ± 1о%.
Рис. 1.8. Кривые допустимых плот-
ностей тока в обмотке якоря двух-
полюсных малых машин постоянного
тока закрытого исполнения в зави-
симости от вращающего момента при
разных режимах работы
1 — продолжительный режим; 2 — крат-
ковременный режим до 5 мин
О 20 W 60 80 100 120 Ж? 160180200® Нем
Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря
двухполюсных малых электродвигателей закрытого исполнения
можно выбирать также по кривым рис. 1.8 в зависимости от полез-
ного вращающего момента при разных их режимах работы.
Вращающий момент малого электродвигателя определяется по
уравнению
Л12= 955^-, Н ем,
где Р2 и и — номинальные значения мощности и скорости вращения
электродвигателя по заданию.
35
17. Сечение и диаметр провода обмотки якоря
Предварительно
9г=^-, мм2,
z/2
где /2 берется из позиции 2, /' — из позиции 16.
Сечение и диаметр провода окончательно выбираются по бли-
жайшим данным ГОСТ из приложения I:
Qi ~ • • • » ^2;^2ц— • • •
В двухколлекторном генераторе сечение и диаметр провода оп-
ределяются отдельно для каждой обмотки якоря.
18. Окончательная плотность тока в проводнике обмотки якоря
1 2
2<7 2
А/мм2,
где Л берется из позиции 2, д2 — из позиции 17.
19. Площадь сечения паза якоря
а. Площадь, занимаемая изолированными провод-
н и к а м и
Л /V„9 •
<2п.п =--7--- ММ2,
Го
где Nil2 берется из позиции 13, d2jl — из позиции 17; =
= 0,70 0,74 — технологический коэффициент, учитывающий не-
точности и неплотности укладки проводников в пазы.
В двухколлекторном генераторе площадь сечения паза опреде-
ляется с учетом числа проводников в пазу двух обмоток.
б. Площадь, занимаемая пазовой изоляцией
<2п.и~ ^ИЯ, мм2,
где 6И — 0,10 ч- 1,0 мм— толщина пазовой изоляции из кабель-
ной бумаги, лакированной ткани или электрокартона, выбирае-
мая в зависимости от напряжения машины: »
SH — 0,10 ч- 0,15 мм при напряжении 6—12 В;
б„ — 0,16 ч- 0,25 мм » » 12-30 В;
би = 0,30 ч- 0,50 мм » » 110—220 В.
В высоковольтных радиогенераторах напряжением 750—1500 В
== 0,8 ч- 1,0 мм; периметр паза П = (0,6 ч- 0,8) Dh2, где Dn2
беретея_из позиции 4.
36
в. Площадь, занимаемая к л и н о м
Qn. к — ^кл^кл» ММ“,
где можно принять ширину клина по дуге окружности якоря Ькп =
— 3 -г- 6 мм и высоту его йкл = 0,5 1,0 мм.
г. Общая требуемая площадь паза якоря
Qn — Qn. п Qn. и Qn. к > мм~.
20. Коэффициент заполнения паза
В практике расчета машин малой мощности пользуются обычно
понятием коэффициента заполнения паза изолированным
проводом в виде отношения
/_ __ ^П2?2И
И —
Qn
где f/ln = 3TrffH/4 — площадь поперечного сечения провода с изо-
ляцией, мм2; Nn2 берется из позиции 13, d21i— из позиции 17, Qn —
из позиции 19.
Величина коэффициента /?п>и составляет 0,30 0,48.
21. Размеры паза и зубцов якоря
а. В случае круг л о й формы диаметр паза якоря (рис. 1.3,а)
£in==]/'^=1>13) Q- ММ-
Если в машине предусматривается скос пазов якоря на одно
пазовое деление, то для сохранения требуемой площади паза диа-
метр его должен быть:
j ' dn
’
V cosy
где косинус угла скоса пазов
cos у = -—~
при этом /2 —зубцовый шаг по окружности якоря, /0 берется из
позиции 4, Qn — из позиции 19.
б. В случае овальной или трапецеидальной
формы паза с одинаковой толщиной зубца по его высоте (рис. 1.3, 6)
для определения ширины и высоты паза удобнее сначала выбрать
минимальную толщину зубца bs2> исходя из максимальной допу-
стимой индукции в нем. При этом по соображениям механической
прочности толщина зубца не должна быть менее 1 мм.
37
одному из типов трубчатого и коробчатого щеткодержателей машин
малой мощности. Длина щетки во втулке или обойме берется в пре-
делах 1,5 — 2 ширины щетки по оси коллектора. Щетка выступает
из втулки или обоймы на 1—2 мм.
25. Предварительный диаметр коллектора
Диаметр коллектора DK предварительно выбирается из соотно-
шения
^k~(0,5-t-0,9)L/h2j см,
где Dii2 берется из позиции 4.
26. Ширина коллекторной пластины
Коллекторное деление
где /< берется из позиции 11, DK — из позиции 25; в машинах ма-
лой мощности ширина коллекторных пластин обычно |3К =
= 0,2 ч- 0,5 см.
Толщина миканитовой или пластмассовой изоляции между кол-
лекторными пластинами в зависимости от напряжения составляет:
Зи == 0,4 -г- ОД мм при напряжении до 30 В.;
Зи = 0,6 ч- 0,8 мм при напряжении НО В и выше.
После выбора [Зк и ри окончательное коллекторное деление
Рк СМ.
27. Окончательный диаметр коллектора и его окружная скорость
Диаметр коллектора
। _ / См.
Л т '
Окружная скорость коллектора
= Я1\П _ 10-2 м/
к 60
где п берется по заданию, К — из позиции 11, /к — из позиции 26.
Окружная скорость коллектора составляет 0,5 ч-0,9 величины
окружной скорости якоря, указанной в позиции 5.
28. Сорт щеток и плотность тока под щетками
В низковольтных электродвигателях постоянного тока малой
мощности применяются преимущественно медно-графитные щетки
марок М-1, М-6 и МГ. В высоковольтных электродвигателях
42
Таблица 1.1
гКЭ/Н
; нажатие рщ, 96 ч-2,35 96 -:-2,35 см о СО СО о 96‘1 • Zfr IQ СО см" .1. 1 о о о «—ч см" со о
о X л ч о е£ •—1 V=“—< « *
ффициент гния при — 15 м/с е более о ю со см О о" О Ю со см см ООО* ошю см см т- оо о ю ю о см см см ООО 0,20 0,20 0,25
о £-» "
Максималь- ная окруж- ная скорость Ок,м/с О Ю (МЮЮ —< СМ см со о о CM st< ю о ю см см см о о см см о см
Переходное падение напряжения на пару щеток при но- минальном токе и окружной ско- рости 15 м/с Д(/Щ.В 1Л тН о о +1 +1 см см UO ТИ 4- ООО +1 +1 +1 см о о *•**>*•> СМ —‘ — О U0 1Л ООО 4-1 4-1 +1 Г- М* НО см" см" см" ю М4 ю о с" о" +1 +1 +1 Ю СО LO V—Ч •—4 — ю 0*0 +1 +1 см — о —< о +1 со о"
Допустимая плотность тока /1Ц,А/см2 со со г—( ▼—Ч ООО »"“Ч ^"Ч ю см ю о ш CM —1 20
"— 1— Марка щеток Т-6 УГ-2 — СО СО 1 1 1 см со —< > 1 СП СТ) СТ) М-1 М-3 М-6 мг МГ-4 БГ
Группа щеток У гол ьн о- гр а фито вне Г рафитные Электрог рафитные Медно-графитовые Бронзо-графитовые
Примечания. 1. В некоторых специальных электродвигателях и генераторах удельное нажатие щеток прини-
мается равным 3,92 4-5,87 Н/см2.
2. 1Н/см2 = 0,102 кг/см2.
43
Расход меди на обмотку возбуждения при шихтованной станине
получается несколько большим, чем при отъемных полюсах вслед-
ствие увеличенной средней длины витка катушки. Шихтованная
станина и полюсы штампуются из листовой электротехнической
стали толщиной 0,5 мм.
Рис. 1.13. Конструкции магнитных систем малых машин:
а — с отъемными полюсами; б — шихтованная система
Магнитная система генераторов постоянного тока малой мощ-
ности обычно выполняется в виде сплошного стального корпуса
с отъемными цельными или шихтованными полюсами (рис. 1.13,а).
Катушки обмотки возбуждения заготовляются предварительно
на шаблоне и затем укладываются на полюсы при сборке машины.
33. Длина воздушного зазора под полюсом
В машинах постоянного тока малой мощности длина воздушного
зазора может быть определена по следующим приближенным фор-
мулам:
для электродвигателей продолжительного режима работы
6л;0,25—— КГ4, см;
Вц <.
для электродвигателей кратковременного режима работы
6^0,15——- КГ4, см;
для генераторов
6 — 0 4^2.. кг4, см,
48
здесь В& берется из позиции 3, т2 — из позиции 6, А 2 — из пози-
ции 15.
В двухколлекторном генераторе под А2 понимается суммарная
линейная нагрузка двух обмоток якоря.
34. Высота сердечника якоря
и — (2Ana -J- Щ.п)
'*с2 = , ем,
где диаметр вала по опыту построенных машин малой мощности
можно принять
4л~(0Д8ч-0,24)Рн2, см.
Проверка индукции в сердечнике якоря
D • 104 гр
DC9 = ——— 1
с 2-0,93АС2/о
где Dh2 и /о берутся из позиции 4; Фб — из позиции 8; Лп2 — из
позиции 21; 0,93 — коэффициент, учитывающий лаковую изоля-
цию между листами пакета якоря.
Максимальная индукция в сердечнике якоря Вс2 допускается
до 1,3 — 1,5 Т.
35. Размеры полюса
Осевая длина полюса в малых машинах
~ см.
Высота сердечника полюса малых машин предварительно мо-
жет быть принята:
йп = (0,25 ч-0,40) Z)h2, см,
где £)н2 и /0 берутся из позиции 4.
Окончательная высота полюса уточняется при размещении об-
мотки возбуждения на полюсе.
Индукция в сердечнике полюса Вп в машинах для продолжи-
тельного режима работы принимается в пределах 1,0— 1,5 Т, а
в машинах для кратковременного режима — в пределах 1,2—1,6 Т.
Тогда поперечное сечение сердечника полюса будет
о - Ф^'104 г ,2
Чп — D » см .
Ширина сердечника полюса
где Фб берется из позиции 8; о = 1,08 ч- 1,12 — коэффициент маг-
нитного рассеяния для малых машин; /г2 0,95 — коэффициент
заполнения сечения полюса сталью при шихтованных полюсах;
в случае цельных полюсов k2 = 1,0.
3
Заказ Ns 1495
49
i
Это ^обусловливает хшогокр r.piww , -
----„аЛ-ии..и тош^ши К.ЛГНЛТЛ ппи холостом холе двадузке
М п
15. Окончательная величина линейной нагрузки якоря от продольного
тока
л N2Id 792 2 С1 Л,
Ad = —= --------------st 51 А/см.
2nDH2 2л -4,92
Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря
16. Предварительный выбор плотности тока в обмотке якоря.
Удельная тепловая загрузка боковой поверхности якоря при продол-
жительном режиме работы ЭМУ в наземных условиях при нормальном дав-
лении воздуха
<7 = Д&даа' (1 0,1 -ц2) = 65-0,0016 (1 -4-0,1-15,4) « 0,26 вт/см2,
где Д&/п = 65° С; а' = 0,0016 Вт/(см2-град).
Допустимая плотность тока в обмотке якоря в среднем
1400-<? 1400-0,26 _ . Л . 2
/2 = —-—L = —— -------= 7,1 А/мм2.
Ad 51
17. Сечение и диаметр провода обмотки якоря
= — = = 0,141 мм5.
% 2-7,1
По ГОСТ 7262—54 (приложение I) окончательно принимаем:
<72 = 0,132 мм2; d2/d2„ = 0,41/0,47 мм;
марка провода ПЭВ-2.
18. Окончательная плотность тока в обмотке якоря
19. Площадь сечения паза якоря:
Площадь паза, занимаемая изолированными проводниками,
и yVsn^2n 44-0,472 2
Си. п = •— -= ~ - - = 13,5 мм2,
/о 0,/2
площадь паза, занимаемая пазовой изоляцией,
Qn. и == 6и/7 = 0,3-29 st 9 мм*;
где периметр паза Z7 = 0,6-PJl2 = 0,6-49,2 st 29 мм.
Толщина пазовой изоляции 6И = 0,30 мм состоит из лакоткани ЛШС —
0,10 мм (ГОСТ 2214—60, приложение II) и электрокартопа ЭВ —0,20 мм
(ГОСТ 2824—60, приложение III);
площадь паза, занимаемая клином,
Qn. к — — 3-0,8 st 2,5 мм",
где принято Ькл ~ 3 мм; /гкл = 0,8 мм;
общая требуемая площадь паза якоря
Qn ~ Qn. п Т~ Qn. п Ч- Qn. к — 13,5 9 -р 2,5 = 25 ММ".
144
20. Коэффициент заполнения паза изолированным проводом
г ___________________ _44-0,1/3 п ол
Qn 25
ЧТО вполне допустимо.
21. Размеры паза и зубца якоря.
Принимаем трапецеидальные пазы с одинаковой толщиной зубца по его
высоте (рис. 1.3, б). Минимальная толщина зубца
= 0.365-0,86 =
3 0,93 В,, 0,93-1,3
где зубцовый шаг якоря
После вычерчивания паза в масштабе, согласно рис. 1.9, размеры его
йП2=12мм; b'u2 = 5,4 мм; &’2 = 2,2мм.
Ширина прорези паза
аП2 = 3,0 /12и = 3,0-0,47 — 1,4 мм;
размеры зубца (рис. 1.3, б)
Ьз2 = /2 — аП2 = 0,86 — 0,14 = 0,72 см; Ьз2 = 0,26 см.
22. Средняя длина одного проводника обмотки якоря
/ср2 = /0+ 1,2 ПН2 = 6,0+ 1,2-4,92^ 12,0 см.
23. Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии при 6 — 75' С
г., = 1,22 -^££3- = 1,22 ——12 ° - 3.8 Ом.
5700-473 5700-4-0,132
24. Падение напряжения в обмотке якоря
. Д6/2=/dr2 = 2-3,8= 7,6 В,
что составляет
^-100 13%.
60
Коллектор й щетки
25. Предварительная величина диаметра коллектора
D'K = (0,5 0,9) РН2 = 0,7-49,2 34 мм.
26. Ширина коллекторной пластины
t' t=jxDk_^-34
к ~ К “ 36 » 3,0 мм,
примем Рк = 2,6 мм; ри = 0,6 мм; тогда окончательное коллекторное деление
/к = Рк-F Рн = 2,6 + 0,6 = 3,2 мм.
6 Заказ Ns 1495
145
М. д. С.
f6,= 1'6ВбЛйТГ '10‘ = 1,6'0’39'1.32-0,04- 10« = 210.
0,82
46. М. д. с. для зубцов якоря.
Индукция в зубце
л _ ВбЛ _ 0,39-0,86
0,93&з2 0,93-0,26
М- д. с.
Л2 = Я322йпа = 20- 2-1,2 = 48,
где Я33 — 20 — для стали марки Э31 (кривая на рис. 1.30).
47. М. д. с. для сердечника якоря,
Индукция в сердечнике
£ .9 _ Ф6<104 _ 0,945-1O~3-1Q4 j 12 т
с2 2-0,93-AcaZo 2-0,93-0,76-6,0
Средняя длина пути замыкания поля
г ~ n(D^-2/?.n9/-fec2) 31(4,92 — 2-1,2-0,76) , л
4р 4-1
М. д. с,
НсаТгС2 = 6,4• 1,4 = 9,
где Нс2 == 6,4 — для стали марки Э31 (кривая на рис. 1.30).
48. М д. с. для зубцов статора.
Индукция в зубце
М. д. с.
о _ _ 0,39-0,82 _ т
£?31 — —-----—--------------— и.оО 1 «
0,936з1 0,93-0,4
F3l-Z73Xi = 2-2-l,2^5,0,
где Н31 = 2 —для стали марки Э31 (кривая на рис. 1.30).
49. М. д. с. для сердечника статора.
Индукция в сердечнике
в ф6« 104 0,945-КГ3-101
£>ci —---------- ~---—----------- — 0,85 i .
2 0,93/zclZo 2-0,93-1-6.0
Средняя длина пути замыкания поля
я(£>1П — АС1) л (10—1,0)
l^rt --------——- = —----------= / см.
4р 4-1
М. д. с.
F ci — Н ci^ci — 2 - 7 — 14,
где ЯС1 ~ 2 — для стали марки Э31 (кривая на рис. 1.30). .
50. Полная м. д. с. возбуждения по поперечной оси машины, создавае-
мая током якоря IQ
Fg “ + Л. + + ВС1 = 210 + 48 + 9 + 5 + 14 = 286.
150
51. Ток в цепи по ых щетСК
1 (0,4 .
0,4
1 4•1•1286
? *
а
52.
53.
- 1,2 А.
792
2 0.52
. 0,82
Чис ло витков 'пичизйющей обмотки на полюс
. Га . Л . 286 . ..
С,4—q- = 0,4-----48.
2/<у 2 1,2
Сечение и ди. ’повода подмагничивающей обмотки
Л'й
£ 1,2-0,375 мм2.
/ п 3,2
ГОСТ 7262—г- сложение 1) окончательно принимаем: <?п
п и “ ..’0,77 MMi марка провода ПЭВ — 2.
По
0,374 мм2, diA. и ,
Требуемая для эт тки площадь в большом пазу составляет
^,=48^к20мЛ
2/0 2 0,72
Принятая пре варите позиции 37 дополнительная площадь большого
паза для размещения >гничивающей обмотки равна
-(0,<Q„ „i)=8S-(54+ 11) = 20 мм®,
т. е. достаточней по веда •
54. Сопротивление й згничивающеи обмотки при & = 75е
2-48 25
г - I 22“—^ =1.22----—— -Л* 1,4 Ом
5700-0,374
где Zcp. п ~ 2 (/„ + агг) = С: 82 2)
st 25 см.
Магнита етема первой ступени усилений
55. Э. д. с. якоря- поперечных щеток
Eq = Iq ('-2 - .Г Af/*’VZ 1’2 (3.8 + 1,4) -L 2.4 = 8.6 В
56. Полезное поле ленч я в воздушном зазоре
т '’С-
Фх. =
60-1 8,6 = 0,108-10-3
1-6000 792
Вб.
57. Индукция в в1 -ом зазоре под полюсом от поля управления
% 0,Ю8 10-5-104
д “ 0,82 7,72-6
Rt 0,028 Т.
58. М. д. с. для кй- СГС1 зазора
р =1 :04 = 1,6 0,028-1,32 0,04-104 24
бу ’ г
Н4
59. М. д. с. коммутационной реакции якоря
— М <i
I
1.7Л + 1
Л2ЛТ,. 10_8
ЛД,
= 0,957 31-------------- I 1 +-0,2л'7,72----10~8) = 5,5,
1,7 4,704-1 1,8-4,05 10-8 )
где
Л<? = Лс/2± = 51-—л31 Л/см; Л = —W7*- = 1I0’345'! — 3 » 4,70;
М 2 L6 7,3 10"5
=« =- 1 Ом; Тк = -Ы- =-. 0,345-10“3 с;
2/щ 2 1,2 <’к 1160
, _ ^'УсЛщ _ 11-4,0510~8-31-6-0,532 = 7 3 5 г
° L2
2
60. Полная м. д. с. обмотки управления на пару полюсов
fy = f6y + fK, = 24+5-5a30-
61. Число витков обмотки управления на полюс
30 -СЛ
2 0,02
обмотки управления
2 750-029 пп_.л 0
---------= 0,0510 мм-
5700-150
It?
2/у
62. Сечение и диаметр провода
и — 2Р^у^р- у
'у
5700 гу
где /ср.у = 2(/о4-ат24-26к) = 2(6 4-0,82-7,72 4-2-1) 29 см, 6К & 1 см —
толщина катушки по оси вала.
Ближайшие размеры провода по ГОСТ 7262—54: qy = 0,0440 мм2;
dy. и — 0,25/0,30 мм; марка провода ПЭВ-2.
63. Проверка коэффициента усиления ЭМУ по мощности
ky = _ 129— = 2000.
/2Г 0,022-150
‘у у
64. Постоянные времени обмоток ЭМУ.
Постоянная времени обмотки управления
2р№ о Фб 2-750 1,12 0,108 10“3 Л Л_п
Т , -г- —i — ------------------------- S5 0,0б9 с.
5 lyly 0,02 150
Постоянная времени цепи поперечных щеток
сс (a.W,. 4~ 4«pW' ) а Ф,
к О 2 ‘ г nJ q 6q
ч
тч
+ Гп 4- Гщ)
0,82(0,52-792 4- 4 11 48) 1,16-0,945-10~3 Q 03f.
0,52 4 1 1,2(3,8 4- 1 4 4- 1,0)
152
Потери и к. п. д. ЭМУ
65. Потери в обмотках якоря, добавочных полюсов, компенсационной,
подмагничивающей и управления:
рм2= /d+4)r2 = (22+1,2г)-3,8==20,7 Вт;
^м(км) = 'а('-„ + ^ = 22-2,5=10 Вт;
^и.,1 = ^„=1-221.4 = 2.0 Вт;
Р„. у = /угу = 0,022-150 = 0,06 Вт;
р» = Р»2 + Рм (« а) + Рм. П + ра. у = 20.7 + ю + 2,0 + 0,06 = 32,8 Вт.
66. Переходные потери в контактах продольных и поперечных щеток
и коллектора:
Рк шЯ’=Л^ ./„ = 2,4-2 = 4,8 Вт,
к. 1ца щл а * ’
Рк. щ<? — А (7q = 2,4 1,2 — 2,9 Вт;
Рк- щ.~ рк- uid 4- Рк. = 4,8 4~ 2,9 = /,7 Вт.
67. Магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря.
Масса стали
Сс2 = 5,5 (DH2 — 2Л112)2 /о- I0'3 = 5,5 (4,92 — 2 1,2)2-6-10“3 == 0,21 кг;
6з2 = 7,8-г2б'2Л112/0 10“"3 = 7,8 18 0,26 1,2 6-10~3 = 0,26 кг.
Потери
Pc2 = pc2B^Gc2 = 8,85-l,122-0,21 =2’32 Вт»
Рз2 = P32Bl2G32 = 9,0 1,382 0,26 = 4,42 В г,
где
рС2 = 2е(-М 4-2,5р(-£М2 = 2 1,8(—1 4- 2,5-2,1 f— Г = 8,85 Вт/кг;
\100/ \Ю0/ \100/ \100/
(f \ / / \2 /Iоп\ /’ПП\2
— |4-3Р[ —) = 1,5 1,8 ( — 14- 32,1 I— =9,0 Вт/кг,
100/ \100/ \100/ 100/
где по табл. 1.4 для стали марки Э31 е = 1,8; р = 2,1;
S Рс = РС2 4- Р32 = 2,32 4- 4,42 = 6,74 Вт;
68. Механические потери в Э1МУ
рт. = О-25 2,45 2 0,2 11,6 = 2,8-1 Вт;
Рт. 1ц</ = Рт. mJ — 2,84 Вт;
Рт.п = ЛтСап -10“3= 1,7 1,08 -6000- !0“3= 11,0 Вт,
где km^ 1,7;
С«=7-№о4-^Л)Та1О~3 =
= — (4Г922-64-3,72-1,2) 8,5 10“3=1,0« Кг;
153
I
35. Магнитные потери на гистерезис и вихревые токи
в стали станины, полюсов и якоря двигателя
Потери в стали станины
Рр1 =p.B2 G 1, Вт;
cl r cl cl cl* ’
потери в стали полюсов
вт|;
потери в стали сердечника якоря
Р =г. г) В? С} Вт*
с2 'с2с2^с2»
потери в стали зубцов
^з2 ” ^з2^з2^з2’ Вт-
Полные магнитные потери в стали двигателя при работе его от
сети переменного тока,
5 Рс = Рс^~\~ Рз2> Вт.
В этих формулах Gcl, Gn, Gc2 и С?з2 берутся из позиции 34 дан-
ной главы; Вз2 — согласно позиции 39; Вс2 — из позиции 40; Вп —
из позиции 41; ВС1 — по позиции 42 гл. 1.
Удельные потери в стали, Вт/кг
fi'
100
М2
iooj
100
М2
100.1
Рз2 — 1
при этом /1 берется по заданию, /2 — из позиции 7 данной главы;
8 и р — из табл. 1.4 гл. 1.
При работе двигателя от сети постоянного тока потери в стали
имеют место только в сердечнике и зубцах якоря при другом зна-
чении поля.
Потери в обмотках якоря и возбуждения универсального дви-
гателя вычисляются согласно позиции 60 гл. 1 отдельно для работы
от сети переменного и сети постоянного тока.
36. К. п. д. универсального коллекторного двигателя
Для универсального коллекторного двигателя вычисляются
два коэффициента полезного действия — при работе его от сети
переменного и постоянного тока.
190
К. п. д. этого двигателя будет:
при работе от сети переменного тока
LJ пр < 2 с -OS (р S Р
{/np/2COS<p
•100;
при работе от сети постоянного тока
nfuJV2~~2P........wo
°пс72
берутся по заданию; /2 — из позиции 2; cos <р — из
— из позиции 24 данной главы; ^\Р и У*Р —из
где Ц.р и Unc
позиции 23; Л
позиции 64 гл. 1.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРНЫХ
МАШИН МАЛОЙ МОЩНОСТИ
8-1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Все потери энергии в рассмотренных выше коллекторных ма-
шинах малой мощности независимо от их вида превращаются
в тепло, которое нагревает отдельные части машины и рассеивается
с поверхности ее в окружающую среду. По мере повышения тем-
пературы машины постепенно возрастает и теплоотдача поверхно-
сти ее. При определенном установившемся значении превышения
температуры машины над температурой окружающей среды все
тепло, возникающее в ней, полностью рассеивается с ее поверхно-
сти в эту среду. Температура машины является важнейшим фак-
тором, ограничивающим мощность ее при данных размерах и роде
изоляции обмоток.
Как известно, предельная допустимая температура нагрева ма
шины определяется нормами в зависимости от класса изоляции об-
моток. В обычных машинах общего применения употребляется изо-
ляция класса Е. которая представляет собой некоторые синтети-
ческие органические материалы (изоляция эмаль-проводов; сло-
истые пластики на основе целлюлозных бумаг и тканей и др.).
В этих машинах для данного класса изоляции допускаемый предел
превышения температуры по ГОСТ 183—66 составляет 75е С. Од-
нако ввиду того, что срок службы малых электродвигателей и ге-
нераторов постоянного тока специального назначения в ряде слу-
чаев измеряется только несколькими сотнями часов, то в этих слу-
чаях для них специальными нормами устанавливаются более вы-
сокие пределы допускаемых превышений температуры.
Так как точный учет всех факторов и условий теплоотдачи с по-
верхности нагретых частей машин малой мощности в окружающую
среду затруднителен, то расчет превышения температуры их над
окружающей средой может быть произведен только приближенно.
191
8-2. ПРЕВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЯКОРЯ
Удельные потери в обмотке, стали якоря и трения его о воздух
на 1 см длины одного паза соответственно выражаются:
z2r2 . SPc Рт.в ТЭ 7
WM2 = ——; Wc2 = —кит.в = -^-, Вт/см,
Z2ZCp2 Zi'o г2Ч)
где /2 — ток якоря машины, А; /0 — длина пакета якоря, см; z2 —
число пазов якоря; /ср2 — средняя длина проводника обмотки
якоря, см; г2 — омическое сопротивление обмотки якоря, Ом;
— потери в стали якоря, Вт; Рт в — потери на трение якоря
о воздух, Вт.
Среднее превышение температуры обмотки якоря над темпера-
турой окружающей среды Ai%.
Так как все тепло, выделяющееся в обмотке якоря, передается
через пазовую изоляцию стали якоря, то суммарные удельные по-
тери якоря wm2 + ^С2 + wT. в практически снимаются воздухом
с наружной поверхности его зубцов и весьма мало передаются
через вал.
Среднее превышение температуры обмотки якоря над темпера-
турой окружающей среды при установившемся режиме будет
(! + + ®тв
Дф, = А--------LK' _------------- , « С,
а<х&32
где 6'2 — ширина вершины зубца якоря, см; = а' • (1 Ч- 0,1 —
результирующий коэффициент теплоотдачи наружной поверхности
якоря. В машинах постоянного тока по опытным данным при нор-
мальном давлении воздуха 0,101 МН/м2 (760 мм рт. ст.) этот коэф-
фициент в среднем имеет следующие значения:
при закрытом исполнении
а' = 0,0016 ч-0,0020 Вт7(см2-град);
при защищенном исполнении с вентилятором
а — а'о = 0,0036 ч- 0,0044 Вт7(см2• град),
v2 — окружная скорость вращения якоря, м/с; 7/ — коэффициент
теплопроводности междувитковой изоляции проводов в пазу и па-
зовой изоляции, который в рассматриваемых машинах малой мощ-
ности можно в среднем принять равным 0,0013ч-0,0014Вт/(см- град);
ГГ— периметр паза, см (рис. 1.10); Р = Pi. + Рг — общая тол-
щина изоляции от меди до стенки паза, см; рт—толщина пазовой
изоляции плюс изоляция одной стороны проводника, см; р2 — экви-
валентная междувитковая изоляция проводников в пазу, см; для
круглых проводников составляет:
₽та ^2и
2 — — —
4
192
при этом та — число изолированных проводников в ряду по сред-
ней ширине паза; 1+ 4 —0,4) ; d2 и d2H — диаметры
\ ^2И /
голого и изолированного проводов обмотки якоря.
В случае двухколлекторной машины расчет удельных потерь
в обмотке якоря wM2 и превышения температуры его производится
для двух обмоток совместно.
В машинах постоянного тока, применяемых в авиации, коэффи-
циент теплоотдачи поверхности якоря а' определяется в зависимо-
сти от высоты по уравнениям (1-5) или (1-6) позиции 16 гл. 1.
8-3. ПРЕВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОЛЛЕКТОРА
Полные потери на коллекторе
Р —Р J- р
1 к — 2 щ. К I 1 Т. Щ> J-’1*
Поверхность охлаждения коллектора
Sk = jiDkZk, см2,
где Z)K — диаметр коллектора, см; ZK — длина коллектора, см;
— переходные потери в контактах щеток и коллектора, Вт;
— потери на трение щеток о коллектор, Вт.
Среднее превышение температуры коллектора над температурой
окружающей среды при установившемся режиме
щ- к
Т. 1Д
К______ О £
Ьк)
где vK — окружная скорость коллектора, м/с; коэффициент тепло-
отдачи поверхности коллектора ак = 0,004-н 0,008 Вт/(см2-град).
Г- В двухколлекторной машине расчет превышения температуры
производится для каждого коллектора в отдельности.
8-4. ПРЕВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТКИ
ВОЗБУЖДЕНИЯ
Потери в одной катушке обмотки возбуждения
»м.. = ^.Вт.
2р
где в — потери в обмотке возбуждения, Вт.
Поверхности охлаждения одной катушки (рис. 1.13):
S1^2(Z?n + /n + 46K)/zK
— наружная поверхность по высоте катушки, соприкасающаяся
с воздухом, см2;
S2^2^n + /n + 26K)6K + 2Zn6K
193
поверхность будет значительно меньше, чем через другие. Этот ко-
эффициент в среднем можно принять:
Х4 = 0,0002-г-0,0003 Вт/(см-град).
Величина р4 должна учитывать также и толщину слоя воздуха
между указанными поверхностями сердечника и катушки.
Для универсальных коллекторных электродвигателей расчет
превышений температуры якоря, коллектора и обмотки возбужде-
ния над температурой окружающей среды обычно производится
при работе его от сети переменного тока, так как в этом случае по-
тери в якоре и на коллекторе больше. При расчете превышения
температуры обмотки возбуждения в данном двигателе необходимо
учитывать потери в стали станины и полюсов: wcl = -cl—с -И-, К011,
2р
струкцию катушек возбуждения для случая шихтованной станины
и закрытие катушки переменного тока дополнительной катушкой
постоянного тока. Так как поверхность Si первой катушки закрыта
дополнительной катушкой, то теплоотдача ее в этом направлении
практически отсутствует, поэтому в коэффициенте В нужно поло-
жить = 0.
Тогда превышение температуры обмотки возбуждения перемен-
ного тока в универсальном коллекторном электродвигателе будет:
АВ
1,
1
0 * Л * * л"
acSc -к acSc
где
при этом под Sc и Sc понимаются площади внутренней и наружной
поверхностей корпуса, определяемые как и выше.
8-5. УПРОЩЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
КОЛЛЕКТОРНЫХ МАШИН
В целях сокращения объема вычислительной работы при тепло-
вом расчете малых машин постоянного тока можно в приближен-
ных расчетах ограничиться упрощенным методом теплового рас-
чета. В этом случае средние превышения температур якоря, кол-
лектора и обмотки возбуждения машины над температурой окру-
жающей среды определяются по следующим приближенным форму*
лам.
1. Превышение температуры якоря
Полные потери в активном слое якоря
Лл=?»>—+ХК. Вт.
MZ Мх / с’
*Ср2
196
Поверхность охлаждения активного слоя якоря
<$Н2 ~ Л/) ^2^0» СМ* ,
где £>н2 и /0 —диаметр и длина якоря, см; /ср2 —средняя длина
проводника якоря; см; Ри2 — потери в обмотке якоря, Вт; ^Рс
потери в стали якоря, Вт.
Среднее превышение температуры якоря над температурой ок-
ружающей среды при установившемся режиме
9
ДЛ = --------Р-^------, < С,
ccz (1 -J- O.ltJg) Shs
где при закрытом исполнении машин а' = 0,0018-4-0,0026 Вт/(см2 X
Хград).
2. Превышение температуры коллектора
В этом случае расчет превышения температуры коллектора ма-
шины производится согласно § 8-3.
3. Превышение температуры обмотки возбуждения
Потери в одной катушке обмотки возбуждения
= Вт,
2р
где ^м. в — потери в обхмотке возбуждения, Вт.
Поверхность охлаждения одной катушки обмотки возбуждения:
при станине с отъемными полюсами (рис. 1.13, а)
So ж 2 (bn +1 п + 46к) hK + 2 (Ьл -Ь 26к) 6К, см3;
при шихтованной станине (рис. 13, б)
"г 4" 2/п 4" 8бк) 4- (^о 4~ 4~ 46к) 6К, см2,
где —длина полюсной дуги, см; Ьп и 1П — ширина и длина сер-
дечника полюса, см; 6К и hK — ширина и высота катушки в соот-
ветствии с ее конструкцией, см.
Сроднее превышение температуры обмотки возбуждения над
температурой окружающей среды при установившемся режиме
дяв=—°с,
в -г» 7 7
ао^о
где при закрытом исполнении машин —0,0032-н 0,0044 Вт/(см2 X
Хград).
НИКОЛАЙ ПАНТЕЛЕЙМОНОВИЧ ЕРМОЛИН
РАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРНЫХ МАШИН МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Редактор В. Н. Мнханкова. Художественный редактор Г А. Гудрон Техни-
ческий редактор О. С. Житникова. Корректор А Ф- Кузнецова
Сдано в набор 30/VII 1973 г. Подписано к печати 22/Х 1973 г. М-58093, Формат
60x 90l/ie. Бумага типографская № 2. Псч. л. 13,5. Уч.-изд. л. 14 Тираж
12 ОСЮ экз. Цена 84 кон. Заказ № 1495.
Ленинградское отделение издательства «Энергия», 192041, Ленинград,
Марсово поле, 1
Ленинградская типография № 4 Союзполнграфпрома при Государственном ко-
митете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли. 196126, Ленинград, Социалистическая, 14.