CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 190 1968
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭМУ С ГЛАДКИМ ЯКОРЕМ
А. И. СКОРОСПЕШКИН, А. И. ВИЛЬНЕР
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
В настоящей статье рассматриваются вопросы, связанные с выбором электромагнитных нагрузок (И основных размеров в электромашинных усилителях поперечного поля с гладким якорем.
Обычно выбор главных размеров электрической машины производится на основе машинной постоянной [¡1]
р Р2 /; ПН _ 6,/ ■ Ю"
Рн- Ке Во а • А * Ш
Величины ,В§ и А берутся с учетом данных, хорошо работающих н-1 практике электрических машин, близких ¡к проектируемой машине. При отсутствии аналогий основными размерами грубо задаются и ме* тодом последовательных приближений получают машинную постоянную СА, которая обеспечивает хорошие расчетные характеристики машины. При этом строят кривые
СА=^ или Са = {(Рн) Для определенной скорости
\ Пн /
вращения. Эти кривые определяют объем якоря Т>2и для любых соотношений и и / и не зависят от номинального напряжения машины ин.
Затем при выбранном отношении К = —— определяют диаметр
якоря по формуле:
I;
2рСА РНК
(2)
тг Л пн
При попытке расчета гладкого якоря электромашинного усилителя
мы не получаем четкой связи СА = f () •не зависящей от напря-
\ пн /
жения ин, для каждого значения ин получается своя кривая СА.
Следовательно, для ЭМУ с гладким якорем необходим другой подход к выбору главных размеров и электромагнитных нагрузок по сравнению с машинами обычного исполнения.
При проектировании электромашинных усилителей накладывается ряд дополнительных требований:
1) усилитель должен иметь высокий коэффициент добротности;
2) возможность двойной и большей форсировки напряжения, для достижения которой магнитная система должна быть ненасыщенной;
3) усилитель должен обеспечивать максимально возможный ко-
эффициент усиления, что ограничивает- пределы увеличения мощности управления.
Следовательно, в усилителе с гладким якорем немагнитный слои должен быть по возможности малым. Это требование, по существу, приводит к тому, что ¡приходится ограничиваться одним слоем проводников на поверхности гладкого якоря. .При выполнении двухслойной обмотки'значительно ухудшаются свойства усилителя вследствие резкого увеличения воздушного зазора.
Таким образом, при -проектировании ЭМУ с гладким якорем необходимо выбирать однослойную обмотку с максимально возможной по условиям нагрева плотностью тока второго ¡каскада (Аз). Индукция в воздушном зазоре (В 5), как показывает опыт, не должна превышать 3800 тс.
Плотность тока в обмотке якоря ввиду непосредственного охлаждения обмотки достаточно 'высока: в испытанных усилителях она доводилась до 21 а/мм2.
На -рис. 1 представлена экспериментальная зависимость перегревов обмотки якоря от плотности тока. Из рисунка видно, что при А3>20 а/мм2 перегрев растет очень быстро (работа происходит в области критической плотности тока).
160
т
80 ь о АО '20
А вС
А а л3 мм*
10 15
Рис. 1
20
25
Очевидно, что при проектировании ЭМУ с гладким якорем можег быть рекомендована плотность тока в обмотке якоря в пределах 18—19 а/мм2.
Диаметр голой меди в этом случае можно получить как
где
б =
1Н — ток второго каскада, а,
атгД.
(3)
Д3 —плотность тока второго каскада, а/м-м2, а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря. Коэффициент заполнения пакета якоря изолированным проводом определяется выражением:
¿изН
Кз'
«Р + 2ЬВН + (1из)
(4)
где
О — диаметр пакета якоря, мм,
ЬВн —высота изоляции между пакетом якоря и проводниками обмотки, мм,
с1из — диаметр стандартного изолированного провода, мм, N — число проводников однослойной обмотки якоря. Для упрощения можно принять
к/
^из N
тсБ
(5)
Коэффициент заполнения )К'з определяется из графика (рис. 2)-
з.эд
0,93 092 0.91 0.90
С/из ПП
о.г
ОМ
06
ог <р
Рис. 2
/2
!М
16
а
20
Коэффициент заполнения голой медью рассматривается как
й dN
^из
Кз=К3'
(6)
Величина К3 определяется из графика (рис. 3).
В качестве обмоточного провода выбирается 'провод марки ПЭТВ-1, как наиболее приемлемый по своим тепловым и механическим свойствам. Этот провод нами применяется для ЭМУ с гладким якорем. В принципе может быть использован и любой другой провод, обеспечивающий необходимые тепловые и механические свойства при минимальной толщине изоляции.
Исходя из такого определения коэффициента заполнения активного слоя якоря и известных формул, определяем число проводников обмотки якоря.
N
60 а ЦнКе Ю8
рпнФа.
где
ин — напряжение второго каскада, в,
<1 мм
Фц — поток поперечной цепи, а — полюсное перекрытие.
Фч — В8а • т - 1и
где
7ГР
2р
И I = Хх
следовательно,
Подставив
ПОЛУЧИМ
N = 60а Ц н Ке • Ю8 • 4р2 рпнВг а • ХгсЧЭ2
Б
N(1
*К3 '
М= у 24 • 109р • а • К32 Цн Ке
Пна
(8)
(9)
(10)
(П)
X • В8 (I2
где с1 — (см), ин — (в), Вь — (гс), пн — (об/мин).
Выражение для диаметра пакета якоря можно записать в виде:
О = — л / ' ш и ' а ' 1ХЕи . (12)
пна • X - В5 К:
Это выражение дает, таким образом, наименьший диаметр якоря О при выбранном соотношении / и Б, на котором можно расположить N проводников, обеспечивающих при заданной индукции В § номинальное напряжение на выходе усилителя. Такой диаметр обеспечивает также получение максимального коэффициента усиления.
Рассмотрим некоторые величины, входящие в формулу (12).
На основе расчета ряда машин можно заключить, что в усилителях с гладким якорем величина Ке несколько больше, чем в серийных усилителях, и находится в пределах 1,2—1,5, в то время как в серий-
ных она равна 1,05—1,15. Объясняется это большой плотностью тою в обмотке якоря и, следовательно, большим падением напряжения в якорАй обмотке ЭМУ с гладким якорем.
Величина К в усилителях с гладким якорем может быть принята равной 0,7—1,5, поскольку усилители имеют хорошие условия коммутации. В серийных усилителях\=0,4—0,7.
Коэффициент полюсного перекрытия а может быть принят равным 0,6—0,8 (в серийном усилителе а = 0,55—0,65) и определяется собственно раскрытием большого и среднего пазов. При выборе раскрытия большого паза ориентируемся только на возможность укладки в него обмоток управления и компенсационной обмотки, а не на ширину коммутационной зоны, как в обычных усилителях. Так как при диаметральной обмотке на гладком якоре ширина коммутационной зоны вкз^в'щ (в'щ— ширина щетки, приведенная к диаметру якоря) и раскрытие большого паза
Ьч = (1,5 -- 1,8)ЬКЗ (13)
обеспечивается автоматически, раскрытие большого и среднего пазов принимается одинаковым.
Диаметр расточки статора определяется как
Б' = Б + 23, (14)
где
8 = 8' + 8 из + йиз> 6' —воздушный зазор между полюсами и обмоткой якоря, биз — суммарная высота изоляции якорной обмотки. Немагнитный слой определяется в основном диаметром изолированного провода с1Из и может быть представлен как
§=Кс1Из. (15)
В свою очередь, с1из = 1н, следовательно, величина воздушного зазора пропорциональна току якоря и при расчете практически не выбирается.
Далее получено выражение для линейной нагрузки, подставив в (16) N и Б (9) и (10).
дз=!5ЛГ- <'6)
Получим
= (17)
или, подставив (3), находим выражение для линейной нагрузки в виде
А3=0,5К31/1,5а1нД3. (18)
Следовательно, при заданной плотности тока линейная нагрузка зависит только от тока. Например, при Д3 = 20 а/мм2 зависимость А3 = Ц1н) изображается кривой рис. 4. При более подробном исследовании нагрева якорей усилителей с гладким якорем представится возможность на самом начальном этапе расчета усилителя определить Азтах, выбирая допустимую линейную нагрузку.
В целом результаты проведенной работы можно сформулировать следующим образом:
1. Получены расчетные формулы для определения основных размеров ЭМУ с гладким якорем.
2. Даны рекомендации по выбору электромагнитных нагрузок.
3. Рекомендован выбор величин К и а, Ке-
Рис. 4
ЛИТЕРАТУРА
1 И М Постников. Проектирование электрических машин. 1960.
2. И. Н.' Рабинович, И. Г. Шубов. Проектирование машин постоянного ТОКа. 1967. -».глгго
3. Ф. А. Горяинов. Электромашинные усилители. ЬУол.
