Меню

Расчет обмоток якоря двигателей постоянного тока

Сайт для электриков

Рабочее напряжение машин постоянного тока можно изменить переключением или перемоткой обмотки.

Напряжение генератора постоянного тока может быть снижено за счет уменьшения частоты вращения первичного двигателя, однако при этом необходимо, чтобы ток в обмотке возбуждения генератора не менялся.

Если схему соединения катушек полюсов оставить неизменной, то при понижении напряжения генераторов параллельного возбуждения ток возбуждения в этих катушках уменьшится, ослабив магнитное поле машины. Поэтому, если требуется уменьшить напряжение генератора параллельного возбуждения в m раз, необходимо снизить частоту вращения якоря во столько же раз, а катушки полюсов, соединенные последовательно, переключить на m параллельных групп.

В частности, если требуется уменьшить напряжение вдвое, в обмотке возбуждения необходимо удвоить число параллельных ветвей. Так как число главных полюсов всегда четное, это не связано с затруднениями. Единственное требование при этом — не включать в состав каждой параллельной ветви катушки рядом лежащих полюсов, а образовывать одну параллельную ветвь из катушек нечетных полюсов, а другую — из катушек четных полюсов. При таком переключении обмоток и снижении частоты вращения сила тока в обмотке якоря не изменится, а напряжение уменьшится вдвое; мощность машины при этом также уменьшится вдвое.

Двигатели постоянного тока переключают на большее напряжение увеличением числа последовательно соединенных проводников в пазу пропорционально напряжению, т. е.

kappa_y = U_HOB/U_CT,

где κy — коэффициент увеличения напряжения;
UHOB — новое повышенное напряжение, В;
UCT — старое напряжение, В.

Новое количество проводников в пазу

N_HOB = kappa_y*N_CT.

Новое сечение провода (мм²)

S_HOB = S_CT/kappa_y.

Проверка заполнения паза проводниками новой обмотки осуществляется так же, как и для асинхронных двигателей.
Так как обмотка возбуждения была рассчитана на меньшее напряжение, ее необходимо перемотать. Количество витков и сечение провода (мм²) при этом

W_HOB = W_CT*kappa_y ; S_HOB = S_CT/kappa_y,

где WHOB и WCT — новое и старое число проводников обмотки возбуждения;
SHOB и SCT — новое и старое сечения.

Обмотки последовательного возбуждения главных полюсов и добавочных полюсов не меняются, если не меняется обмотка якоря; в противном случае количество витков и сечение (мм²) проводников обмоток определяют по формулам

W_HOB = W_CT*I_CT/I_HOB ; S_HOB = S_CT*I_HOB/I_CT,

I_HOB = kappa_y*I_CT,
так как при неизменной мощности машины рост напряжения вызывает такое же снижение силы тока.

Источник: В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию

Источник

Расчет обмоток двигателя постоянного тока продолжительного режима работы мощностью до 1 квт

Расчет обмоток двигателя постоянного тока продолжительного режима работы мощностью до 1 кВт.

Условный объем сердечника якоря, см3: Vя=Dя? Lя где Dя — диаметр якоря, см; Lя — длина сердечника якоря, см. Мощность электродвигателя Р2 (Вт) определяем по рисунку. Данные на рисунке приведены для электродвигателей длительного режима работы с интенсивным охлаждением. При естественном охлаждении (отсутствует вентилятор) полученное значение мощности следует умножить на (0,7?0,5). Индукцию в воздушном зазоре B? (Тл) определяют по таблице в зависимости от отношения мощности Р2 (Вт) к частоте вращения п (об/мин). Расчет обмоток двигателя постоянного тока продолжительного режима работы мощностью до 1 квтМагнитный поток в воздушном зазоре, B?: Ф?=B?·bо·Lя·10-4 где bо — длина полюсной дуги, см (смотри рисунок); bо измеряется по внутренней поверхности полюсного наконечника с помощью гибкой линейки или полоски бумаги. Эдс якоря электродвигателя, B: E=0,33(1+2?)U при последовательном возбуждении, E=0,39(1+2?)U — при параллельном возбуждении, где ? — кпд (по таблице), U — напряжение (В).

Число проводников обмотки якоря: Nя = 60·a·E / (p·n·Ф?) где а=1—число параллельных ветвей; р— число пар полюсов. Число витков в секции якоря, число эффективных проводников в пазу, шаги обмотки, площадь поперечного сечения паза, заполненного обмоткой, диаметр провода, коэффициент заполнения паза определены на странице

Средняя длина проводника (полувитка) обмотки якоря, см:

при 2p=2 lпв=lя+1,2Dя

при 2p=4 lпв=lя+0,8Dя
Формулы для определения общей длины провода на обмотку, сопротивления обмотки якоря и массы меди провода обмотки приведены на странице.

Число витков на полюс при параллельном возбуждении (последовательное соединение полюсных катушек) ??в=2300U/(piв lв)

где iв=4?8 А/мм2—плотность тока в обмотке возбуждения (большие значения для машин меньшей мощности и с большей частотой вращения);

lв — средняя длина витка полюсной катушки, см (предварительно определяем по старой катушке).

Сечение провода параллельной обмотки возбуждения, мм2 SB=(0,2? 0,4)Sя

где Sя — сечение провода обмотки якоря (число параллельных проводников (nэл = 1) Большие значения числового коэффициента в скобках брать для электродвигателей меньшей мощности.

Число витков на полюс при последовательном возбуждении:

Меньшие значения числового коэффициента в скобках принимаем для машин большей мощности.

Сечение провода последовательной обмотки возбуждения, мм2 SB=2 Sя

Читайте также:  Что такое минимальный ток короткого замыкания

Проверка размещения обмотки возбуждения на полюсе:
число витков по высоте катушки: m=(hk-0,8)/Dв,

где hк — высота катушки, мм, по рисунку выше; Dв — диаметр изолированного провода обмотки возбуждения, мм;
число слоев в катушке m?=?в/m
толщина катушки bk=Dв m? мм
Средняя длина витка полюсной катушки (см) при отъемных полюсах

где bп — ширина полюса (рисунок выше), см; lп — длина полюса, см;

при не отъемных полюсах lср=bо+bп+2lп+2bк)

где bо— ширина полюсного наконечника по дуге, смотри рисунок выше
Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом (до 75 °С) состоянии, Ом:

Ток в параллельной обмотке возбуждения, А: Im=U/rв

Ток якоря электродвигателя (nэл = 1) А: Iя=2Sяi

где i=4?8 А/мм2 — плотность тока в обмотке якоря (большие значения для машин меньшей мощности и с большей частотой вращения).
Отношение тока возбуждения в параллельной обмотке к току якоря: Kв = Iш/Iя. Указанное отношение находится обычно в пределах Kв =0,1?0,2

(большие значения для машин меньшей мощности).

Пример. Рассчитать обмотки якоря и возбуждения электродвигателя постоянного тока при следующих данных:

Dя=3,6 см Lя=Lп=3,6 см bо=3,6 см U=110 В n=4000 об/мин 2p=2 z=13 K=26 r1=2,6 мм r2= 1,1 мм h=5,5 мм Lв=14 см bп=13 мм hк=8 мм охлаждение — естественное, возбуждение — последовательное, режим работы — продолжительный. Условный объем сердечника якоря. Vя=3,62·3,6=46,6 см3 Мощность электродвигателя. P?0,6·55=33 Вт

Индукция в воздушном зазоре Р/п=33/4000=8,3·10-3 Вт/об/мин B?=0,32 Тл (смотри таблицу выше Значение индукции в воздушном зазоре) Магнитный поток в воздушном зазоре Ф?=0,32·3,6·3,6·10-4=4,15·10-4 B?

Эдс якоря электродвигателя: E= 0,33 (1+2·0,5) • 110 = 73 В.

Число проводников обмотки якоря Nя= 60·1·73/(1 • 4000·4,15·10-4)=2640. Число витков в секции якоря ?с?2640/(2·26) ?51.

Уточненное число проводников обмотки якоря Nя =51·2·26 = 2650.

Число эффективных проводников в пазу Nп= 2·51·26/13 = 204

При 2р=2 двигатели постоянного тока выполняются с простой петлевой обмоткой на якоре. Шаги обмотки: Y=Yк=1 Yz=z/2p — ?=13/2 — 1/2=6 Y1=Yz·u=6·28/13=12 Y2=Y1 — 1=12-1=11

Площадь поперечного сечения паза F=1,57(2,62+1,12)+(2,6+1,1)·5,5=32,8 мм2 Периметр паза П=2·3,14·2,6+3,14·1,1+2·5,5=30,8 мм. Площадь поперечного сечения пазовой коробки Fкор=0,25·30,8=7,7 мм2

где bиз = 0,25 мм (один слой лакоткани ЛШС толщиной 0,1 мм и один слой электрокартона толщиной 0,15 мм). Площадь сечения пазового клина и изоляционной прокладки между слоями Fкл?3·2,6=7,8 мм2

Площадь поперечного сечения паза, заполненного обмоткой, Fо= 32,8—7,7—7,8=17,3 мм2

Диаметр изолированного провода D= 0,86 v17,3/(204·1) = 0,245 мм2 Диаметр провода без изоляции (марка ПЭВ-2) d=0,20 мм; D1 = 0,24 мм

Источник

Расчетные формулы параметров машин постоянного тока

В таблице 1 представлены расчетные формулы для определения основных параметров машин постоянного тока.

В данной таблице собраны все формулы, которые касаются расчета параметров машин постоянного тока.

Таблица 1 — Расчетные формулы для определения основных параметров машин постоянного тока

Мощность, кВт

Ток генератора и двигателя, А

Внешнее напряжение, В

ЭДС, В

Сопротивление якорной цепи, Ом

Ориентировочной значение сопротивления цепи якоря, Ом

КПД двигателя и генератора

Суммарные потери, кВт

Переменные потери

Номинальный вращающий момент, кГм

Расчетные коэффициенты для двигателя параллельного возбуждения

Скоростная характеристика двигателя

Искусственные скоростные характеристики

1. Справочная книга электрика. В.И. Григорьева, 2004 г.

Поделиться в социальных сетях

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» .

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Выбор устройства от импульсных перенапряжений

Выбор устройства от импульсных перенапряжений (УЗИП) необходимо осуществлять в соответствии с.

Расчетные формулы расчета потерь напряжения

Представляю вашему вниманию таблицу с расчетными формулами, которые используются при расчете потерь.

Выбор опорных изоляторов для шинного моста 10 кВ

В данном примере требуется выбрать опорные изоляторы для раннее выбранных сборных шин 10 кВ. Исходные.

Расчет осветительной сети при двухстороннем питании

В данном примере требуется определить максимальные потери напряжения в нормальном и аварийном режимах в.

Выбор напряжения конденсатора для конденсаторного двигателя

Выбор напряжения конденсатора для конденсаторного двигателя является не менее важным, чем определение.

Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.

Источник



Расчет и схема соединений обмоток якоря машины постоянного тока

Петлевые обмотки якоря. Основные понятия. Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уло­женных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.

Элементом обмотки якоря является секция(ка­тушка), присоединенная к двум коллекторным пла­стинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюс­ного деления (рисунок 59):

Здесь – диаметр сердечника якоря, мм.

Читайте также:  Где может возникать индукционный ток

Рисунок 59 – Расположение пазовых сторон секции на сердечнике якоря

Обмотки якоря обычно выполняют двухслой­ными. Они характеризуются следующими парамет­рами: числом секций S; числом пазов (реальных) Z; числом секций, приходящихся на один паз, ;числом витков секции ; числом пазовых сторон в обмотке N;числом пазовых сторон в одном пазу . Верхняя пазовая сторона одной секции и нижняя пазовая сторона другой секции, лежащие в одном пазу, образуют элементарный паз.Число элементарных пазов в реальном пазе опре­деляется числом секций, приходящихся на один паз: (рисунок 60).

Рисунок 60 – Элементарные пазы

Схемы обмоток якоря делают развернутыми, при этом все секции показывают одновитковыми. В этом случае каждой секции, содержащей две пазовые стороны, соответствует один элементарный паз. Концы секций присоединяют к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоеди­няют начало одной секции и конец другой, т. е. на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина. Таким образом, для обмотки якоря справед­ливо

где – число элементарных пазов;

К –число коллекторных пластин в коллекторе.

Число секций, приходящихся на один реальный паз, определяется отношением .

Простая петлевая обмотка якоря. В простой петлевой об­мотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике яко­ря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывает­ся присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается.

На рисунке 61, а, б изобра­жены части развернутой схемы простой петлевой обмотки, на которых показаны шаги об­мотки – расстояния между пазовыми сторонами секций по якорю: первый частичный шаг по якорю ,второй частич­ный шаг по якорю и резуль­тирующий шаг по якорю .

Если укладка секций об­мотки ведется слева направо по якорю, то обмотка называ­ется правоходовой(рисунок 61, а), а если укладка секций ведется справа налево, то обмотка называется левоходовой(рисунок 61, ).Для правоходовой обмотки результирующий шаг

Рисунок 61 – Простая петлевая обмотка:

а – правоходовая; б – левоходовая; в – развернутая схема

Расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым присоединены начало и конец одной секции, называют шагом обмотки по коллектору ук . Шаги обмотки по якорю выражают в элементарных пазах, а шаг по коллектору – в коллекторных делениях (пластинах).

Начало и конец каждой секции в простой петлевой обмотке присоединены к рядом лежащим коллекторным пластинам, следо­вательно, , где знак плюс соответствует правоходовой обмотке, а знак минус – левоходовой.

Для определения всех шагов простой петлевой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг по якорю:

где – некоторая величина, меньшая единицы, вычитая или сум­мируя которую получают значение шага , равное целому числу.

Второй частичный шаг обмотки по якорю

Пример 1. Рассчитать шаги и выполнить развернутую схему простой петлевой обмотки якоря для четырехполюсной машины (2 = 4) постоянного тока. Обмотка правоходовая, содержит 12 секций.

Решение. Первый частичный шаг по якорю

Второй частичный шаг по якорю

Прежде чем приступить к выполнению схемы обмотки, необ­ходимо отметить и пронумеровать все пазы и секции, нанести на предполагаемую схему контуры магнитных полюсов и указать их полярность (рисунок 61, в). При этом нужно иметь в виду, что отмечен­ный на схеме контур является не полюсом, а зеркальным отобра­жением полюса, находящегося над якорем. Затем изображают коллекторные пластины и наносят на схему первую секцию, пазо­вые части которой располагают в пазах 1 и 4. Коллекторные пла­стины, к которым присоединены начало и конец этой секции, обо­значают 1 и 2. Затем нумеруют все остальные пластины и наносят на схему остальные секции (2, 3, 4 и т. д.). Последняя секция 12 должна замкнуть обмотку, что будет свидетельствовать о пра­вильном выполнении схемы.

Далее на схеме изображают щетки. Расстояние между щетка­ми А и В должно быть равно К/(2 ) = 12/4 = 3, т. е. должно соот­ветствовать полюсному делению. Что же касается расположения щеток на коллекторе, то при этом следует руководствоваться сле­дующим. Предположим, что электрический контакт обмотки яко­ря с внешней цепью осуществляется не через коллектор, а непо­средственно через пазовые части обмотки, на которые наложены «условные» щетки (рисунок 62, а). В этом случае наибольшая ЭДС машины соответствует положению «условных» щеток на геомет­рической нейтрали. Но так как коллекторные пластины смещены относительно пазовых сторон соединенных с ними сек­ций на 0,5 (рисунок 62, б),то, переходя к реальным щеткам, их сле­дует расположить на коллекторе по оси главных полюсов, как это показано на рисунке 61, в.

Читайте также:  Как ударяет молния током

Рисунок 62 – Расположение щеток: а) условных; б) реальных

При определении полярности щеток предполагают, что маши­на работает в генераторном режиме и ее якорь вращается в направлении стрелки (см. рисунок 61, в). Воспользовавшись прави­лом «правой руки», находят направление ЭДС (тока), наведен­ной в секциях. В итоге получаем, что щетки и ,от которых ток отводится во внешнюю цепь, являются положительными, а щетки и B2 – отрицательными. Щетки одинаковой полярно­сти присоединяют параллельно к выводам соответствующей полярности.

Параллельные ветви обмотки якоря. Если проследить за прохождением тока в секциях обмотки якоря (см. рисунок 61, в), то можно заметить, что обмотка состоит из четырех участков, соеди­ненных параллельно друг другу и называемых параллельными ветвями.Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно соединенных секций с одинаковым направлением тока в них. Распределение секций в параллельных ветвях показано на электрической схеме обмотки (рисунок 63). Эту схему получают из развернутой схемы обмотки (см. рисунок 61, ) следующим образом. На листе бумаги изображают щетки и имеющие с ними контакт коллекторные пластины, как это показано на рисунке 63. Затем со­вершают обход секций обмотки начиная с секции 1, которая ока­зывается замкнутой накоротко щеткой . Далее идут секции 2 и 3,которые образуют параллельную ветвь. Таким же образом обходят все остальные секции. В результате получаем схему с четырьмя параллельными ветвями, по две секции в каждой ветви.

Рисунок 63 – Электрическая схема обмотки рисунка 61, в.

Из полученной схемы следует, что ЭДС обмотки якоря определяется значением ЭДС одной параллельной ветви, тогда как значение тока обмотки определяется суммой токов всех ветвей обмотки:

где 2 – число параллельных ветвей обмотки якоря;

– ток одной параллельной ветви.

В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу главных полюсов машины:2 = 2 .

Нетрудно заметить, что число параллельных ветвей в обмотке якоря определяет значение основных параметров машины – тока и напряжения.

Пример 2. Шестиполюсная машина постоянного тока имеет на якоре простую петлевую обмотку из 36 секций. Определить ЭДС и силу тока в обмотке якоря машины, если в каждой секции наводится ЭДС 10 В, а сечение провода секции рассчитано на ток не более 15 А.

Решение. Число параллельных ветвей в обмотке 2 = 2 = 6, при этом в каждой параллельной ветви = 36/6 = 6 секций. Следовательно, ЭДС обмотки якоря = 6∙10 = 60 В, а допустимый ток машины = 6∙15 = 90 А.

Если бы машина при прочих неизменных условиях имела восемь полюсов, то ее ЭДС уменьшилась бы до 40 В, а ток увеличился бы до 120 А.

Сложная петле­вая обмотка. При не­обходимости полу­чить петлевую обмотку сбольшим числом параллельных ветвей, как это требуется, на­пример, низковольт­ных машинах посто­янного тока, приме­няют сложную петле­вую обмотку. Такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединен­ных к одному коллектору. Число параллельных ветвей в сложной петлевой обмотке 2 = 2 ,где т – число простых петлевых обмо­ток, из которых составлена сложная обмотка (обычно т = =2). Ширина щеток при сложной петлевой обмотке принимается такой, чтобы каждая щетка одновременно перекрывала т коллекторных пластин, т. е. столько пластин, сколько простых обмоток в сложной. При этом про­стые обмотки оказываются присоединенными параллельно друг дру­гу. На рисунке 64 показана развернутая схема сложной петлевой обмот­ки, состоящей из двух простых = 2): 2 = 4; = 16. Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору сложной петлевой обмотки принимают равным у = ук = т.

Пример 3. Четырехполюсная машина имеет сложную петлевую обмотку якоря из 16 секций. Выполнить развернутую схему этой обмотки, приняв т –2.

Решение. Шаги обмотки:

у = = 2 паза;

= – у = 4–2 = 2 паза.

Сначала располагаем все секции одной из простых обмоток (секции с нечетными номерами: 1, 3, 5 и т. д.), а концы этих сек­ций присоединением к нечетным пластинам коллектора (рисунок 64). Затем располагаем на якоре секции другой петлевой обмот­ки с номерами 2, 4, 6 и т. д. Изображаем на схеме щетки шириной в два коллекторных деления. Число параллельных ветвей обмотки 2 = 2 = 4·2 = 8.

Рисунок 64 – Развернутая схема сложной петлевой обмотки

Источник