Электрические машины

10 Проектирование электрических машин постоянного тока

Целью проектирования является создание экономичной электрической машины с заданными свойствами и для заданных условий работы. Экономическая эффективность машины оценивается приведенными затратами, которые включают стоимость изготовления и эксплуатационные расходы. В зависимости от конкретных условий эксплуатации машины, предпочтение может быть отдано массогабаритным, энергетическим или другим показателям; это сильно влияет на выбор «оптимальной» машины. Например, для машин, применяющихся в авиации, главный показатель — масса машины, для двигателя прокатного стана — надежность и срок службы и т. д.

Обычно рассчитывают несколько вариантов машин, различающихся диаметром якоря, числом полюсов и т. п. и из этих вариантов выбирают наиболее экономичный. Однако при расчете каждого из вариантов задача ставится более узкая: вписать максимальную мощность в заданный габарит или получить машину заданной мощности при минимальных габаритах. Сорт стали, вид изоляции и ее нагревостоикость при этом являются заданными.

10.1. Расчетная мощность машины и постоянная Арнольда

Мощность машины постоянного тока можно приближенно считать равной внутренней мощности якоря

от диаметра якоря и, следовательно, от диаметра якоря зависит и С а — постоянная Арнольда.

Максимальная мощность, которую можно вписать в заданный габарит*, определяется из формулы (10.6) подстановкой в нее максимально допустимых значений линейной нагрузки, индукции в воздушном зазоре и скорости на поверхности якоря:

Величина Р_Кон называется расчетной, или конструктивной, мощностью. Значения А_та%, Бетах и v_amax определяются нагреванием машины, механической прочностью и другими факторами.

Обычно двигатели постоянного тока позволяют регулировать частоту вращения, изменяя ее от п_НОм до n_max-

В связи с этим в номинальном режиме приходится уменьшать скорость на поверхности якоря до значения

^tOa_mu = V_av№Jl_UUKfn_n,_x = V_amJk_vt (10.13)

чтобы не произошло разрушение якоря под действием центробежных сил при максимальной скорости. Следовательно, в заданных габаритах может быть вписана номинальная мощность

Естественно, что чем больше k_v и Ркон, тем больше габариты и масса двигателя.

Генераторы обычно работают при постоянной частоте вращения, однако к ним часто предъявляется требование форсировки напряжения до f/max- В связи с этим в номинальном режиме приходится снижать индукцию до значения

Иногда, например, в тяговых генераторах требуется обеспечить работу при разных частотах вращения и, кроме того, длительную

• См.: Хвостов В. С. Теория тягового двигателя электровозаДруды МИИТа. 1962. Вып. 156.

работу с перегрузкой по току k, = /тах/Аюм- Тогда

Оценка весовых показателей машины должна производиться не только по номинальной мощности Рном, но и по условиям работы машины, т. е. исходить из расчетной мощности. Приведенный вес

В лучших современных мощных электрических машинах g— = 1,7 ...2,2 кг/кВт.

В малых машинах при заданной частоте вращения п скорость на поверхности якоря

не достигает предельной из-за малого диаметра якоря. Это ухудшает весовые показатели малых машин. Кроме того, у них меньше допустимые удельные нагрузки А_тах и B_emax, что также ухудшает весовые показатели.

Длина стали якоря обычно выбирается.

и в среднем 1_а ж 0,75т. Меньшие значения X ведут к относительно большой длине лобовых соединений и из-за этого плохо используется медь якоря. Значительное увеличение относительной длины машины л ухудшает условия охлаждения и приводит к повышению напряжения между пластинами коллектора и ухудшению условий коммутации.

При неизменном числе полюсов для машин небольшой мощности можно считать

т. е. момент пропорционален диаметру якоря в третьей степени.

Так как удельные нагрузки А и В_в с увеличением диаметра якоря тоже растут, момент растет быстрее, чем диаметр якоря в третьей степени.

В машинах большой мощности нужно ограничивать скорость на поверхности коллектора на уровне 50 м/с для нормальной работы щеток, а следовательно, и скорость на поверхности якоря прини-

мать не более 60 ...65 м/с; кроме того, приходится ограничивать и длину якоря, чтобы не превысилось допустимое напряжение между смежными коллекторными пластинами. Итак, в крупных машинах постоянного тока их мощность с увеличением диаметра якоря возрастает значительно медленнее, чем в машинах малой мощности: приблизительно пропорционально диаметру якоря в степени 1,5.

Содержание
Предыдущий § Следующий