Трансформаторная ЭДС будет в случае изменения магнитного

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  109 - реактивная ЭДС от само и
взаимоиндукции коммутируемых секций (5.175) .
eaq  2  wc  Baq  la  lрд  a  103
ЭДС
от
действия
нескомпенсированного поля якоря в зоне коммутации (5.183).


eк  2  wc  B д  lрд  a  103
(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  103   B д  c  Aa  a  106  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  Bд .
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
 103 ,
(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
 103  Aa
откуда воздушный зазор [12], мм
д 

2
 103  0,8Bδд   д  kδд  103 , (5.191)
(  1)  Aa  
(  1)  Aa  Da
106 
106 . (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  106 .
(5.189)
Поток рассеяния дополнительного полюса, Вб
Ф д  2  Fд  lpд   д 103 ,
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  106 .
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.