Основополагающие стандарты на электрические машины

Приложение 5

Стандарты, регламентирующие общие для электротехники нормы и правила

Примечание. Содержание приложений 4 и 5, взятых из справочника «Электрические машины», постоянным быть не может. Необходимые сведения об изменениях и дополнениях публикуются в ежегодном указателе «Национальные стандарты» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии – М.: Стандартинформ.

Приложение 6

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

(АТЛАС – МИНИМУМ)

Этот минимальный атлас составлен применительно к диапазону мощностей, ограни-ченному таблицей заданий на курсовой проект. Он имеет целью на конкретных примерах пояснить назначение, устройство и функционирование основных деталей и узлов машины. Одна из задач курсового проектирования состоит в освоении традиционных технических решений в ограниченной области электромашиностроения. Рациональность иллюстриру-емых конструкций проверена десятилетиями, но их копирование обязательным не является. Возможно любое разумное сочетание элементов. Однако, во всех принимаемых решениях должна быть обеспечена та же функциональность.

1. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ И УКЛАДКИ ОБМОТКИ ЯКОРЯ

Рис. 1.1

На рис. 1.1 представлены терминология и принципы формирования одновитковых секций петлевой – а) и волновой – б) обмоток якоря. Основой для обработки на спе-циальных шаблонах являются изогнутые на ребро заготовки из медного изолированного провода прямоугольного сечения. Двухвитковые секции петлевой – а) и волновой – б) обмоток изображены на рис. 1.2.

Рис. 1.2

На рис. 1.3а две одновитковые секции секции петлевой обмотки объединены общей изоляцией относительно паза якоря и образуют катушку. На рис. 1.3б показана катушка из двух двухвитковых секций волновой обмотки.

На рис. 1.4 иллюстрируется расположение катушек двухслойной обмотки в пазах сер-дечника якоря: а) – вид с торца, б) – вид на поверхность якоря, в) – взаимное расположение двух соседних катушек.

Рис. 1.3

Рис. 1.4 Рис. 1.5

Уравнители первого рода, применяемые в петлевых обмотках, имеют форму задних лобовых частей секций. Их выполняют из изолированного провода и впаивают в петушки коллектора, как это показано на рис. 1.5 до укладки катушек обмотки. Здесь 1 – уравнитель, 2 – обмотка якоря, 3 – изоляция. Площадь поперечного сечения уравнителя составляет 20 … 40% площади эффективного проводника обмотки якоря (меньший процент – для большего числа уравнителей).

Как и активные стороны катушки обмотки якоря, уравнитель на продольном разрезе машины условно изображается в одной плоскости.

2. КОЛЛЕКТОР И ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ

В качестве наиболее распространённого примера на рис. 2.1 представлен коллектор арочного типа со стальным корпусом (слева – простейшее исполнение, характерное для малых машин). Такие конструкции применяют при осевой длине рабочей поверхности, не превышающей 200 мм. Коллекторные пластины клиновидного сечения 1 вырубают из твёрдотянутой кадмированной меди. Для впаивания проводников обмотки якоря в пластинах фрезеруют прорези. Комплект таких пластин, разделённых миканитовыми прокладками 12 собирают в кольцо и скрепляют стальными нажимными конусами 11 и 7, надетыми на стальную втулку 8 и стянутыми гайкой 10. От самораскручивания гайка фиксируется стопорными винтами 13. Коллекторные пластины от корпуса изолируются миканитовыми манжетами 2 и миканитовым цилиндром 14. Вид миканитовой манжеты показан на рис. 2.2. На валу двигателя 9 корпус коллектора крепится шпонкой.

Рис. 2.1

Рис. 2.2

При существенном различии диаметров якоря и коллектора выводы секций 4 и 6 соединяются с пластинами через петушки 3. В обойме петушка вывод нижней стороны 6 одной из секций соединяется с выводом верхней стороны 4 другой секции. Проволочный бандаж 5 воспринимает центробежные силы, действующие на обмотку в области пайки.

Собранный, отформованный до монолитного состояния и отбалансированный кол-лектор напрессовывается на вал и его рабочая поверхность обрабатывается совместно с поверхностями для посадки подшипников. Основные элементы конструкции легко просмат-риваются на рис. 2.3 и 2.4, которые могут дать некоторую дополнительную информацию об устройстве коллектора.

Рис. 2.3 Рис. 2.4

Простейшая конструкция щёточного аппарата представлена на рис. 2.5-2.8. Основными материалами для изготовления щёток машин общепромышленного применения являются уголь и графит в различных пропорциях. Электрическое соединение щётки с другими токоведущими элементами машины осуществляется с помощью плетёного медного канатика, один конец которого запрессован в тело щётки, а к другому припаян наконечник (рис. 2.5). Щеткодержатель, показанный под различными углами зрения на рис. 2.6, объединяет в себе обойму, в которой должна располагаться щётка, и кронштейн, который прорезью на задней поверхности нанизывается на крепёжный болт. Такие щёткодержатели называют радиальными. Давление на щётку через курок оказывает пружина (на рис. 2.6 курок поднят). Чтобы избежать заклинивания щётки, расстояние между обоймой и поверхностью коллектора не должно превышать 2 мм, а зазор между щёткой и обоймой – 0,2 мм. Корпус щёткодержателя штампуется из латунного листа, а курок должен быть стальным, чтобы избежать его деформации.

Рис. 2.5 Рис. 2.6

Расчётную площадь скользящего контакта обеспечивают несколько щёток, установ-ленных на общем щёточном пальце. В свою очередь, щёточные пальцы устанавливаются на траверсу, которая крепится к подшипниковому щиту.

На рис. 2.7 показана траверса четырёхполюсной машины, отлитая из алюминиевого сплава. В приливах с гнёздами закрепляются щёточные пальцы из стеклотекстолита или из гетинакса. Один такой палец и его крепёжный комплект изображены отдельно.

Рис. 2.7 Рис.2.8

Траверса крепится к подшипниковому щиту двумя болтами. Прорези с приливами-полозьями позволяют, ослабив крепление, проворачивать траверсу и фиксировать её поло-жение с целью точной установки на нейтраль и для профилактики щёточного аппарата.

На рис. 2.8 показано электрическое соединение щёток на одном пальце и кабель, сединяющий их с одноимёнными щётками на диаметрально противоположном пальце.

3. ЯКОРЬ

Сердечник якоря является одновременно арматурой для укладки обмотки и элементом магнитопровода машины. Он набирается из изолированных листов электротехнической стали. Для создания изоляционной плёнки с обеих сторон листа применяли лаки, допус-кающие огневую сушку, например, бакелитовый или масляно-глифталевый. Однако, в тех-нологический процесс изготовления стали марки 2013 включена операция оксидирования. Такая электротехническая сталь в дополнительной изоляции не нуждается. Процесс набора сердечника на вал со шпонкой иллюстрирует рис. 3.1. Здесь 1 – лист (диск) с пазами для укладки обмотки и вентиляционными каналами, 2 – предполагаемая изоляционная плёнка. Чтобы избежать распушения сердечника в зубцовом слое после напрессовки на вал, крайние листы вырубают из стали толщиной 1 мм и устанавливают по четыре – пять таких дисков с каждой стороны. Более технологично склеивание обычных листов на краях сердечника.

Рис. 3.1. Рис. 3.2

Лобовые части обмотки при вращении якоря испытывают воздействие центробежных сил. Поэтому они должны скрепляться проволочными бандажами и нуждаются в соответ-ствующей опоре. Такой опорой являются обмоткодержатели. На рис. 3.2 показано креп-ление лобовых частей многовитковой обмотки якоря. Кольца 1 отливаются вместе с рёб-рами 2 на втулке. Поверхность соприкосновения металлического кольца с обмоткой должна быть хорошо изолирована. В качестве изоляционного материала может быть использована стекломиканитовая лента. Иногда таким изолятором является пластмассовый обод кольца 3.

Обычно обмоткодержатели являются составной частью литых фланцев (нажимных плит), скрепляющих на валу шихтованный сердечник якоря, как показано на рис. 3.3, где шпонка на валу фиксирует одновременно шихтованный сердечник и оба фланца. Здесь кон-струкция фланца на стороне привода предполагает возможность крепления вентилятора. Однако, в большинстве случаев вентилятор имеет собственную втулку. Поэтому из кон-структивных вариантов фланцев а) и б), представленных на рис. 3.4, предпочтительнее вариант а) как более технологичный и пригодный на обеих сторонах сердечника якоря. В любом случае отверстия во фланцах должны совпадать с вентиляционными каналами в шихтованном сердечнике.

Рис. 3.3

Один из фланцев после напрессовки сердечника якоря упирается в буртик, а другой фиксируется упорным кольцом, которое может быть, например, пружинящим, как пока-зано на рис. 3.5.

На рис. 3.6 представлен ещё один вариант продольного разреза ротора без обмотки.

Рис. 3.4 Рис. 3.5

Рис. 3.6 Рис. 3.7

Сечения шпонок под якорь и коллектор обычно принимают такими же, как и на свобод-ном конце вала.

Вариант конструкции центробежного (радиального) вентилятора, собранного из штам-пованных деталей, представлен на рис. 3.7. Материал – тонколистовая сталь; способ сборки – точечная сварка. Кольцо обращено к задним лобовым частям обмотки якоря.

На роторе машины малой мощности, показанном на рис. 3.8, вентилятор не пред-усмотрен, поскольку по конструктивному исполнению она относится к машинам закрытого типа с естественным охлаждением. Помимо обмотанного якоря с коллектором на валу установлены дисковые обоймы для крепления балансировочных грузов (в большинстве случаев устанавливается одна – на стороне коллектора), внутренние крышки подшипников и подшипники (обычно – шариковые средней серии). Скос пазов на якоре характерен лишь для всыпных многовитковых обмоток. Бандажи на лобовых частях обмотки выполнены из стеклоленты. В остальном этот рисунок иллюстрирует все основные черты ротора машины постоянного тока.

Рис. 3.8

4. СТАТОР

На рис. 4.1. представлено ярмо статора в сборке с главными и коммутирующими полюсами. В машинах общепромышленного применения основным способом изготовления ярма цилиндрической формы является гибка стальной полосы в кольцо на вальцах гибочной машины с последующей сваркой. Ещё проще – нарезка стальных труб нормализованного диаметра. Внутренняя и торцевые поверхности ярма подвергаются токарной обработке под установку полюсов и подшипниковых щитов. К ярму приваривают сварные или литые опорные лапы. Литая или сварная коробка выводов крепится к ярму обычно сбоку или сверху сваркой или винтами. Иногда коробка устанавливается на нижней части переднего подшипникового щита. На рис. 4.2 крышка с коробки выводов снята.

Рис. 4.1 Рис. 4.2

Сердечники главных и коммутирующих полюсов набирают из листов электротехни-ческой стали и скрепляют шпильками с развальцовкой на торцах. Для такого скрепления бывает достаточно и склеивания. Толщина листа обычно составляет 2 мм. Поверхности сердечников изолируют от катушек обмотки твердеющей мастикой с бумажным или с тка-невым покрытием. Катушки на сердечниках полюсов изолируются от корпуса и друг от друга дистанционными шайбами. Характерные направления шихтовки и одна из таких шайб показаны на рис. 4.3. К ярму статора сердечники полюсов с установленными на них катушками крепятся болтами.

На рис. 4.4 в различных положениях изображён передний (на стороне коллектора) литой подшипниковый щит. Стрелками здесь отмечены отверстия под болты крепления пово-ротной щёточной траверсы.

Рис. 4.3

Рис. 4.4

Литая крышка одного из двух боковых люков, предназначенных для обслуживания щёточно-коллекторного узла, показана с наружной и внутренней сторон на рис. 4.5.

Рис. 4.5

Задний подшипниковый щит представлен на рис. 4.6. Защитные сетки на вентиля-ционных окнах, расположенных на нижней поверхности этого щита, сняты.

Рис. 4.6

На рис. 4.7 показана с обеих сторон литая наружная крышка переднего (на стороне кол-лектора) подшипника.

Рис. 4.7 Рис. 4.8

На рис. 4.8 показаны лицевые стороны наружной и внутренней крышек подшипника на стороне привода, а на рис. 4.9 – внутренние.

Рис. 4.9

Внутренняя сторона внутренней крышки подшипника на стороне коллектора имеет вид, показанный на рисунках 4.8 и 4.9 справа, и может отличаться лишь диаметром расточки под вал.

Наружная и внутренняя крышки каждого из подшипников стягиваются болтами через отверстия в подшипниковых щитах.

Приложение 7

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАЗДЕЛОВ КУРСА «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ» ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЩИТЕ ПРОЕКТА

1. Основные характеристики и области применения петлевых и волновых обмоток якорей машин постоянного тока.

2. Теоретические основы расчётов магнитных цепей.

3. Принципы образования и расчётные формулы ЭДС якоря и электромагнитного момента.

4. Основы расчёта реакции якоря и её влияние на характеристики двигателей и гене-раторов постоянного тока.

5. Назначение и принципы расчёта коммутирующих полюсов.

6. Рабочие характеристики и регулировочные возможности машины постоянного тока в двигательном и в генераторном режимах.

7. Теоретические основы получения максимального коэффициента полезного действия электрической машины.

8. Факторы, определяющие нагрев электрической машины.

9. Основы классификации изоляции обмоток.

10. Рациональные значения удельных электрических и магнитных нагрузок.

О Г Л А В Л Е Н И Е

Предисловие. …………………………………………………………………………………. 3

Литература. …………………………………………………………………………………... 4

Содержание и оформление проекта. ………………………………………………………... 6

Ориентировочный график выполнения проекта. ………………………………………….. 7

Принятые обозначения и размерности. …………………………………………………….. 8

1. Электромагнитный расчёт двигателя. ………………………………………………….. 17

1.1. Выбор главных размеров и электромагнитных нагрузок. …………………………... 17

1.2. Выбор типа обмотки и расчёт зубцового слоя якоря. ……………………………….. 20

1.3. Выбор размеров коллектора и щёток. ………………………………………………... 27

1.4. Расчёт главной магнитной цепи. ……………………………………………………… 30

1.5. Расчёт магнитной цепи коммутирующих полюсов. ………………………………… 45

2. Тепловой расчёт двигателя. ……………………………………………………………... 47

2.1. Расчёт потерь и коэффициента полезного действия в номинальном режиме. …….. 48

2.2 Выбор конструкции и приближённый расчёт вентилятора. ………………………… 52

2.3. Расчёт нагрева якоря и коллектора. …………………………………………………... 55

2.4. Расчёт нагрева обмоток возбуждения главных полюсов. …………………………... 57

2.5. Расчёт нагрева обмоток коммутирующих полюсов. ………………………………… 57

2.5.1. Нагрев однослойных катушек. ……………………………………………………… 57

2.5.2. Нагрев многослойных катушек. …………………………………………………….. 58

3. Расчёт и построение рабочих характеристик. …………………………………………. 59

4. Расчёт параметров, определяющих характер переходных процессов. ………………. 62

Заключение. ….……………………………………………………………………………… 63

Приложения. ……………………………………………………………………………….. 64

Дата добавления: 2014-12-27