Конструкция щеточного аппарата

Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный аппарат, который состоит из щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев, щеточной траверсы и токособирающих шин.

Одна из типичных конструкций щеткодержателя показана на рисунке 5. Щеткодержатели укрепляются на щеточных пальцах. На каждом щеточном пальце обычно помещают несколько или целый ряд щеткодержателей со щетками, которые работают параллельно. Щеточные пальцы, число которых обычно равно числу главных полюсов, крепятся к щеточной траверсе (рисунок 7)

Рисунок 6. Щеткодержатель со щеткой 1 – обойма щеткодержателя; 2 – щетка; 3 – нажимная пружина; 4 – токоведущий кабель; 5 – колодки для крепления к пальцу

Рисунок 7. Крепление щеточного пальца к траверсе 1 – палец; 2 – траверса; 3 – изоляция; 4 – токособирательная шина

и электрически изолируются от нее. Траверса крепится к неподвижной части машины: в машинах малой и средней мощности – к втулке подшипникового щита, а в крупных машинах – к станине. Обычно предусматривается возможность поворота траверсы для установки щеток в правильное положение. Полярности щеточных пальцев чередуются, и все пальцы одной полярности соединяются между собой сборными шинами. Шины с помощью отводов соединяются с выводными зажимами или с другими обмотками машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

 

В машинах постоянного тока при работе происходит потеря энергии, которая складывается из следующих потерь:

1. Потери в стали Рст на гистерезис и вихревые токи, возникающие в сердечнике якоря. При вращении якоря машины сталь его сердечника непрерывно перемагничивается. На перемагничивание стали затрачивается мощность, называемая потерями на гистерезис. Одновременно, при вращении якоря в магнитном поле в сердеч­нике его индуктируются вихревые токи. Потери на гистерезис и вихревые токи, называемые потерями в стали, обращаются в тепло и нагревают сердечник якоря.

Потери в стали зависят от магнитной индукции и частоты перемагничивания сердечника якоря.

Магнитная индукция зависит от э. д. с. машины или, иначе, от напряжения, а частота перемагничивания — от скорости вращения якоря. Поэтому при работе машины постоянного тока в режиме ге­нератора или двигателя потери в стали будут постоянными, не за­висящими от нагрузки, если напряжение на зажимах якоря и ско­рость его вращения постоянны.

2. Потери энергии на нагревание проводов обмоток возбужде­ния и якоря протекающими по ним токами, называемые потерями в меди, — Роб.

Потери в обмотке якоря и в щеточных контактах зависят от тока в якоре, т. е. являются переменными — меняются при изменениях нагрузки.

3. Механические потери Рмех, представляющие собой потери энергии на трение в подшипниках, трение вращающихся частей о воздух и щеток о коллектор. Эти потери зависят от скорости вра­щения якоря машины. Поэтому механические потери также являются постоянными, не зависящими от нагрузки.

К. п. д. машины в процентах

где Р2 — полезная мощность,

Р1- потребляемая машиной мощность.

При работе машины генератором полезная мощность ее равна:

где U — напряжение на зажимах генератора,

I— ток в нагрузке, потребляемая мощность

и к. п. д.

При работе машины двигателем потребляемая мощность

где U — напряжение питающей сети,

I— ток в, потребляемый двигателем из сети;

полезная мощность

и к. п. д.

 

Вопросы к экзамену трансформаторы.

1. Выбор главных размеров трансформаторов. Расчёт чисел витков обмоток.

 

Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. Рассмотрим двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток. Магнитная система такого трехфазного трансформатора с обмотками схематически изображена на рис. 3.5.

Диаметр d окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из его основных размеров. Вторым основным размером трансформатора является осевой размер l (высота) его обмоток. Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковую высоту. Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка двух обмоток, или диаметр осевого канала между обмотками d₁₂, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a₁ и а₂ и осевого канала между ними a₁₂.

Если эти три размера выбраны или известны, то остальные размеры, определяющие форму и объем магнитной системы и обмоток, например высота стержня l_с, расстояние

Рис. 3.5. Основные размеры трансформатора

между осями соседних стержней С т.д., могут быть найдены, если известны допустимые изоляционные расстояния от обмоток ВН до заземленных частей и до других обмоток (а₁₂, а₂₂, l_о)*.

Два основных размера, относящихся к обмоткам d₁₂ и 1_с, могут быть связаны отношением средней длины окружности канала между обмотками π d₁₂ к высоте обмотки l:

β = π d₁₂/l (3.13)

Приближенно произведение π d₁₂ можно приравнять к средней длине витка двух обмоток π d12≈ lв или lв/ l =β.

Величина β определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки. Значение β может варьироваться в широких пределах и практически изменяется в масляных и сухих трансформаторах существующих серий в пределах от 1 до 3, 5. При этом меньшим значениям β соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, большим— широкие и низкие. Это наглядно показано на рис. 3.6, на котором представлены два трансформатора одинаковой мощности, одного класса напряжения, рассчитанных при одинаковых исходных данных (В_с, k_с), с одинаковыми параметрами короткого замыкания (Р_к и и_к) для значений β = 1, 2 и 3, 5.

Рис. 3.6. Соотношение размеров двух трансформаторов с разными значениями β

Различным значениям β соответствуют и разные соотношения между массами активных материалов - стали магнитной системы и металла обмоток. Меньшим значениям β соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением β масса стали увеличивается, масса металла обмоток уменьшается. Таким образом, выбор β существенно влияет не только на соотношение размеров трансформатора, но и на соотношение масс активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора.

Вместе с этим изменение β сказывается и на технических параметрах трансформатора: потерях и токе холостого хода, механической прочности и нагревостойкости обмоток, габаритных размерах.

Для вывода формулы, связывающей диаметр стержня трансформатора с его мощностью, воспользуемся следующими соотношениями, известными из теории трансформаторов.

Мощность трансформатора на один стержень, кВ·А,

S' = UI·10^-3 (3.14)

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

u_р= 10^-4

* Основными размерами можно считать также d, lс, С.

или

u_р= 10^-4 (3.15)

где β = π d₁₂/l; аP= а₁₂+(а₁+а₂)/3; k_р - коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского); линейные размеры выражены в метрах. Одновременно заметим, что напряжение витка трансформатора, В, может быть записано в виде

и_в = 4, 44 fB_сП_с, (3.16)

где В_с—максимальная индукция в стержне, Тл; П_с = kсπ d₂/4 - активное сечение стержня, м²; k_с - коэффициент заполнения площади круга сталью согласно § 2.3.

Заменив в (3.14) напряжение обмотки U произведением и_вω и подставив значение тока обмотки I, определенное из (3.15), и значение ив по (3.16), получим

S' = = .

Проведя сокращения и решив это уравнение относительно d, имеем окончательно

d=0, 507 , (3.17)

где

0, 507 = .

Формула (3.17) позволяет определить главный размер трансформатора - диаметр стержня его магнитной системы.

Величины, входящие в подкоренное выражение формулы (3.17), впервые предложенной Г. Н. Петровым, можно подразделить на три категории: 1) величины, заданные при расчете, - мощность обмоток на одном стержне трансформатора S', кВ·А, частота сети f, Гц, и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания и_р, %; 2) величины, выбираемые при расчете, — отношение длины окружности канала между обмотками (средней длины витка двух обмоток) к высоте обмотки β, максимальная индукция в стержне В_с, Тл, и коэффициент заполнения активной сталью площади круга, описанного около сечения стержня k_с; 3) величины, определяемые в ходе последующего расчета, - приведенная ширина канала рассеяния а_р, м, и коэффициент приведения идеализированного поля рассеяния к реальному k_p (коэффициент Роговского).

Таким образом, определение диаметра стержня по (3.17) связано с выбором некоторых исходных данных (β, В_с, k_c) и предварительным определением данных обмоток

трансформатора, получаемых обычно после завершения расчета обмоток а_р и k_p. Выбор исходных данных (β, В_с, k_c) может быть сделан на основании исследования ряда вариантов (см. § 3.5—3.7) или путем использования заранее разработанных рекомендаций (см. § 3.7). Для определения а_р и k_p должны применяться приближенные методы.

 

РАСЧЕТ ОБМОТОК НН( Расчет чисел витков)

Расчет обмоток трансформатора, как правило, начинают с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. В трехобмоточном трансформаторе расчет обмоток начинают с внутренней обмотки НН или СН, а затем постепенно переходят к СН или НН и ВН.

Число витков на одну фазу обмотки НН

ω ₁ = U_ф1/(4, 44fB_сП_с). (6.1)

Полученное значение ω ₁ округляется до ближайшего целого числа и может быть как четным, так и нечетным.

Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток стержней найденное по (6.1) значение ω ₁ является также числом витков на один стержень. Для однофазного трансформатора с последовательным соединением обмоток стержней число витков на один стержень, как правило, равно половине найденного значения ω ₁. После округления числа витков следует найти напряжение одного витка, В,

и_в = U_ф1/ω ₁ (6.2)

и действительную индукцию в стержне, Тл,

В_с= и_в/(4, 44fП_с). (6.3)

Рис. 6.1. Двухслойная цилиндрическая обмотка из провода прямоугольного сечения

Дальнейший расчет для каждого типа обмоток НН производится своим особым путем.

1. Расчет двухслойных и однослойных цилиндрических обмоток из прямоугольного провода. Число слоев обмотки (рис.6.1) выбирается обычно равным двум. Для трансформаторов мощностью на один стержень до 6—10 кВ·А обмотка может быть намотана в один слой и в редких случаях для более мощных трансформаторов — в три слоя.

Число витков в одном слое: для однослойной обмотки

ω _сл1 = ω ₁; (6.4)

для двухслойной обмотки

ω _сл1 = ω ₁/2. (6.4а)

Ориентировочный осевой размер витка, м,

h_в1=l₁/( ω _сл1+1) (6.5)

Ориентировочное сечение витка, мм²,

П'₁ = I₁/(J_ср·10^-6) (6.6)

РАСЧЕТ ОБМОТОК ВН

Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле

ω _н2 = ω ₁ . (6.27)

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду

ω _р = Δ U/(u_в ). (6.28)

где Δ U — напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В; u_в — напряжение одного витка обмотки, В.

Обычно ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях:

При двух ступенях:

· верхняя ступень напряжения ω 2 = ω н2 + ω р; (6.29)

· при номинальном напряжении: ω н2;

· нижняя ступень напряжения ω н2 - ω р; (6.30)

На четырех ступенях:

верхние ступени напряжения ω 2 = ω н2 + 2ω р, ω н2 + ω р; (6.31)

· при номинальном напряжении: ω н2

нижние ступени напряжения ω н2 - ω р, ω н2 - 2ω р. (6.32)

Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток двух стержней найденное число витков ω _н2 + ω _р или ω _н2 + 2ω _р является числом витков на один стержень. В однофазном трансформаторе с последовательным соединением обмоток двух стержней на одном стержне располагается половина этого числа витков.

Осевой размер обмотки ВН l₂ принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l₁.

Плотность тока, А/м², в обмотке ВН предварительно определяется по формуле

J₂ ≈ 2 J_ср – J₁ (6.33)

В тех случаях, когда потери короткого замыкания Р_к не заданы, для выбора плотности тока можно руководствоваться табл. 5.7.

Сечение витка обмотки ВН, мм², предварительно определяется по формуле

П₂' = I₂/( J₂ - 10^-6). (6.34)

После того как обмотка ВН рассчитана и размещена на стержне, для предварительной оценки ее нагрева определяется плотность теплового потока на ее охлаждаемой поверхности, Вт/м², по формуле

q₂ = k_д2 (6.35)

или по (7.19) — (7.19в). Полученное q не должно быть более допустимого по § 5.7.

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода (рис. 6.10)

Ориентировочное сечение витка n_в2' определяется по (6.34). По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.1) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции d₂ и провода в изоляции d₂', мм. Подобранные размеры провода записываются так:

Марка провода × n_в2× , мм,

где n_в2 — число параллельных проводов.

Полное сечение витка, м²,

П₂ = n_в2 П''₂ ·10^-6, (6.36)

где П''₂ — сечение одного провода, мм².

Полученная плотность тока, А/м²,

J₂ = I₂/П₂. (6.37)

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. АРХИТЕКТОНИКА ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
2. Бурение нефтяных и газовых скважин. Система контроля технологических параметров бурения. Конструкция скважин.
3. Виды кладок. Конструкция наружных стен
4. Виды сварных соединений и швов в конструкциях резервуаров
5. ГЕНЕРАТИВИСТСКИЙ ПОДХОД К ОТНОСИТЕЛЬНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ
6. Глава 1.6. Техобслуживание, ремонт, модернизация и реконструкция
7. Глава 3.2. Реконструкция фонетики и фонологии
8. Глава 3.3. Реконструкция просодии
9. Глава 3.4. Реконструкция морфологии и синтаксиса
10. Глава 3.5. Лексическая реконструкция
11. Глава 4.1. Реконструкция протокультуры и определение прародины
12. Глава 8. Развитие государственного аппарата Российской империи