Коллектор, щеткодержатели и щетки - Расчет электродвигателей малой мощности

В конструктивном, производственном и эксплуатационном отношениях коллектор представляет собой наиболее ответственную часть машины. Коллекторные пластины в электродвигателях малой мощности изготовляются из твердотянутой меди и изолируется друг от друга и от вала миканитом или пластмассой.

коллекторы

Рис. 2.5.1 Коллекторы: а) развальцованный; б) с втулкой из пластмассы

В целях устранения механических причин искрения коллектор должен иметь строго цилиндрическую и гладкую поверхность; конструкции щеткодержателя должны обеспечивать правильное положение и работу щеток на коллекторе.

Конструкции коллекторов электродвигателей постоянного тока малой мощности представлены на рис. 2.5.1.

Толщина тела коллектора обычно составляет

м. (2.5.1)

В рассматриваемых малых электродвигателях применяются щеткодержатели трубчатого и коробчатого типа. В них щетка расположена перпендикулярна к коллектору и давление пружины на нее действует непосредственно в радиальном направлении. В трубчатых это давление осуществляется с помощью винтовой пружины, а в коробчатых -- спиральной.

В высокоскоростных машинах малой мощности при скоростях вращения порядка 10000 об/мин и выше заметно усиливаются механические вибрации щеток на коллекторе под влиянием его биения из-за наличия некоторого эксцентриситета, нецилиндричности поверхности и других механических факторов.

Вследствие этого происходит усиление искрения под щетками. Как показывает опыт, для уменьшения вибраций щеток в этом случае целесообразно применить так называемые реактивные щеткодержатели, в которых щетки располагаются под некоторым углом к поверхности коллектора в направлении вращении последнего.

Втулки трубчатых и обоймы коробчатых щеткодержателей выполняются прямоугольной формы. Длина щетки по втулке или обойме берется в приделах 1,5 -- 2 ширины щетки по оси коллектора. Щетка выступает из втулки или обоймы на 1 -- 2 мм.

Предварительный диаметр коллектора. Диаметр коллектора предварительно выбирается из соотношения

м. (2.5.2)

Коллекторное деление

, (2.5.3)

В машинах малой мощности обычно ширина коллекторных пластин м.

Толщина миканитовой или пластмассовой изоляции между коллекторными пластинами в зависимости от напряжения составляет:

м при напряжении до 30 В;

м при напряжении 110 В и выше.

После выбора и окончательное коллекторное деление

м. (2.5.4)

Окончательный диаметр коллектора

м. (2.5.5)

Окружная скорость коллектора

м/с (2.5.6)

Окружная скорость коллектора составляет 0,5 -- 0,9 от величины окружной скорости якоря.

В низковольтных электродвигателях постоянного тока малой мощности применяются медно-графитные щетки марок М-1, М-6 и МГ. В высоковольтных электродвигателях (110 -- 220 В) находят применение, кроме указанных, также и электрографитированные щетки марок ЭГ-8 и ЭГ-14.

Физические свойства и плотности тока указанных сортов щеток, а также их номинальные размеры представлены соответственно в табл. 2.5.1 и 2.5.2.

Предварительный выбор плотности тока под щетками по принятому сорту их производится по таблице 2.5.1.

Физические свойства и плотности тока щеток Таблица 2.5.1

Группа щеток

Марка щеток

Допустимая плотность тока, А/м2

Переходное падение напряжения на пару щеток при номинальном токе и окружной скорости 15м/с Uщ, В

Максимальная окружная скорость, м/с

Коэффициент трения при =15 м/с

Удельное нажатие pщ, Н/м2

Угольно-графитные

Графитные

Электрографитированные

Меднографитные

Бронзографитные

Т-6

УГ-2

Г-1

Г-3

Г-8

ЭГ-2

ЭГ-14

М-1

М-3

М-6

МГ

МГ-4

БГ
    6*104 8*104 7*104 10*104 11*104 10*104 10*104 15*104 12*104 15*104 20*104 15*104 20*104
    20,5 20,4 2,20,5 1,90,4 1,90,4 2,70,6 2,50,5 1,50,5 1,80,4 1,50,5 0,20,1 1,10,5 0,30,1
    10 15 12 25 25 25 40 25 20 25 20 20 20
    0,30 0,25 0,30 0,25 0,25 0,20 0,25 0,25 0,25 0,20 0,20 0,20 0,25
    (1,96-2,35) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-2,94) *104 (1,96-2,35) *104 (1,96-3,92) *104 (1,47-1,96) *104 (1,47-1,96) *104 (1,47-1,96) *104 (1,76-2,26) *104 (1,96-2,35) *104 (1,68-2,16) *104

Площадь сечения щетки

м2, (2.5.7)

Ширина щетки по дуге окружности коллектора

м, (2.5.8)

Длина щетки по оси коллектора

м. (2.5.9)

Высота щетки

м. (2.5.10)

Размеры щеток окончательно уточняются по табл. 2.5.2.

Окончательная плотность тока под щетками

А/м2 (2.5.11)

Активная длина коллектора по оси вала

м. (2.5.12)

Полная длина коллектора по оси вала

м. (2.5.13)

Так как в рассматриваемых машинах постоянного тока малой мощности добавочные полюса в коммутационной зоне отсутствуют и щетки на коллекторе обычно располагаются соответственно положению геометрической нейтрали, то процесс коммутации тока в короткозамкнутых секциях якоря получается замедленным из-за наличия в них реактивной э. д.с. еr и э. д.с. реакции якоря еa. Обе эти э. д.с. суммируются и вызывают в цепи короткозамкнутой секции добавочный ток, способствующий увеличению плотности тока на сбегающем крае щетке.

Номинальные размеры щеток Таблица 2.5.2

Обозначение типов щеток

Ширина по окружности коллектора bщ, м

Длина по оси коллектора ащ, м

Высота hщ, м

ФО (щетка прямоугольная для радиальных щеткодержателей)

1,0*10-3

1,6*10-3

6,3*10-3

1,6*10-3

2,0*10-3
    5,0*10-3 6,3*10-3 8,0*10-3

2,0*10-3

2,5*10-3
    6,3*10-3 10,0*10-3 6,3*10-3 10,0*10-3
    3,2*10-3 4,0*10-3
    6,3*10-3 10,0*10-3

2,5*10-3

3,2*10-3
    4,0*10-3 5,0*10-3 6,3*10-3
    8,0*10-3 10,0*10-3 12,5*10-3

3,2*10-3

4,0*10-3
    8,0*10-3 10,0*10-3 12,5*10-3

5,0*10-3
    10,0*10-3 12,5*10-3 16,0*10-3

6,3*10-3
    10,0*10-3 12,5*10-3 16,0*10-3

Ф8-А1 (щетка прямоугольная для радиальных щеткодержателей со спиральной пружиной)

4,0*10-3
    5,0*10-3 6,3*10-3 8,0*10-3
    8,0*10-3 12,5*10-3 16,0*10-3

5,0*10-3
    6,3*10-3 10,0*10-3

12,5*10-3
    12,5*10-3 16,0*10-3 20,0*10-3

6,3*10-3
    8,0*10-3 10,0*10-3
    20,0*10-3 25,0*10-3

8,0*10-3
    10,0*10-3 12,5*10-3
    25,0*10-3 25,0*10-3

В момент размыкания цепи секции при наличии в ней указанных э. д.с. и тока между этим краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной возникают небольшие электрические дуги в виде мелких искр. Интенсивность этих искр зависит от величины результирующей э. д.с. в короткозамкнутой секции. Для получения допустимого искрения под щетками величина этой э. д.с. в секции не должна превышать определенного значения. Однако коммутация тока в секции может также ухудшаться вследствие влияние поля полюсов, если ширина коммутационной зоны будет близка к расстоянию между краями наконечников двух соседних полюсов.

Ширина коммутационной зоны

м, (2.5.14)

Где - число секционных сторон в одном слое паза;

При

(2.5.15)

(2.5.16)

Для благоприятной коммутации необходимо соблюдать соотношение

(2.5.17)

Однако в некоторых случаях из-за ограниченных габаритов машины не всегда удается выполнить указанное условие. Тогда приходится допускать несколько ухудшенные условия коммутации машины при эксплуатации.

Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния секции обмотки якоря при трапецеидальных пазах приближенно определяется по следующей формуле:

Гн/м, (2.5.18)

Где длина лобовой части проводника якорной обмотки

при ; (2.5.19)

при ; (2.5.20)

В случае круглых пазов необходимо положить

(2.5.21)

Среднее значение реактивной э. д.с. в короткозамкнутой секции якоря будет

В. (2.5.22)

Как указывалось, в короткозамкнутой секции якоря, помимо реактивной э. д.с., индуктируется еще э. д.с. реакции якоря. Эту э. д.с. можно определить по следующей формуле:

В. (2.5.23)

Средняя длина силовой линии поперечного потока реакции якоря в междуполюсном пространстве машины

м. (2.5.24)

Среднее значение результирующей э. д.с. в короткозамкнутой секции якоря будет

В. (2.5.25)

Для благоприятной коммутации машин малой мощности необходимо, чтобы значение результирующей э. д.с. в коммутируемой секции якоря составляло:

В - в низковольтных машинах (30 В и ниже),

В - в высоковольтных машинах (110 В и выше).

Похожие статьи




Коллектор, щеткодержатели и щетки - Расчет электродвигателей малой мощности

Предыдущая | Следующая