1 Расчетная мощность. Номинальная мощность аккумуляторной батареи

Электромагнитный КПД, учитывающий влияние магнитных и механических потерь в электродвигателе для Р₂ = 1,9 кВт _ЭМ = 0,91 (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость электромагнитного КПД стартерных электродвигателей от номинальной мощности

Расчетная электромагнитная мощность

(1.1)

Кратность рабочей силы тока силе тока короткого замыкания в режиме номинальной мощности для двигателя с последовательным возбуждением k = 0,62 (рисунок 2).

Рисунок 2 - Скоростные и моментные характеристики электродвигателей постоянного тока в относительных координатах:

1 - параллельное возбуждение;

2 - последовательное возбуждение;

3 - смешанное возбуждение

Падение напряжения на щетках принимаем постоянным и равным U_Щ = 1 В ([2], с. 39).

Расчетная ЭДС в обмотке якоря

(1.2)

Сила тока в расчетном режиме работы

(1.3)

Суммарное сопротивление цепи якоря

(1.4)

Максимальная электромагнитная мощность

(1.5)

В режиме максимальной электромагнитной мощности (k = 0,5):

; (1.6)

; (1.7)

(1.8)

Номинальная емкость аккумуляторной батареи характеризуется величиной ее относительной энергии L_ОТН = (U_HC₂₀)/P_max [2, с. 68], зависимость которой от максимальной расчетной мощности оптимальных по массе электропусковых систем приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Зависимость относительной энергии аккумуляторных батарей от максимальной расчетной электромагнитной мощности (пунктирные кривые при U=12 В)

Из рисунка 3 для P_max = 2,565 кВт, и t = +25C L_ОТН = 0,4 Втч/Вт.

Номинальная емкость аккумуляторной батареи

(1.9)

По полученному значению номинальной емкости выбираем аккумуляторную батарею 6СТ-90, С₂₀ = 85,5 Ач [3, с. 67].

Сопротивление аккумуляторной батареи принимаем равным

(1.10)

где а_Б = 0,05 при С₂₀  100 Ач.

2 Главные размеры электродвигателя Соотношение мощности и частоты вращения

(2.1)

Диаметр якоря стартерных электродвигателей для оптимальных по массе электропусковых систем выбирается в зависимости от Q.

Рисунок 4 - Зависимости диаметра якоря стартерных электродвигателей от Q при различных температурах

Из рисунка 4 для Q = 1,444 Вт/мин^-1 и t = +25C находим D_Я = 0,077 м.

Диаметр корпуса

(2.2)

Начальные значения линейной нагрузки якоря А, индукции в воздушном зазоре B_ и коэффициента полюсного перекрытия _ находим соответственно из рисунка 5 для D_j = 0,112 м.

Рисунок 5 - Зависимость электромагнитных нагрузок стартерных электродвигателей от диаметра корпуса

Линейная нагрузка якоря (рисунок 5, а) A = 55000 А/м.

Расчетная индукция в воздушном зазоре (рисунок 5, б) B_ = 0,87 Тл.

Коэффициент полюсного перекрытия (рисунок 5, в) _ = 0,65.

Машинная постоянная

. (2.3)

Длина пакета якоря

(2.4)

Полюсное деление

(2.5)

где p - число пар полюсов, для стартерных электродвигателей 2p=4.

Основной магнитный поток на два полюса

(2.6)

3 Обмотка якоря

Пакет якоря для уменьшения потерь на вихревые токи собирается из штампованных пластин листовой электротехнической стали толщиной примерно (1,...,1,2) мм. Для запрессовки пакета на валу якоря имеется продольная накатка [2, с. 50].

В стартерных электродвигателях широкое распространение получили волновые обмотки, которые имеют определенные преимущества перед петлевыми обмотками. В волновой обмотке проводники каждой параллельной ветви равномерно распределены под всеми полюсами, поэтому не требуются специальные уравнительные соединения (как в петлевой обмотке) для выравнивания ЭДС в параллельных ветвях, неравенство которых возникает из-за несимметрии магнитной системы машины.

Основным отличием волновой обмотки является то, что число параллельных ветвей не зависит от числа пар полюсов машины и всегда равно двум (2а_Я = 2).

Число активных проводников обмотки якоря

(3.1)

где а_Я = 1 - число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Число коллекторных пластин K равно числу секций обмотки якоря, а число секций волновой обмотки в стартерных электродвигателях равно числу пазов. Простая волновая обмотка может быть выполнена лишь при определенных соотношениях между числом секций и числом пар полюсов, т. е. результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору

(3.2)

Так как результирующий шаг должен быть выражен целым числом, то простая волновая обмотка может быть выполнена только при нечетном числе пазов и коллекторных пластин, иначе возникают мертвые секции.

Число пазов Z_ПЗ в четырехполюсных стартерных электродвигателях должно быть нечетным (в пределах 19 … 31) [1, с. 75]. Принимаем Z_ПЗ = 23. Число витков в секции обмотки якоря

(3.3)

Соотношение длины пакета якоря и его диаметра

находится в рекомендованных [1, с. 75] пределах (0,75 … 1,25).

По формуле (3.2)

откуда первый частичный шаг, определяющий ширину секции по пазам y₁ = 12, второй частичный шаг, определяющий расстояние между концом одной и началом следующей секции y₂ = y - y₁ = 12 - 6 = 6.

Падение напряжения в стартерной сети не должно превышать 2 В на 1000 А, т.е. сопротивление стартерных проводов и массы должно быть меньше 0,002 Ом [2, с. 39]. Принимаем R_ПР = 0,002 Ом.

Суммарное сопротивление обмотки якоря и последовательной обмотки возбуждения

R_СТ = R_Я - R_Б - R_ПР = 0,012 - 0,007 - 0,002 = 0,003 Ом. (3.4)

Сопротивление обмотки якоря принимаем

R_Я = 0,6R_СТ = 0,590,003 = 0,00177 Ом. (3.5)

Средняя длина проводника

L_Я = l_Я + 1,2_ПОЛ = 0,059 + 1,20,06 = 0,131. (3.6)

Сечение проводников обмотки якоря

(3.7)

где k_t - коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмотки якоря при изменении температуры. При первоначальном расчете температурный коэффициент можно принять равным единице;

 = 17,8510^-9 Омм - удельное сопротивление меди при t = 20C.

По расчетной площади сечения для одновитковых секций выбираем прямоугольный провод с учетом отношения его толщины к ширине

Расчетная ширина провода

(3.8)

По расчетной площади сечения для одновитковых секций выбираем прямоугольный провод с учетом отношения его толщины к ширине

Выбираем прямоугольный провод толщиной a = 3,0510^-3 м, шириной b = 5,510^-3 м и площадью сечения S_Я = 15,110^-6 м² [4, с. 563].

Отношение

находится в допустимых [1, с. 76] пределах (0.33 … 0,73).