книги / Проектирование электрических машин

Опыт показывает, что для вен­ тиляционной системы электрических машин можно принять с достаточ­ ной для практики точностью следу­ ющую зависимость между давлени­ ем вентилятора Н, Па, и количест­ вом воздуха, V, м3/с,

вентилятором для покрытия аэро­ динамических потерь в остальных участках воздухопровода, на осно­ вании теории гидродинамики также пропорционально квадрату скорости V1. на соответствующем участке:

Ht = I p l

Давление Н равно сумме по­ терь давления на всех участках воздухопровода, следующих один за другим по движению потока воз­ духа, плюс скоростное или динами­ ческое давление движущегося воз­ духа, обладающего при выходе в атмосферу запасом кинетической энергии.

Динамическое давление Hd, Па, согласно теории гидродинамики равно:

—коэффициент динамичес­ кого давления.

Коэффициент динамического давления

ld = у/2«1,2/2 = 0,6 Па-с2/м2. (5-95)

Давление Я, Па» создаваемое

(5-98)

так как количество воздуха во всех последовательно включенных уча­ стках воздухопровода остается не­ изменным:

У = к, = 17,S, = 0MXS M I. (5-99)

Здесь Zi — аэродинамическое со­ противление рассматриваемого уча­

Из (5-100) следует, что аэроди­ намическое сопротивление является функцией геометрической формы участков воздухопровода. Значение

имеет поворот с острыми кромками (угол а, рис. 5-12). Значение коэф­ фициента аэродинамического со­ противления 1а зависит от угла по­ ворота а канала. Потеря давления, Па, при повороте составит:

При узких и относительно длин­ ных каналах воздухопровода прихо­

П а-с2/м2, можно рассчитать по фор­ муле

с достаточной для целей практики точностью можно принять

%= 0,08.

В этом случае расчетная фор­ мула для коэффициента | тр, Па*с2/м2, принимает следующий вид:

Если канал имеет прямоуголь­ ное сечение, то вместо d следует ввести эквивалентный диаметр

можно считать диаметр круга, при­ близительно равного по площади рассматриваемому сечению.

Потери давления, Па, от трения движущегося воздуха в данном ка­

нале составят:

где v — скорость воздуха в канале, м/с.

Для вентиляционного расчета следует иметь чертежи продольно­ го и поперечного разрезов электри­ ческой машины. По этим чертежам выясняют пути воздушных потоков.

Рис. 5-13. Схема замещения сложного воз­ духовода.

Для этого накладывают на чертеж продольного разреза машины лист прозрачной бумаги (кальки) и на­ брасывают мягким карандашом ли­ нии воздушных струй с возможны­ ми их поворотами, плавным н рез­ ким сужением, разделением на параллельные струи и т. д. По окон­ чательно установленной картине этих струй и данным поперечных сечений каналов производят расчет аэродинамических сопротивлений отдельных участков воздухопрово­ да. При вентиляционном расчете приводят описание характеристики воздухопровода, поперечное сечение, участка 5„ коэффициент аэроди­ намического сопротивления участка Ь, аэродинамическое сопротивление участка Zi.

Суммируя значения Zt в отдель­ ных параллельных воздухопрово­ дах, составляют схему замещения (рис. 5-13). Затем на основании та­ кой схемы находят результирующее аэродинамическое сопротивление Z всей вентиляционной системы ма­ шины.

5-9. ВЕНТИЛЯТОРЫ

Встроенный вентилятор, укреп­ ленный на валу электрической ма­ шины, должен создавать давление, достаточное для того, чтобы про­ гнать через машину необходимое количество воздуха.

Различают три типа вентилято­ ров, встраиваемых в электрическую машину: центробежный (рис. 5-14),

осевой или пропеллерный (рис. 5-15) и комбинированный, объединяющий особенности центробежного и осе­ вого.

В электрических машинах чаще всего применяются центробежные вентиляторы, так как они создают

Рис. 5-14. Центробежный вентилятор.

Рис. 5-15. Осевой вентилятор.

давление, более всего соответствую­ щее характеристикам вентиляцион­ ных систем электрических машин, и пригодны для реверсивных машин.

Принцип действия центробежного вентилятора заключается в том, что при вращении колеса с лопатками воздух, находящийся между лопат­ ками, под действием центробежной

силы выбрасывается наружу. При этом внутри вентиляторного*колеса у входных отверстий образуется разрежение воздуха, а у выхода на внешнем диаметре вентиляторного колеса — повышение давления.

Основной недостаток центробеж­ ных вентиляторов заключается в их сравнительно низком КПД. В то время как КПД центробежного вен­ тилятора с радиальными лопатками составляет 0,2, КПД осевого венти­ лятора достигает 0,8. Осевой венти­ лятор применяется в высокоскоро­ стных машинах, например турбоге­ нераторах. Комбинированный вен­ тилятор из-за относительной слож­ ности изготовления применяется сравнительно редко.

Рассмотрим подробнее центро­ бежные вентиляторы. В зависимо­ сти от частоты вращения и необхо­ димости реверса центробежные вен­ тиляторы могут иметь три основные формы лопаток. Для реверсивных машин лопатки устанавливаются радиально (рис. 5-16,а). Для тихо­ ходных нереверсивных машин на­ ружные концы лопаток отгибаются по вращению колеса вентилятора (рис. 5-16,6). Для быстроходных нереверсируемых машин наружные концы лопаток отгибаются против вращения колеса (рис. 5-16,в).

Независимо от типа лопаток вен­ тиляторное колесо может работать при вращении в любую сторону. Однако вентиляторы с наклонными лопатками, выполненные для одного направления вращения, работают при обратном направлении менее производительно и с худшим КПД. Характеристики вентилятора, т. е. зависимости статического давления

щения вентилятора, пр и Р |= р2= 25°

^ « О .З б Ы а Я а ; (5-116)

для лопаток, наклоненных впе­ ред, при Pi = 2 5 ° и 02=155°

ским, учитывает затрату механиче­ ской работы, расходуемой на враще­ ние вентилятора. Он имеет следую­ щие наибольшие значения для вен­ тиляторов, применяемых в электро­ машиностроении:

при лопатках, наклоненных на­ зад, т|э= 0,25—0,30; при лопатках, наклоненных вперед, т]э= 0,3~ 0,4;

воздуха не могут иметь безударного входа, что приводит к снижению КПД вентилятора.

5-10. РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

В нормальных электрических ма­ шинах применяются главным обра­ зом вентиляторы с радиальными лопатками, поскольку они проще в изготовлении. Ниже приводится по­ рядок расчета такого вентилятора.

Внешний диаметр вентиляторно­ го колеса выбирается в соответствии с типом вентиляции и конструкции машины. При аксиальной вентиля­ ции D2 выбирают обычно макси­ мально возможным. Современные электрические машины, являясь вы­

вентиляции, что легче обеспечивает­ ся при большом значении D2.

По выбранному внешнему диа­

где К — заданный номинальный рас­ ход воздуха, м3/с.

Из (5-118) определяется сечение

Из (5-119) находят ширину ло­ паток вентилятора, м,

Внутренний диаметр колеса Dx определяют из условия, что вентиля­ тор работает при максимальном КПД, т. е. при К= 0 ,5 VmaX и Н = = 0 ,7 5 Но, как это следует из урав­ нения характеристики вентилятора [см. (5-120) или рис. 5-17].

Давление, создаваемое вентиля­ тором, должно быть достаточным, чтобы обеспечить заданный расход в вентиляционной системе машины.

Используя (5-92), получаем Н0 Па:

Н__ ZV -

(5-127)

С другой стороны, на основании уравнений (5-115)

ZV2

(5-128)

0,75уПа

Отсюда окружная скорость на внутренней кромке вентиляционного колеса, м/с,

ношение диаметров составляет при­ мерно 1,2— 1,5.

Число лопаток вентиляторного колеса может быть ориентировочно определено по формуле

« „ - ( 6 + 1 0 ) - ^ - . (5-131)

иг — ui

Для уменьшения вентиляционно­ го шума рекомендуется выбирать число лопаток вентилятора так, что­ бы оно равнялось нечетному числу. При вытяжной вентиляции могут быть рекомендованы числа в зави­ симости от диаметра вентилятора следующих значений: 13 при 200 мм, 17 при 250 мм, 23 при 300 мм, 29 при 350 мм и 31 при 400 мм.

Размеры и число вентиляцион­ ных лопаток, отливаемых заодно с короткозамыкающим кольцом в асинхронных двигателях с литой алюминиевой обмоткой на роторе, выбирают из технологических сооб­ ражений.

В заключение расчета определя­ ют мощность, потребляемую венти­ лятором, Вт,

PB= HV!т)0. (5-132)

В системе координат Н—V сле­ дует построить характеристику 2 воздухопровода электрической ма­ шины по уравнению (5-92) и харак­ теристику 1 вентилятора. Пересече­ ние характеристик дает рабочую точку номинального режима венти­ лятора (рис. 5-19) .

Конструкция вентилятора долж­ на быть достаточно жесткой. Необ­ ходимо делать закругление входных и выходных кромок лопаток и округ­ лять острые края отверстий в щите для входа и выхода воздуха. В ме­ сте выброса воздуха из вентилятора иногда устраивают камеру расшире-

нуго ширину лопатки, равную сумме вентилирующих крылышек или ло­ паток.

Для оценки вентиляции машины пользуются приближенным методом, позволяющим ориентировочно опре­ делить производительность вентили­ рующего устройства и оценить усло-

Рис. 5-19. Определение рабочей точки на характеристике пситилятора.

ния, располагаемую в пространстве между внешней окружностью венти­ лятора и стенкой подшипникового щита4 Такая камера заметно снижа­ ет шум и вентиляционные потерн. Целесообразно применение прово­ лочных сеток вместо штампованных для закрытия входных и выходных отверстий в щите.

При конструировании вентиля­ ционной системы следует стремить­ ся к тому, чтобы при движении воз­ духа не было его завихрения. Нужно по возможности избегать внезапных изменений сечений воздухопровода, выступающих частей, рассекающих воздушный поток, и резких поворо­ тов струй воздуха.

5-11. ПРИБЛИЖЕННЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ

В машинах с радиальной венти­ ляцией принудительное движение воздуха осуществляется как с помо­ щью ветрениц, располагаемых в ра-. диальных каналах, так и с помощью лопаток, установленных на торцевых частях обмотки ротора (асинхрон­ ные машины), или ковшевндных ло­ паток, пристраиваемых на торцах ротора синхронной машины. В обыч­ ном вентиляционном расчете все эти устройства принимаются за не­ который эквивалентный цетробежный вентилятор, имеющий расчет­

(А)off/мин’^ Off/MUH

Рис. 5-20. Зависимость аэродинамического сопротивления Z, Па-с2/м®, вентиляционно­ го канала.

вия охлаждения проектируемой ма­ шины.

Приближенный метод, основан­ ный на данных заводского опыта, за­ ключается в следующем. Из (5-91) определяется необходимый расход охлаждающего воздуха. Рассчиты­ вается по эмпирической формуле ко­ личество воздуха, доставляемое вентиляционным устройством, м3/с,

V = <7„ (пк b„ + т) п„D-, (5-133)

где <7о и т — опытные коэффициен­

ных машин т=ЪЬк><70= 2 5 - 10-3 при

пн, Ья— число и ширина радиальных вентиляционных каналов;

—суммарная ширина ковше­ видных лопаток;

н„— номинальная частота вра­ щения, об/мин;

D — диаметр якоря пли ротора.

Далее находится ориентировоч­ ное значение напора Н, развиваемое

вентиляционным устройством рото­ ра, Па,

ААощность, расходуемая на вен­ тиляцию, кВт,

/>.«0,175(-i)V, (5-135)

где и — окружная скорость ротора или вентиляционных кры­ льев, м/с.

вает необходимые условия охлаж­ дения. Если же V '< V , то вентиля­ ционное устройство необходимо уси­ лить, что обеспечивается добавлени­

Глава ше с та я

ем вентиляционных лопаток, если они отсутствовали, или увеличением их размеров, или, наконец, установ­ кой отдельного вентилятора.

В защищенных машинах с акси­ альной вентиляцией во многих слу­ чаях можно ограничиться упрощен­ ными вентиляционными расчетами. Из кривых рис. 5-20, полученных по данным испытаний и расчета боль­ шого количества электрических ма­ шин, берется ориентировочное зна­ чение аэродинамического сопротив­ ления вентиляционной системы машины. Далее, определив необхо­

дится к определению размеров вен­ тилятора.

6-1. СЕРИИ АСИНХРОННЫХ МАШИН

Первыми сериями асинхронных машин, созданными в 1920— 1930 гг. были серии ДАО, ДАО-2, И (разра­ ботка и выпуск завода «Электроси­ ла») и серии Т и МТ (разработка и выпуск ХЭМЗ). Позднее были соз­ даны серии асинхронных двигателей И2, АД, МА-200, AM и ряд других.

Каждая из серий для своего вре­ мени была достаточно хорошо спро­ ектирована и находилась на уровне передовых образцов мирового элек­ тромашиностроения. Однако обилие серий, охватывающих каждая лишь определенные и сравнительно узкие диапазоны мощностей и исполнений, создавало значительные трудности для наращивания их выпуска. Серии разрабатывались и производились различными электромашинострои­ тельными заводами при недостаточ­ ной взаимной координации, поэтому конструкции двигателей близких мощностей и исполнений каждой из серий имели свои особенности. Это создавало большие трудности при производстве и особенно при замене и ремонте двигателей, так как дви­ гатели разных серий одной и той же

мощности и частоты вращения мог­ ли иметь разные присоединительные и установочные размеры, габариты, различную конструкцию корпуса и подшипниковых щитов и т. п.

Резко возрастающая энергово­ оруженность промышленности тре­ бовала большее число всевозмож­ ных модификаций двигателей, спо­ собных работать в различных специ­ фических для данной отрасли усло­ виях. Число таких модификаций в старых сериях было явно недоста­ точно.

Все это привело к необходимо­ сти создания единой для всей стра­ ны серии асинхронных машин, объ­ единенных общими конструктивны­ ми решениями, общей технологией, с

первая в мировой практике единая серия асинхронных двигателей об­ щего назначения, отвечающая этим требованиям. Эта серия, заменив­ шая восемь существовавших ранее, была названа единой серией А. Она