книги / Проектирование электрических машин

вал без шпонки. В двигателях больших размеров сердечники крепят на валу с помощью шпонки. Если диа­ метр ротора превышает 990 мм, то сердечник шихтуют из отдельных сегментов (см. гл. 9) и крепят на втулке ротора или на продольных ребрах, приваренных к валу (оребренные валы).

Внутренний диаметр сердечника ротора Dj при непосредственной по­ садке на вал равен диаметру вала Da и может быть определен по фор­ муле

Значение коэффициента Ав даны в табл. 6-16.

Т а б л и ц а 6-16

Коэффициенты к, для расчета диаметра вала асинхронных двигателей

Рис. 6-31. Аксиальные вентиляционные ка­ налы в сердечнике ротора.

В большинстве двигателей с вы­ сотой оси вращения 250 мм вы­ полняют аксиальные каналы с целью некоторого улучшения условий ох­ лаждения ротора и снижения его массы и момента инерции. В двига­ телях серии 4А при А=250 мм акси­ альные каналы располагают в од­ ном ряду (рис. 6-31, а), их число Я1к2=10, а диаметр dKi = 154-30 мм. В двигателях с высотой оси враще­ ния А=280н-355 мм в одном ряду располагают 12 каналов диаметром <2кг=20-г-30 мм. В двигателях с А> 3 5 5 мм число каналов уменьша­ ют до 9, а диаметр увеличивают до 55— 100 мм. Во всех перечисленных примерах большие значения dK2 от­

носятся к двигателям с большим числбм 2р. Аксиальные каналы мо­ гут быть расположены в одном ряду или при больших диаметрах ротора в двух рядах (рис. 6-31,6).

Радиальные каналы в сердечни­ ке ротора, так же как и в статоре, выполняются лишь при длине сер­ дечника, превышающей 0,25—-0,3 м. В таких роторах необходимо преду­ сматривать выполнение также и ак­ сиальных каналов, которые служат для прохода охлаждающего воздуха к радиальным каналам.

Наличие каналов, их диаметр и расположение оказывают влияние на магнитное напряжение ярма ро­ тора и должны быть учтены при расчете магнитной цепи.

0,23 0,20 0,23 0,25

Если сердечник ротора насажен на втулку или оребренный вал, то внутренний диаметр Djt м, опреде­ ляется, исходя из допустимой индук­ ции в ярме ротора, с использованием следующих выражений:

( 6 - |0 2 )

D, = Ог - 2 (h„ + h,). (6-103)

6-8. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого хода двига­ телей, при котором для асинхронных машин характерно относительно сильное насыщение стали зубцов статора и ротора. Как было отмече­ но в гл. 4, насыщение зубцовых зон приводит к уплощению кривой поля

ввоздушном зазоре (рис. 6-32). Пересечение реальной (уплощен­ ной) кривой поля 2 в зазоре с ос­ новной гармонической 1 происходит

вточках, отстоящих от оси симмет­ рии одного полупериода кривой на угол ф «35°. Поэтому за расчетную

индукцию принимается не амплитуд­ ное значение, a Bp«c4=fime.-cCOS\|)«

ж 0,82 Втах. По Враоч следует определить Я расч по основной кривой намагничивания и увеличить затем результат в А = 1/0,82 раз, приводя напряженность к амплитудному зна­ чению индукции. Для воздушного зазора, имеющего линейную зависи­ мость H = f(B ), эта операция равно­

Размеры

Размер

&zn.cp

ftzB

bznmax

ЬгптЫ

^2H,cp

Лги

где ft'. — расчетная высота ярма ро­

тора, м.

При этом для роторов с посадкой сердечника на втулку или на оребренный вал (крупные асинхронные машины) расчетная высота ярма ро­ тора

=(6-108)

где dx2— диаметр аксиальных кана­

лов ротора; шК2 — число рядов аксиальных

каналов.

При посадке сердечника непо­ средственно на вал в двигателях с 2р = 2 н 4 необходимо учитывать, что часть магнитных линий потока за­ мыкается через вал. При этом рас­ четная высота ярма ротора

1 3,ip I 2

~T dK2mv2. (6-109)

Для двигателей с 2 р ^ 6 с непо­ средственной посадкой сердечника ротора на вал ftj определяют по

(6-108); Магнитное напряжение воздуш­

ного зазора, А,

зубцах Hz, А/м, находят в соответ­ ствии с индукциями Вг по кривой намагничивания для зубцов для принятой марки стали (см. прило­ жение II).

где Л*2 — расчетная высота зубца, м.

При переменном и плавно изме­ няющемся сечении зубца

Нг2 =,С^г2та.\-“I- ^ z2min “Ь

+4Я22ср)/6 (6-114)

или

=(6-115)

Значения Я, А/м, определяются по кривой намагничивания для зуб­ цов для принятой марки стали (см.

зубец по высоте на две ранные час­ ти и определить напряженности в каждой из них в отдельности. В этом случае расчетная ширина зубца бе­ рется на высоте 0,2 и 0,7 всей вы­

Рис. 6-35. Схемы замещения фазы обмотки

показанную на рис. 6-35,6. Параметры схемы замещения не

остаются неизменными при различ­

этим из-за возрастания насыщения отдельных участков магнитопровода полями рассеяния уменьшаются индуктивные сопротивления Х\ н х2.

Увеличение скольжения в двига­ телях с короткозамкнутым ротором приводит к возрастанию действия эффекта вытеснения тока, что вы­ зывает изменение сопротивлений обмотки ротора гг и х2. При расчете рабочих режимов машины в преде­ лах изменения скольжения от холо­ стого хода до номинального эти из­ менения незначительны и ими обыч­ но пренебрегают.

При расчете пусковых режимов, в которых токи машины в несколь­ ко раз превышают номинальный, а частота тока в роторе близка к час­ тоте питающей сети, в большинстве случаев приходится учитывать из­ менение параметров от насыщения участков магнитопровода полями рассеяния и от влияния эффекта вытеснения тока.

Рассмотрим расчет параметров схемы замещения для номинально­ го режима асинхронных машин раз­ личных типов.

а] Активные сопротивления обмоток статора и фазного ротора

Активные сопротивления Г\ и г2. Ом, определяются по основной рас­ четной формуле

приведенной асинхронной машины.

<7Эл — сечение элементарного про­ водника;

яэл — число элементарных провод­ ников в одном эффективном;

а— число параллельных ветвей обмотки;

—удельное сопротивление ма­

териала обмотки при рас­ четной температуре, Ом-м; kr — коэффициент увеличения ак­ тивного сопротивления фа­ зы обмотки от действия эф­

фекта вытеснения тока.

Впроводниках обмотки статора асинхронных машин эффект вытес­ нения тока проявляется незначи­ тельно из-за малых размеров эле­ ментарных проводников. Поэтому в расчетах нормальных машин, как правило, принимают kr= \ . Некото­ рое увеличение потерь, обусловлен­ ное действием эффекта вытеснения тока, относят к дополнительным потерям.

Вобмотках фазных роторов kf также принимают равным единице независимо от размеров и числа проводников в пазу, так как часто­ та тока в них при номинальном и близких к нему режимах очень ма­ ла.

Общая длина проводников фазы обмотки L, м,

зовых и изогнутых лобовых частей катушки

Длина пазовой части /„ равна конструктивной длине сердечников машины:

Лобовая часть катушки имеет сложную конфигурацию (рис. 6-36).

Точный расчет ее длины и длины вылета лобовой части требует пред­ варительного определения всех раз­ меров катушки и сопряжен со зна­ чительным объемом расчетов, дан­ ные которых в дальнейшем электро­ магнитном расчете обычно не ис­ пользуются. Для машин малой и средней мощности и в большинстве случаев для крупных машин доста­ точно точные для практических расчетов результаты дают эмпири­ ческие формулы, учитывающие ос­ новные особенности конструктивных форм катушек.

по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов:

ьст- - ( — 'т)-Р.; (6-137)

Pi — относительное укорочение ша­ га обмотки статора. Для диамет­ ральных двухслойных обмоток, вы­ полненных без укорочения шага, и для однослойных обмоток, включая обмотки из концентрических кату­ шек, имеющих разную ширину, при­ нимают р= 1; Лл и /<пыл — коэф­ фициенты, значения которых берут из табл. 6-19 в зависимости от чис­ ла полюсов машины и наличия изо­ ляции в лобовых частях; В — дли­ ны вылета прямолинейной части ка­ тушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м.

В машинах, обмотки которых укла­ дывают после запрессовки сердеч­ ника в корпус, вылет прямолиней­ ной части 5 = 0,015 м.

Катушки из прямоугольного провода. Б обмотках статоров и фазных роторов асинхронных дви­ гателей, выполненных из прямо­ угольного провода, длина лобовой части витка, м,

/Л= /СЛ6КТ+ 2В + V , (6-138)

вылет лобовой части обмотки, м,

^ПЫЛ= ^Сиыл ^КТ + В + 0,5 Л,,, (6-139)

где />кт — средняя ширина катушки; для катушек статора рассчитывает­ ся по (6-137); для катушек ротора

^кт = " (£>г ~рЛ|1-~ Ра: (6-140)

2

В — вылет прямолинейной части ка­ тушек из паза (по табл. 6-20);

Рис. 6-37. Размеры лобовой части катушки.

Ь— ширина меди катушки в лобо­ вой части, м;

S — допустимое расстояние между медью проводников соседних катушек (по табл. 6-20), м;

i — зубцовое деление, м.

Стержневая волновая обмотка фазных роторов асинхронных дви­ гателей. Длина лобовых частей стержня ротора, м,

вылет лобовой части, м,

/выл = /<вь»А т + Яс, (6-145)

где &кт — среднее расстояние меж­

ду сторонами последовательно сое­ диненных стержней:

стержня в месте установки хомути­

асинхронных двигателей мощностью

После расчета /л определяют среднюю длину витка, образованно­ го двумя стержнями ротора, м,

*ср = 2 ( /п - И л )

и длину всех стержней фазы обмот­ ки по (6-133).

Активное сопротивление фазы ротора гг определяют по (6-131). Для дальнейших расчетов г2 долж-

но быть приведено к числу витков первичной обмотки

где коэффициент приведения сопро­ тивлений

пф ь fto02)?

б) Индуктивные сопротивления об­ моток двигателей с фазными ро­ торами

Индуктивные сопротивления об­ моток двигателей с фазными рото­ рами рассчитывают по (4-42):

Входящие в эту формулу коэф­ фициенты магнитной проводимости обмоток асинхронных машин опре­ деляют следующим образом.

Коэффициент магнитной прово­ димости пазового рассеяния Лп рас­ считывают по формулам, приведен­ ным в табл. 6-22, в зависимости от конфигурации паза и расположения в нем проводников обмотки. В этих формулах значения коэффициентов

При двухслойной обмотке с уко­

ние шага обмотки, для которой про­ изводится расчет, т. е. обмотки ста­

Двухслойная

6-38, а

Однослойная

6-38, б Двухслойная

Двухслойная

6-38, в

Однослойная

Расчетные формулы

Двухслойная 6-38, г , д , з и

однослойная

Двухслойная

6-38, е ,ж , и

однослойная

При наличии радиальных венти­ ляционных каналов для обмотки статора

/; = / , — 0,5 пкЬк (6-155)

и для обмотки ротора

при дробном <7^г2

! = * " , ч - 2 * ; - Ц . 1 - + 4 г) ; (6-160)

Коэффициент магнитной про­ водимости дифференциального рас­ сеяния для обмоток статора и фаз­ ного ротора

Значение коэффицинта £ зависит от числа q, укорочения шага обмот­ ки н размерных соотношений зубцо­ вых зон и воздушного зазора.

Ниже приводятся формулы, в которые при расчете £ для обмоток статора или ротора следует под­ ставлять данные обмоток и зубцо­ вых зон соответственно статора или ротора.

Для обмоток статора н ротора при q, выраженном целым числом (<7 ^ S2 ), для обмотки с диаметраль­

ным шагом

| = 2 + 0,022?2- ^ б (1 + Д г); (6-158)

200

при дробном q, значение которого

1« 7< 2,

Я

- Ц - ± - + д г) . (6-16D

В этих формулах коэффициенты Дг. k" и Лр определяются по кри­

вым, приведенным на рис. 6-39. Для определения ^ и k' необходимо

найти дробную часть числа q, рав­ ную cfd (дробное число q = b + cjd , где Ь — целое число, c /d < 1 — дроб­ ная часть числа q). Коэффициент

— по (6-151) или (6-152).

Индуктивное сопротивление об­ мотки фазного ротора, определен­ ное по (4-42), должно быть приве­ дено к' числу витков обмотки стато­ ра: