Содержание
Предыдущий § Следующий
10.2. Определение максимальных удельных нагрузок
Магнитная индукция в воздушном зазоре. Она связана с индукцией в ножке зубца (рис. 10.1) соотношением
где t\ —зубцовое деление по дну пазов; Ьп — ширина паза.
Значение индукции в ножке зубца (кажущаяся индукция) Bz ограничивается, во-первых, насыщением стали, вызывающим рез-
Рис. 10.1. Основные размеры зубцового слоя
Рис. 10.2. Рекомендуемые максимальные значения магнитной индукции в ножке зубца
кое увеличение МДС, требующейся для создания необходимого магнитного потока; во-вторых, пропорционально второй степени индукции Bz растут потери в стали и дополнительные потери в меди. Рекомендуется [17, 19, 20] значение индукции в ножке клиновидного зубца выбирать в пределах 2,0 ...2,3 Тл, в зависимости от частоты перемагничивания (рис. 10.2)
/=/«/60.
При зубцах с параллельными стенками, применяемых в машинах малой мощности, рекомендуется принимать Bz=l,9... 1,7 Тл. Следует помнить, что индукция Bz — кажущаяся, т. е. часть потока
замыкается через паз (см. гл. 2), и поэтому действительная индукция в зубцах несколько ниже.
Преобразуем формулу (10.26) к более удобному для анализа виду, заменив
— пазовый коэффициент, показывающий, какая часть «активного» зубцового деления в ножке (за вычетом суммарной ширины изоляции Ьиз) отводится на зубец, т. е. на проведение магнитного потока. Учитывая, что t\'=n(Da—2h)/Z и ti=nDa/Z, получим
Формула (10.30) наглядно показывает, что индукция в воздушном зазоре зависит от конфигурации зубцового слоя, т. е. от коэффициента £, и от диаметра якоря: чем он больше, тем больше индукция. На рис. 10.3 показаны средние значения B6=f(Da) по данным различных авторов (17, 19]. Так как эта зависимость является среднестатистической, она может быть использована только ик первое приближение
Линейная нагрузка. Предельное значение линейной на-грузки Атах определяется ис-из допустимой тепловой
нагрузки, т. е. из мощности
Рис. 10.3. Средние значения индукции в воздушном зазоре при различных диаметрах якоря
потерь в меди, отводимой с единицы поверхности активной части якоря:
q=QcJ(nDJa)=p'cJ(nDala). (10.31)
Потери р'си происходят в той части проводников, которая лежит в пазах якоря, и равны
p'=NilR', (10.32)
где Af — число проводников обмотки якоря; ia — ток параллельной
Таким образом, тепловая нагрузка якоря (удельный тепловой поток с его поверхности) пропорциональна произведению линейной нагрузки на плотность тока.
Превышение температуры обмотки над температурой окружающего воздуха тси= = q/kTO зависит от коэффициента теплоотдачи, который определяется, в основном, скоростью воздуха на поверхности якоря (см. гл. 9). В больших машинах скорость на поверхности якоря больше, чем в малых, поэтому kTO у них выше и при том же превышении температуры у них допустима большая тепловая нагрузка (Aja). Нужно учитывать, что теплота отводится не только от внешней поверхности якоря, но и от вентиляционных каналов, которых в крупных машинах больше, чем в малых.
Все эти, а также некоторые другие причины приводят к тому, что допустимое значение (А\а) сильно зависит от диаметра якоря машины и для машин общего назначения с изоляцией класса В имеет вид, показанный на рис. 10.4. Конечно, на рис. 10.4 определяется лишь ориентировочное значение (Aja), в каждом конкретном случае его следует уточнить по схеме, приведенной на рис. 9.24.
При заданном значении тепловой нагрузки (Aja) можно сравнительно легко определить линейную нагрузку.
Из рис. 10.1 следует:
Рис. 10.4. Зависимость Aja=f(Da)
На практике всегда интересно не только экстремальное значение функции, но и близлежащие значения, которые можно представить в относительных единицах:
* См.: Касьянов В. Т. Выбор наивыгоднейших размеров пазов якорей машин постоянного тока//Вестник электропромышленности. 1938. № 7.
Из графической иллюстрации этих зависимостей (рис. 10.5) можно сделать вывод, что при изменении пазового коэффициента от 0,5 до 0,8 произведение АВ6, а значит, и мощность машины меняется мало (не более чем
на 5%), хотя индукция и линейная нагрузка изменяются примерно в 1,5 раза.
На практике если £>2/3, то машина получается «железная»— большая часть зубцо-вого слоя отводится на проведение магнитного потока и относительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и магнитный поток получаются большими. Вследствие этого увеличивается МДС обмотки возбуждения и растут размеры статора.
Поэтому машины постоянного тока выполняются с £« «0,55.. .0,65, что позволяет несколько снизить общую массу машины за счет сокращения размеров статора. Еще меньше пазовый коэффициент (£жО,5) делается в асинхронных машинах, чтобы повысить cos ф за счет уменьшения магнитной индукции в воздушном зазоре.
Высота зубцов якоря. Попытка теоретически определить оптимальную высоту зубца, исходя из максимума значения АВ6, не привела к успеху, так очень сложно оказалось учесть все многообразные факторы, влияющие на выбор этой высоты: дополнительные потери, условия коммутации и др.
Практически выполненные машины имеют значительно меньшую высоту зубцов (кривые 1, 2, 3 на рис. 10.6), чем это было определено теоретически (кривая 4 на рис. 10.6).
В^ первую очередь, высота паза ограничивается критической высотой проводника аКр, которая при основной частоте перемагничи-вания /=рл/60=30... 75 Гц составляет 1,5... 1,0 см. Следовательно,
Рис. 10.5. Зависимость относительных значений индукции в воздушном зазоре В*в, линейной нагрузки А* и их произведения A*B*i от пазового коэффициента
при массивных проводниках высота зубца во избежание чрезмерных дополнительных потерь не должна превышать значения
Лп = 2акр + Е*из+*кл~3,0...4,0 см,
где 26ИЗ— суммарная толщина изоляции по высоте паза; Ькл — толщина клина для крепления обмотки.
Если потери на вихревые токи уменьшены подразделением проводников по высоте, то высота зубцов в крупных машинах может быть значительно больше указанной в (10.49). В этом случае ограничение по высоте зубца определяется условиями коммутации.
В случае, когда требуется получить машину с повышенной коммутационной способностью, рекомендуется выбирать высоту зубцов по кривой 3 (рис. 10.6).
Рис. 10.6. Зависимости средних значений высоты зубцов от диаметра якоря
Конечно, не следует без нужды уменьшать высоту зубцов, так как это ведет к уменьшению удельных нагрузок и увеличению габаритов машины. Если эксплуатационные режимы не слишком тяжелые — редко бывают перегрузки по току, отсутствуют толчки напряжения и тока и т. п., — то высоту зубцов можно выбирать по кривой 2 и даже несколько большей.
Зубцовое деление. Размеры зубцовых делений, рекомендуемые различными [17, 18, 19] авторами *, показаны на рис. 10.7; различия в рекомендациях довольно существенны.
Размер зубцового деления влияет на магнитную индукцию В60 и линейную нагрузку Ао, так как в соответствующих формулах (10.44) и (10.45) имеется член
ZbJ(nDa)=bJtv (10.49)
Таким образом, с одной стороны, чем уже зубцовые деления (т. е. чем больше зубцов при том же диаметре якоря), тем большее влияние имеет изоляция обмотки, тем меньше коэффициент заполнения паза медью.
С другой стороны, зубцовое деление влияет на полюсное перекрытие а:
* См.: Иоффе А. Б. Тяговые электрические машины. М., 1965.
310
При наличии компенсационной обмотки поле главных полюсов влияет на магнитный поток в зоне коммутации меньше и коэффициент полюсного перекрытия можно брать несколько большим:
а = 1-8/7гУ(лЦ,). (10.51)
С учетом формул (10.49) и (10.50) выражение для удельной мощности примет вид
На рис. 10.7 показаны значения tXonT (кривая 3), определенные по формуле (10.53), при 2р=4 и &из=0,22 см. То, что полученные значения лежат ниже реализуемых на практике, заставило определить, как влияет отклонение от теоретически определенного значения iionr на удельную мощность.
Усредненные результаты расчетов, произведенные на ЭВМ М. Д. Машихиным, приведены на рис. 10.8.
Из этого рисунка видно, что максимум весьма пологий: увеличение зубцового деления tx в 2 раза по сравнению с /юпт уменьшает
удельную мощность примерно на 5%. Следовательно, допустимы существенные отклонения в размерах зубцовых делений и при конкретных обстоятельствах справедливы все рекомендации, приведенные на рис. 10.7.
При выборе зубцового деления необходимо учитывать следующие факторы, не отраженные в формулах (10.50) и (10.52):
чем меньше пазов, тем меньше расход изоляции и тем дешевле машина;
увеличение числа пазов уменьшает пульсации магнитного потока, что снижает уровень шума;
уменьшение зубцового деления уменьшает полный ток паза Fn=Atu что благоприятно сказывается на коммутации машины;
при малых зубцовых делениях лучше условия охлаждения обмотки.
В связи с этим для высоковольтных машин, например тяговых двигателей с изоляцией на 3000 В, следует выбирать зубцовые деления, относительно большие, по кривой 2 (рис. 10.7). Для двигателей общего назначения целесообразно брать меньшие зубцовые деления согласно кривой / (рис. 10.7).
 |
|
|
|