ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 272
Скачиваний: 1
нитопровода, находятся в сильном поле рассеяния. Если они выполнены из обыкновенной стали, в них могут создаваться несколько большие удельные потери мощно сти, это может вызвать чрезмерный местный нагрев. По тери активной мощности на единицу длины шпильки, находящейся в однородном поле, получим, умножая век тор Пойнтинга (3-10а) на периметр сечения шпильки:
P = * D ] / | i ^ j k |
(4-56) |
Потери в ваттах на единицу длины шпильки при ча |
|
стоте 50 Гц можно приближено рассчитать |
также с по |
мощью [Л. 4-3]: |
|
/> =1,21.108 Да£>«7, |
(4-57) |
где D — диаметр сечения шпильки, м; у— удельная про водимость материала, См/м; В — осевая индукция на по верхности шпильки, Т.
С целью уменьшения потерь стяжные шпильки выпол няют иногда из немагнитного материала. В этом случае глубина проникновения электромагнитной волны (2-94) значительно превышает радиальные размеры шпильки, и в результате внутренних отражений волны вид формулы для потерь изменяется. Иногда применяют также элек
тромагнитное |
экранирование, которое обсуждалось |
|
в связи с экранированием |
бака. При расчете этих экра |
|
нов можно пользоваться |
аналогией с трансформатором |
|
с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Роль обмотки выполняет в этом случае экран, а магнитопровода — стальная шпилька. Общие потери в хорошо изолирован ных шпильках даже при большом их числе являются незначительными.
|
|
|
4-6. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ |
|
|
|
С ЭКРАНИРОВАННЫМ РОТОРОМ |
1. |
Общая характеристика |
|
|
В |
современной |
химической |
и нефтяной промышленности |
в |
физической |
аппаратуре |
и т. п. применяют герметиче |
ские электрические машины с экранированным ротором, служащие для привода насосов и мешалок, работающих при больших давлениях и температурах (до 107 Па и 500 °С) либо при глубоком вакууме [Л. 4-6]. Жидкости, заполняющие зазор таких двигателей, являются зача стую проводящими. На рис. 4-12 показана схема устрой-
194
ства такого двигателя, приводящего в движение насос или мешалку химического аппарата. Тепловая изоляция двигателя от химического аппарата, работающего при температурах около 500°С, достигается путем установки
между |
ними |
втулки |
из |
ггйв- |
|
|
|
|||||||
аустенитной |
стали. |
Теп |
|
|
|
|
||||||||
лопроводность |
этих |
ста |
|
|
|
|
||||||||
лей |
|
составляет |
|
всего |
|
|
|
|
||||||
13—20 |
Вт/(м-°С), |
т. |
е. |
|
|
|
|
|||||||
примерно |
в |
30 |
раз |
мень |
|
|
|
|
||||||
ше |
теплопроводности |
ме |
|
|
|
|
||||||||
ди |
|
и |
|
в |
4 раза |
меньше |
|
|
|
|
||||
теплопроводности |
|
обыч |
|
|
|
|
||||||||
ной |
стали. Двигатели |
эти |
|
|
|
|
||||||||
выполняют |
мощностью |
до |
|
|
|
|
||||||||
нескольких |
десятков |
ки |
|
Втулка |
из |
|||||||||
ловатт |
и |
питают |
иногда |
|
||||||||||
|
аустенит - |
|||||||||||||
повышенной |
|
|
частотой |
|
ной |
стали |
||||||||
(200 Гц) с целью получе |
|
|
|
|
||||||||||
ния |
повышенной |
частоты |
|
|
|
|
||||||||
вращения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Для |
защиты |
от |
хими |
|
|
|
|
||||||
ческого |
воздействия |
сре |
|
|
|
|
||||||||
ды |
|
роторы |
часто |
покры |
|
|
|
|
||||||
вают |
проводящим |
слоем |
|
|
|
|
||||||||
алюминия, |
кислотостой |
|
|
|
|
|||||||||
кой |
сталью |
и т. п. |
Ротор |
|
|
|
|
|||||||
и |
статор |
разделены |
спе |
|
Мешалка |
|||||||||
циальной |
экранирующей |
|
||||||||||||
гильзой |
|
из |
материала |
|
химическо |
|||||||||
|
|
го аппарата |
||||||||||||
с |
относительной |
прони |
|
|
|
|
||||||||
цаемостью, близкой к еди |
|
|
|
|
||||||||||
нице, |
с |
большим |
удель |
|
|
|
|
|||||||
ным |
|
сопротивлением |
и |
|
|
|
|
|||||||
с |
большой |
механической |
Рис. 4-12. Схема химического |
|||||||||||
прочностью. Для |
этой |
це |
аппарата |
со встроенным |
асин |
|||||||||
ли наиболее пригодны вы |
хронным |
двигателем с |
экраниро |
|||||||||||
сокосортные |
стали с аусте- |
ванным ротором [Л. 4-6]. |
|
|||||||||||
нитной |
структурой |
(не |
|
|
|
|
||||||||
магнитные стали типа 1Х8Н9Т). Толщина экранирующей гильзы в зависимости от давления в аппарате и конст
рукции двигателя изменяется в пределах 1—3 |
мм |
и мо |
||
жет достигать 6 мм. |
Введение |
экранирующей |
гильзы |
|
в зазор асинхронного |
двигателя |
вызывает |
увеличение |
|
13* |
195 |
намагничивающего тока и скольжения, а также умень*
шение |
к. п. д. |
Например, двигатель, |
переделанный из |
||||
обыкновенного |
короткозамкнутого |
асинхронного |
двига |
||||
теля 7 |
кВт, 50 |
Гц, с числом |
пар |
полюсов |
р = 1 , с экра |
||
нирующей гильзой, толщиной |
1,28 |
мм, имел |
наибольший |
||||
к. п. д. |
57,5% |
при скольжении 10%! и |
полезной |
мощно |
|||
сти 6,6 кВт [Л. 4-6]. Такие двигатели требуют примене ния специальных подшипников (графит и т. п.), обла дающих необходимой стойкостью против вредного дей ствия химических сред.
2. Основные уравнения
Не вдаваясь в подробности конструкционного расчета и проектирования таких двигателей, описанные в специ альной литературе [Л. 4-6, 4-19], рассмотрим принципы электромагнитного расчета этих двигателей. Для про-
t x маке
Ротор
а) |
6) |
|
Рис. 4-13. Расчетная схема асинхронной машины с экраниро
ванным |
ротором. |
|
|
|
|
|
а — цилиндрический |
ротор; |
б — у п р о щ е н н а я |
развернутая схема в пря |
|||
моугольной системе координат; d—толщина |
проводящего |
слоя |
ротора; |
|||
d\ — воздушный з а з о р м е ж д у ротором и экраном; d2 — толщина |
экра |
|||||
на; d3— |
воздушный |
зазор |
м е ж д у экраном |
и статором; Ау |
— линейная |
|
нагрузка |
статора. |
|
|
|
|
|
стоты выкладок будем считать, что обмотка ротора вы полнена в виде тонкого немагнитного проводящего слоя, расположенного на поверхности ротора, а сам ротор не имеет пазов. В зазоре между ротором и статором рас положен экран, выполненный из парамагнитной стали. Трехфазная обмотка статора заменена токовым слоем, расположенным на внутренней поверхности статора, не
196
имеющей пазов. С целью дальнейшего упрощения зада
чи допустим, что |
магнитная проницаемость стали ротора |
и статора равна |
бесконечности, а в зазоре двигателя |
существует только первая гармоника поля. Последнее означает, что линейная нагрузка статора (Ау) имеет сину соидальное распределение по окружности. Задачу будем решать в прямоугольной системе координат для идеали зированной системы, показанной на рис. 4-13.
В {Л. 4-6] теория экранируемого асинхронного двига
теля была выведена при использовании |
вектора |
Герца. |
||||||||||||
Здесь |
те же |
зависимости |
получим |
непосредственно |
из |
|||||||||
(2-48): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
V 2 |
E m = |
r 2 E m , |
Г = |
"|/;'о)р, (Y + |
/«>e) |
|
|
|
|||
и уравнения |
Максвелла |
(2-2): |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
rot Е„ |
|
|
|
|
|
(4-58) |
||
На рис. 4-14 показана |
схема распределения |
вихре |
||||||||||||
вых |
токов на |
развернутой |
поверхности |
ротора. |
Соглас |
|||||||||
но |
принятым |
допущениям |
такая |
картина повторяется |
||||||||||
циклически |
|
бесконеч |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ное |
|
число |
|
раз |
|
как |
|
|
|
|
|
|
|
|
вдоль |
оси |
машины |
|
(с |
уо)"(с"7 |
)) |
|
|||||||
(ОУ), |
так |
и |
вдоль |
ее |
|
|
||||||||
окружности |
(ОХ). |
|
Так |
|
( В ) ' Т В ) |
|
|
|||||||
как |
передача |
энергии |
|
|
|
|||||||||
в направлении радиуса |
|
|
|
|||||||||||
определяется |
касатель |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|||||
ными |
составляющими |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Рис. |
4-14. |
Схема |
распределения |
|
||||||||||
векторов Е |
и |
Н |
к |
по |
|
|||||||||
верхности ротора, |
огра |
вихревых токов в экране и в ро |
|
|||||||||||
торе [Л. 4-6]. |
|
|
|
|
||||||||||
ничимся |
исследова |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
нием |
только |
этих |
со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ставляющих. |
Допустим |
в |
первом |
приближении, что |
||||||||||
составляющая |
напряженности |
электрического |
поля |
ЕХ |
||||||||||
в произвольном из слоев на |
рис. 4-13,6 изменяется |
сину |
||||||||||||
соидально вдоль |
окружности |
ротора с |
периодом |
2т/ |
и |
|||||||||
косинусоидально вдоль его оси с периодом 21. В преде
лах |
всей системы составляющая |
E Z = 0. Ток |
статора и |
вихревые токи в проводящем слое |
ротора направлены |
||
вдоль оси У. |
|
|
|
|
Так как общее решение (2-48) |
для проводящей сре |
|
ды |
имеет вид (2-54), использовав |
упомянутые |
условия, |
197
можно сразу получить составляющую Ёх |
для |
проводя |
||||||||
щего слоя ротора, т. е. для зоны |
|
d^z^O: |
|
|
||||||
/COSJJ. -р- (С^ |
-4- С2е |
lz |
) |
sin |
х cos |
-р-у. |
(4-58а) |
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя |
(4-58а) в (2-4) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
div D |
= 0 ; |
|
|
|
||
при отсутствии |
свободных зарядов |
(р = 0) |
и постоянного |
|||||||
поля ( £ 0 = 0 ) |
имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
-ту — " | % ^ + £„ = |
|
|
|||||
= ]ш5[10 |
— (C,ehz |
+ СгеГХг) |
|
cos — х sin -f- у, |
(4-586) |
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4-59) |
a2 = /o)|XoY |
(2-47); s — скольжение; |
x=nD/2p— |
полюсное |
|||||||
деление; D — внутренний диаметр статора; |
р — число пар |
|||||||||
полюсов; lw |
— длина ротора. |
|
|
|
дальнейшей записи из |
|||||
В (4-58а) |
с целью |
упрощения |
||||||||
постоянных Ci и С2 сразу был вынесен постоянный мно житель j(itS\ionllw, что совершенно допустимо. Применяя (4-58а) и (4-586), уравнения Максвелла (2-2а) и (2-26), получаем:
dEmx/dz= — }и>}хНту.
Находим комплексные составляющие магнитного по ля в плоскости OXY:
^y'cosfxдЁ„ту
тх 0 dz
= Я — (С,еХ г — C,e~lz) |
cos — |
х sin |
у; |
|||
|
|
|
|
|
|
(4-58в) |
|
я .my • |
/cus,a0 |
дг |
|
|
|
|
|
|
|
|||
: Я |
( C , ^ — Сге~1г) |
sin |
— X |
C O S - г - |
у . |
|
Аналогичные выражения для воздушного зазора меж |
||||||
ду ротором |
и экраном (O^z^d) |
найдем также из |
||||
198
