ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 273
Скачиваний: 1
Fe, 18% Cr, 9% Ni, 2% Mn, 1% Ti, Y = 1,24 • 106 См/м, прочность 75 даН/мм2 , а также для медного проводяще го покрытия ротора. Эти данные следует считать ориентировочными.
В случае (d/d2)^°o, т. е. когда нет экрана (d2 = 0), машина становится обыкновенным асинхронным двига
телем с короткозамкнутым ротором, обмотка |
которого |
|||
выполнена |
в |
виде немагнитной |
проводящей |
оболочки, |
примыкающей |
к телу ротора. |
|
|
|
4. Передача |
мощности от экрана |
в ротор |
|
Для расчета мощности, входящей в ротор, следует опре делить напряженность поля на поверхности ротора (г = = 0). Для этого в (4-62) подставляем значения посто янных С5 и С6 и 2=0.
Полученные касательные составляющие Ёп
Нт2Х, Нт2У |
на |
поверхности |
ротора имеют |
вид (4-64), в |
|||||||
которых пространственные |
амплитуды |
поля равны: |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
' Ay |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
•2W |
|
|
|
|
|
X |
(1 + |
в |
sh \ed2 |
+ |
(1 |
|
-2Ы\ |
ах sh |
Xed2 |
|
|
|
|
|
'2У макс— / |
iсо |
f^o^y |
X |
|
|
|||
X;(1 _|_ e-2Xd)shled2 |
|
1 + |
e - n d |
|
|
|
|||||
+ |
(l |
|
-2\ds ах ch ~hed2 |
(4-70) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2х |
макс |
|
4 |
^ |
|
|
|
|
х - |
|
|
|
|
|
-e-2Xd) |
|
|
|
|
|
+ |
e~2Xd) |
shAe d2 |
+ |
(l |
|
) ах ch |
\ed2 |
|
|||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
гУ макс — iу - Л Х |
|
|
|||||
X |
|
в -2Х-Л shled2 |
|
|
2ld |
) |
|
Xed2 |
|
||
(1 + |
+ |
(1 |
-e~n r f )a, ch |
|
При этих расчетах не учитывался зазор между экра ном и ротором ввиду малого изменения поля в его пре делах. Это позволяет значительно упростить конечные формулы.
204
Активную мощность вращающегося поля, проникаю щую в ротор сквозь 1 м2 его поверхности, граничащей с экраном, определяем на основании теоремы Пойнтинга:
|
1цР |
Re{Em2XH*miy} |
dxdy |
— |
|
о о |
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
Re {Em2yH*m2X} |
dxdy. |
(4-71) |
|
|
о о
Подставляя сопряженные модули соответствующих векторов, находим так же, как и в предыдущем случае, среднюю поверхностную плотность активной мощности для первой гармоники осевого распределения н. с. ста тора [Л. 4-6]
576
(4-72)
Среднюю единичную реактивную мощность находим аналогично, как мнимую часть вектора Пойнтинга:
S,„ = ^ - 1 0 - « M ? f - £ + l R . |
(4-73) |
Формулы (4-72) и (4-73), т а к ж е как и (4-66) и (4-67), требуют для практического их использования подготовки соответствующих вспомогательных графиков. Полную мощность, как и раньше, рассчитывают по (4-69). На
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Рис. 4-17. Единичная активная мощность, переносимая вращающимся полем от неподвижного экрана к ротору, отнесенная к квадрату токовой линейной нагрузки статора, в функции скольжения s при различных соотношениях did* [Л. 4-6].
205
рис. 4-17 приведены |
кривые, дающие |
наглядную |
картину |
|||
зависимости (4-72). |
|
Spe |
|
|
||
Вычитая из |
единичной мощности |
(4-66) |
единич |
|||
ную |
мощность |
Spw |
(4-72), а также из Sqe |
(4-67) |
единич |
|
ную |
мощность |
Sqw |
(4-73), получим соответственно поте |
|||
ри активной и |
реактивной намагничивающей мощности |
в экране. На рис. 4-18 показаны графики этих разно стей, построенные на основании рис. 4-15 и 4-17 (единич ные потери активной мощности в экране [Л. 4-6]).
Рис. 4-18. Единичные потери активной мощности в экра не в функции скольжения s при различных соотноше ниях djd2 [Л. 4-6].
При увеличении толщины стенки экрана d2 быстро уменьшается соотношение мощности, отдаваемой ротору, к мощности, подводимой к статору. Увеличение толщины проводящего слоя на поверхности ротора d уравновеши вает в значительной степени вредное действие утолще ния экрана. Однако увеличение толщины проводящего слоя на поверхности ротора приводит к значительному увеличению намагничивающего тока. Поэтому на прак тике используют обычно короткозамкнутые роторы с па зами.
Для получения наибольшего к. п. д. следует стре миться к тому, чтобы экранирующий цилиндр из аусте-
нитной |
(немагнитной) стали был как можно тоньше. |
|
В лабораторных устройствах малой мощности |
(до 1 кВт) |
|
можно |
применять цилиндр толщиной около |
нескольких |
миллиметров. В случае промышленных установок это недопустимо. Поэтому при достаточно больших давлени ях следует применять конструкции, в которых давление на тонкие стенки экранирующего цилиндра уравновеши вается соответствующей конструкцией статора. В случае Достаточно тонких экранов (меньше 2 мм) расчет экра нированного двигателя может быть проведен с помощью 206
методов, применяемых при расчете обыкновенных двига телей. С целью уменьшения потерь мощности в экранах и намагничивающего тока применяют несколько пони женные индукции, а для уменьшения нагрева — пони женные плотности токов в обмотках статора и ротора [Л. 4-6].
Когда экранированный двигатель предназначен для работы с проводящей жидкостью в зазоре (например, жидкие металлы, электролиты и т. п.), слой этой жидко сти можно рассматривать как бесконечное количество полых роторов, скольжения которых изменяются непре
рывно |
от |
5 = 1 |
(у |
поверхности |
статора) до s = sw |
(у по |
||||||
верхности |
ротора). |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Магнитное поле такой машины является результатом |
||||||||||||
наложения полей статора и всех «роторов» [Л. 4-19]. |
||||||||||||
П р и м е р . Трехфазный асинхронный двигатель с двухклеточным |
||||||||||||
ротором |
мощностью |
50 кВт, напряжением |
380 В, током |
116 А, со |
||||||||
единенный |
в треугольник, при частоте вращения |
2 910 |
об/мин, |
|||||||||
с внешним |
диаметром статора |
245 |
мм, длиной 440 |
мм, с |
числом |
|||||||
пазов статора |
z1 |
= 48, числом проводников |
в пазу а)п =10 |
и числом |
||||||||
параллельных |
ветвей |
а4 = 1 был переделан |
в экранированный |
двига |
||||||||
тель с экраном толщиной d2 =2 мм [Л. 4-6]. |
|
|
|
|
||||||||
Следует оценить мощность вращающегося поля, проникающую из |
||||||||||||
зазора в ротор, и потери мощности в экране. |
|
|
|
|||||||||
Решение. |
Скольжение s= (3 ООО—2 910)/3 000=0,03. Пазовое де |
|||||||||||
ление: t1=nD/Zi=n-0,245/48=1,6• |
10~2 |
м. Линейная |
нагрузка ста |
|||||||||
тора |
(4-68): |
|
Ai = IinWnHaih) |
= |
116-10/(1^3-1 -1,6-Ю-2 ) = |
|||||||
=418102 А/м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Можно |
считать, что двухклеточный |
ротор будет |
воздействовать |
на немагнитный экран с большим удельным сопротивлением как ротор с проводящим покрытием, толщина которого в несколько раз больше толщины экрана. В первом приближении примем осторожно
d/d2=2-v-3. |
Р „/Л2 1«1,0 • Ю - 4 Вт/А2, откуда SPW = |
Согласно рис. 4-17 5 |
|
=1,0- Ю-4 (418102 )2 = 17,4- 104 Вт/м2 . |
Согласно (4-69) полная активная мощность вращающегося поля, входящая в ротор, составляет:
Pw=Spa-2pxlv,=\7,4- 104-2-1 я-0,245/2-10,44=
=5,9- 104 Вт=59 кВт.
Потери мощности в экране оцениваем на основании рис. 4-18, откуда
Spw/Ah~0,6- Ю-4 , Вт/А2 и ДЛ,кР =0,6.59 = =35 кВт.
Числа эти можно считать лишь как ориентировочные и несколь ко преувеличенные, что совершенно понятно, если учесть небольшую
207
точность графиков, приведенных в [Л. 4-6], а также довольно гру бые допущения: обмотка статора бесконечно тонкая, первая гармо ника осевого распределения н. с. статора и т. п.
4-7. ЭКРАНИРОВАНИЕ В КРУПНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ
К важным проблемам, возникающим при конструирова нии мощных генераторов, так же как и трансформато ров, принадлежат вопросы уменьшения добавочных по терь мощности в массивных конструкционных элементах и в особенности в нажимных пластинах (плитах) магнитопровода статора. Ввиду значительной толщины этих деталей применение бронзы или немагнитной стали не обеспечивает удовлетворительного уменьшения потерь. Дальнейшее уменьшение потерь мощности в этих узлах можно получить за счет применения магнитных (паке тов электротехнической стали) либо электромагнитных
(медных) экранов. |
|
|
1. Магнитное |
экранирование |
|
М а г н и т н о е э к р а н и р о в а н и е в к р у п н ы х |
ге |
|
н е р а т о р а х . |
Одним из наиболее эффективных |
спосо |
бов экранирования лобовых соединений турбогенератора является применение шихтованных магнитных экранов, которые шунтируют поток рассеяния и отводят его от массивных элементов, позволяя тем самым получить бо лее благоприятную картину распределения поля рассея ния как с точки зрения добавочных потерь, так и элек тродинамических усилий. Пример такого решения пока зан на рис. 4-19, на котором е4 обозначает цилиндриче
ский магнитный экран, |
шихтованный |
в радиальном и |
осевом направлениях; |
е2 — удлинение |
активной стали |
с целью улучшения компенсации н. с. лобовых соедине ний статора и ротора [Л. 4-7, 4-13].
Теоретический расчет магнитного поля в такой слож ной системе является затруднительным и, как правило, требует применения грубых упрощающих допущений, ко торые могут являться причиной существенных ошибок. Поэтому в таких случаях наиболее удобным методом анализа часто может оказаться графический метод Лемана, не требующий применения слишком грубых упрощений и дающий конструктору наглядную картину путей, по которым замыкаются потоки рассеяния.
208
Г р а ф и ч е с к и й м е т о д н а х о ж д е н и я п о л я . Существо графического метода состоит в использовании
закона полного тока |
(2-Г2), рассматриваемого как вто |
|
рой закон Кирхгофа для магнитных полей, |
|
|
§Hdl = |
Y,Hilt = I,wi = Q>Rm. . |
(4-74) |
i |
i |
|
Предполагая, что магнитное поле состоит из отдель ных объемных элементов, образующих при последовав тельном соединении индукционные трубки, которые
Рис. 4-19. Формирование поля рассеяния лобовых соедине ний и уменьшение добавочных потерь в крупных турбоге нераторах с помощью цилиндрического магнитного экрана.
et — экран, шихтованный в обоих направлениях |
(осевом |
и |
радиаль |
|||||
ном); |
е 2 |
— у д л и н е н и е |
активной |
стали с |
целью |
улучшения |
компен |
|
сации |
н. |
с. лобовых |
соединений |
статора |
и ротора [Л. |
4-7]. |
|
в свою очередь соединены между собой параллельно, можно найти распределение индукции и магнитного по тока между магнитными эквипотенциальными поверхно стями. На рис. 4-20 показан простейший пример опреде ления плоского поля под полюсом электрической машины. Линии напряженности поля и следы эквипотенциаль ных поверхностей вычерчивают так, как это кажется бо-
14—346 |
209 |