|
|
|
|
где х — расстояние |
вдоль окружности машины; t — |
= |
nd/2p |
— полюсное деление. |
|
Если |
магнитное поле параллельно поверхности стали |
(Вп |
= 0), то сила, |
действующая со стороны магнитного |
поля, имеет также и в этом случае направление, нор
мальное к поверхности, но |
будет |
значительно |
слабее: |
р = (Иг - 1) n0 //;t /2 = (ft. - |
1) |
1(2^/0) * В\ |
/(2,40, |
(8-16)
где В2 — индукция в стали, параллельная граничной по верхности.
Этим же объясняется разгрузка от механических уси лий проводников с током, расположенных в стальных экранах либо пазах электрических машин.
8-4. СИЛЫ В ОБМОТКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Силы и механические напряжения в обмотках электриче ских машин можно разделить на две основные группы: силы в лобовых соединениях обмоток и силы в пазовой части обмоток. Первые силы считают обычно более опас ными, и поэтому они лучше исследованы. По этому во просу существует богатая теоретическая и техническая литература {Л. 5-2, 5-6, в-3, 8-6—'8-10 и др.]. Основные положения для расчета поля лобовых соединений были приведены в § 5-6.
Здесь ограничимся рассмотрением проблемы сил {Л. 8-9], выступающих в пазовой части обмоток электри ческих машин. Эти силы создают не только механиче ские напряжения в клиньях и изоляции катушек, но так же могут быть причиной колебаний проводников в пазу, ведущих к постепенной порче и эрозии изоляции.
1. Основные положения
Одним из важных факторов, затрудняющих анализ явле ния, является насыщение зубцов, которое может в зна чительной степени влиять на величину, распределение и направление усилий короткого замыкания в зоне пазов. Выведем формулы, связывающие эти силы со степенью насыщения зубцов. Известно, что поперечная индукция в пазу (рис. 8-5) в критический момент короткого замы кания может достигать больших значений и вызывать значительное поперечное насыщение зубцов. Это насы-
Щение может быть настолько большим, что полузакры тые пазы действуют как открытые. Поэтому здесь огра ничимся анализом только этого случая. Явление насы щения зубцов учтем, введя конечную и постоянную маг нитную проницаемость стали. Это упрощение справедли во потому, что при значительных насыщениях магнитная проницаемость стали меняется относительно мало при изменениях индукции. Средние зубцы короткозамкнутой фазы имеют, как это видно из рис. 8-5, одинаковое на-
Рис. 8-5. Линии магнитной индукции в пазах в критический |
момент |
трехфазного |
короткого замыкания (9 = 4). |
|
сыщение. |
Случай несимметричного относительно |
оси па |
за насыщения зубцов относится к крайним зубцам фазы. Он может быть, следовательно, сведен к симметричному случаю с некоторым средним насыщением, так как будет отличаться от предыдущего, более простого случая толь ко небольшими изменениями коэффициента зеркального изображения (рис. 5-8 и 8-6).
Согласно результатам анализа зеркальных изображе ний токов в сложных системах со сталью (гл. 5, рис. 5-8) магнитное поле, образованное в пазу действительной си стемой токов, можно изобразить фиктивной системой токов, расположенных в воздушном пространстве, как на рис. 5-8,6. При принятии проницаемости стали равной бесконечности все изображения токов будут иметь то же значение, что и действительные токи. Однако в действи
тельности при цфоо |
изображения токов |
имеют |
значе |
ния, приведенные на |
рис. 5-8,6, причем согласно |
(5-2а) |
|
М = ( ц . г - 1 ) / ( д . г + 1 ) < 1 . |
|
(8-17) |
В (8-17) цг |
обозначает относительную магнитную |
проницаемость |
стали |
по поперечной оси |
паза. |
Обычно |
насыщение ярма является иным, чем насыщение зубцов, поэтому на рис. 8-6 коэффициент зеркального изображе ния в ярме обозначен Mj.
В общем случае в трехфазной обмотке с укорочен
ным шагом часть пазов имеет |
в верхнем и нижнем сло |
ях проводники той же фазы, |
а часть пазов — проводни- |
ки соседних фаз. Сначала рассмотрим первый случай, который включает в себя также обмотки с диаметраль ным шагом. Полагаем при этом, что паз имеет 'беско нечную длину.
Если полагать, что во всех проводниках паза протекает практически один и тот же ток, паз с конечным числом проводников может быть замещен некоторой идеальной системой, показанной на рис. 8-6, в которой ток с мгно-
• • • • M2di Mdi'Adi у Mai M2ai--M* Jt dxdy = d ix
X I X I X IX XIX X,
у/. Х\У XlxVlxXlx xlx хГ
MjMdiMjdi MjMdi-- -MjM" Jdxdy
Рис. 8-6. Воздействие поля зеркальных изображе ний тока на единицу сечения проводников в пазу [Л. 8-9].
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
венной |
плотностью |
/ |
протекает |
во |
всем сечении |
паза. |
|
В этом |
случае / |
является |
расчетной |
плотностью |
тока, |
|
которая |
равна |
действительной |
мгновеннои |
плотности |
|
в проводниках, |
умножен |
|
|
|
|
|
|
|
|
ной |
на |
коэффициент |
за |
|
|
|
|
|
|
|
|
полнения паза медью. На |
|
|
|
|
|
|
|
|
рис. 8-6 показано воздей |
|
|
|
|
|
|
|
|
ствие |
зеркальных |
изобра |
|
|
|
|
|
|
|
|
жений |
элементов |
тока |
dix |
|
|
|
|
|
|
|
|
на |
проводник |
с |
током, |
|
|
|
|
|
|
|
|
имеющий единичное сече |
|
|
|
|
|
|
|
|
ние. При этом принимает |
|
|
|
|
|
|
|
|
ся |
допущение, |
что |
изо |
Рис. |
8-7. |
График значений |
зер |
|
браженные |
токи |
умень |
|
кальных |
изображений |
оси |
тока |
|
шаются |
по мере |
удаления |
в |
функции |
расстояния |
от |
па |
|
от |
оси |
паза |
не |
скачкооб- |
за |
[Л |
8-9]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разно, как в действительности, |
но |
непрерывно |
согласно |
средней показательной |
функции |
Мх/а |
(рис. 8-7). Все |
то |
ки, находящиеся выше |
рассматриваемого элемента |
по |
верхности проводников |
в точке |
у (рис. 8-6), |
образуют |
силы, направленные вверх, а все токи, расположенные
ниже, образуют силы, действующие вниз. |
оси у |
Благодаря |
симметрии |
системы |
относительно |
силы по направлению оси |
х |
не существуют. В |
общем |
случае сила |
взаимодействия |
двух |
проводников с |
током |
на единицу длины упрощенно выражается (8-5): |
|
fi^Hoiiiz/2nd.
Следовательно, мгновенная сила взаимодействия на единицу поверхности проводников в пазу в точке (О, у) на оси у составляет согласно рис. 8-6:
|
|
h |
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fу = |
j dY • 2 j" |
Mxlafdx |
|
cos a |
+ |
|
|
|
|
о |
0 |
oo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
dY2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- f - M j j |
j ^ M * / a J U v c o s a , |
|
|
|
|
—h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C0Sald=(Y-y)/[x~ |
|
|
|
+ |
|
(Y-yy}, |
|
|
следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ly — ~^r~ |
^(Y-y)dY^ |
|
|
|
Mx'ad» |
|
|
|
|
|
|
x* + |
(Y-y) |
|
|
|
|
|
L n |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
oo |
|
Mxladx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8-18) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—h |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя в |
(8-18) |
|
p |
= = |
|
|
|
|
|
|
|
Mxla |
= |
e-p*, |
где |
|
- l n ^ ± { ; |
(8-19) |
Y—y=±z |
и dY=±dz |
(знак |
плюс |
относится |
к |
Y>y, |
|
4 |
|
|
|
|
|
а знак минус к Y<y), первый из интегралов можно |
вы |
разить |
с помощью |
интегрального |
синуса |
и косинуса и |
тригонометрических функций [Л. 6-6]: |
|
|
|
|
|
|
|
оо |
Mxladx |
|
|
|
|
|
|