Файл: Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока.pdf

Число последовательно соединенных витков в фазе

Шаг обмотки должен иметь укорочение, равное при­ близительно 0,8т, для уничтожения в кривой э. д. с. 5-й гармоники. Таким образом,

У™ 0,8 2Zр '

Зная число витков в фазе и шаг обмотки, можно рас­ считать обмоточные коэффициенты и магнитный поток в машине.

Коэффициент укорочения

У

Z/2p ‘

Коэффициент распределения обмотки

, __ sin it/2/л

2тq

Обмоточный коэффициент

foil) -k^yfZy.

Магнитный поток в синхронной машине при холостом ходе при / = 50 Гц

Коэффициент &ф — определяется как указано в при­ ложении.

Индукции в отдельных участках магнитной цепи должны соответствовать при холостом ходе:

1-3. ВЫБОР ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ

В процессе эксплуатации синхронные двигатели для насосов не подвергаются перегрузкам со стороны на­ соса, поэтому нет необходимости в высоком перегрузоч­

15

ном моменте двигателя. Однако при эксплуатации двига* телей возможны значительные посадки напряжения в се­ ти (например, при пуске другого двигателя на этой же насосной станции). Кроме того, в некоторых случаях по режимным условиям энергосистемы двигатели долж­ ны работать с более высоким costp, т. е. с недовозбуждением. Учитывая эти обстоятельства, для обеспечения устойчивой синхронной работы, а также для облегчения условий синхронизации максимальный момент двигателя в синхронном режиме должен быть не менее 1,8 Мн. В двигателях, у которых номинальная частота вращения меньше 500 об/мин, такая величина максимального мо­ мента может быть получена при размере воздушного зазора меньшем, чем тот, который обеспечивает надеж­ ную работу вертикального двигателя. По условиям из­ готовления и монтажа у вертикальных синхронных двига­ телей воздушный зазор должен быть (0,0035 н-0,0045) D{ (большие значения относятся к машинам с п> >375 об/мин и машинам с разъемным статором).

Асинхронные двигатели потребляют из сети реактив­ ную мощность, требуемую для создания магнитного по­ тока в машине. Для уменьшения этой мощности и сни­ жения потерь в двигателе и в сети воздушный зазор должен быть минимальным. Размер воздушного зазора выбирается из конструктивных соображений и условий надежной работы, при которой исключалась бы возмож­ ность прилипания ротора к статору. В вертикальных ма­ шинах зазор должен быть несколько больше, чем в горизонтальных, из условий работы сегментных направ­ ляющих подшипников скольжения. В двигателях с мощ­ ностями 250—2500 кВт и частотами вращения 300— 1000 об/мин, имеющих подшипники скольжения, воздуш­

1-4. ВЫБОР РАЗМЕРОВ ПОЛЮСОВ И ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Синхронные двигатели для привода насосов выпол­ няются с шихтованными полюсами, хотя, учитывая ча­ стые пуски, желательно, было бы иметь массивные полю­ сы, так как конструкция ротора при этом более надежна. Однако массивные полюсы имеют недостатки, которые ограничивают их применение для насосных двигателей.

16

Машины с массивными полюсами должны иметь увели­ ченный воздушный зазор, равный приблизительно ши­ рине паза, для снижения потерь на поверхности полюс­ ных башмаков от зубцовых гармонических поля. Это неэкономично, так как увеличивается масса обмотки возбуждения. Кроме того, в тихоходных двигателях

смассивными полюсами при

Высота полюсного башмака должна быть такой, что­ бы можно было разместить пусковую обмотку и чтобы механическая прочность башмака была достаточной при разгоне, который имеет место при отключении двигателя от сети. Насос при этом быстро тормозит двигатель и, пока сливается вода, заполнившая трубопровод, рабо­ тает как турбина, разворачивая двигатель в обратную сторону. Частота вращения при этом может достигнуть (1,3-г-1,5)п„. Высота полюсного башмака

hp= (0,15-ь0,2)6р.

Ширина полюсного сердечника Ът выбирается такой, чтобы индукция в сердечнике при холостом ходе была 1,4—1,6 Т. Ориентировочно

Ьт— (0,65-ь 0,7) 6р.

Высота сердечника полюса

ЧИТ, Ль>ЮГО й.

Шаг стержней пусковой обмотки 42 выбирается для уменьшения потерь в стали из условия

Диаметр демпферного стержня должен быть (0,4-f-

0,5) Д

Как уже упоминалось, двигатель должен иметь высо­ кий момент на подсинхронной частоте вращения, а мо­ мент при трогании с места может быть небольшим. Та­ кую характеристику имеют двигатели с пусковой обмот­ кой малого сопротивления.

Поэтому демпферные стержни, как правило, медные и короткозамыкающие сегменты также медные. Сечение сегмента

<7с^О,5 Яст<7ст,

где qот — сечение стержня.

Обмотка возбуждения выбирается после расчета маг­ нитной цепи и определения н. с. ротора при номинальной нагрузке. Задаваясь напряжением возбудителя 80— 120 В для двигателей мощностью 500—3200 кВт и 130— 230 В для больших мощностей (меньшие значения для быстроходных машин), вычисляют сечение обмотки ро­ тора

2,8FpPl

ния, м.

По сечению q выбирают размер прямоугольной го­ лой медной шины. При навивке полюсной катушки медь гнется на ребро (см. гл. 11), поэтому соотношение между сторонами сечения должно быть в пределах alb —0,06 н- 0,2, где а— йысота меди; b — ширина.

Размер меди по высоте а должен быть таким, чтобы при данной высоте полюса число витков в катушке было

18

не больше 60, а ток возбуждения для машин мощностью 3000—10 000 кВт не более 600 А. При этом можно ис­ пользовать серийно изготовляемые возбудители и стан­ дартную аппаратуру управления возбуждением.

Число витков катушки полюса

Здесь hm— высота сердечника полюса; /тиг == 2 0 2 5 — высота двух шайб, мм; 0,3 — толщина витковой изоля­ ции катушки, мм.

В двигателях мощностью более 10 000 кВт для ро­ торных катушек применяют медь специального профиля («топорик»), см. рис. 11-8. При этом улучшаются условия охлаждения, так как увеличиваются повецхность охлаждения и ко­ эффициент теплоотдачи.

Тепловая нагрузка (в Вт/см2 поверхности охла­ ждения может быть уве­ личена на 20—30%.

Выбранное .сечение ме­ ди должно быть провере­ но по нагреву. Ориенти­ ровочно температура об­ мотки может быть опре­ делена по удельной тепло­ вой нагрузке, Вт/см:

Ят = /26си/390,

где /-—плотность тока в

обмотке, А/мм2; &си — ши­

где и — коэффициент теплоотдачи, Вт/(см2-°С); k — ко­ эффициент, зависящий от /г/т; а и k определяются по кривым рис. 1-3.

Глава вторая

ВЫБОР ЧИСЕЛ ПАЗОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Выбор чисел пазои статора и ротора является перво­ степенным вопросом при проектировании асинхронных короткозамкнутых двигателей. Как известно, зубцовые гармонические н. с. обмоток статора и ротора, взаимо­ действуя, могут создавать дополнительные моменты — ускоряющие либо тормозные, что искажает кривую вра­ щающего момента двигателя, а в некоторых случаях мо­ жет вызвать задержку ротора на промежуточной часто­ те вращения или в момент трогания с места. Зубцовые гармонические могут привести к повышенному шуму и вибрации двигателя и вызвать заметные дополнительные потери.

Проблеме выбора числа пазов асинхронного двигате­ ля посвящено большое количество работ. Имеющиеся рекомендации не всегда можно выполнить, особенно при проектировании двухскоростных двигателей и машин, входящих в серии, когда на одних штампах выполняются двигатели разной полюсности. При вынужденном выборе неблагоприятного соотношения пазов следует учитывать, какие характеристики машины будут ухудшены и можно лн другими мероприятиями компенсировать это ухудше­ ние.

Выбор числа пазов статора. На статоре асинхронного двигателя размещена трехфазная обмотка и выбор чис­ ла пазов определяется так же, как и у синхронных ма­ шин. Однако желательно, чтобы число пазов на полюс и фазу q было целым. При дробном q появляются не толь­ ко высшие, но и низшие пространственные гармониче­ ские, что приводит в короткозамкнутых двигателях к увеличенным добавочным потерям в короткозамкнутой

обмотке ротора.

Выбор числа пазов ротора. Зубцовые гармонические в кривой н. с. обмотки и в кривой магнитного поля в за­ зоре возникают из-за наличия открытых пазов на ста­ торе или роторе, которые создают неравномерную, ме­ няющуюся с периодом, равным пазовому делению, про­ водимость воздушного зазора.

Кроме зубцовых гармонических, в кривой н. с. об­ мотки имеются пространственные гармонические других

20

порядков. Намагничивающая сила трехфазной обмотки, создающей вращающееся магнитное поле, может быть

•выражена, как известно, уравнением (для основной гар­ монической)

F1 = — Л, sin m3t-

+ * ) ■

Кривая н. с. несинусоидальна вдоль координаты х и при разложении в ряд уравнение н. с. для пространст­ венной гармонической порядка v имеет вид:

(знак «—» для гармоники, имеющей то же направле­ ние вращения, что и основная; знак «+ » для гармоники

обратного вращения).

Приравняв постоянной величине аргумент при синусе и продифференцировав’, получим, скорость v-й простран­ ственной гармонической н. с. статора относительно ста­ тора;

линейная скорость

где V\ и о)1 — линейная и угловая скорости основной гар­ монической.

Частота э. д. с., индуктированной полем v-й простран­ ственной гармоники н. с. статора в статоре и неподвиж­ ном роторе, равна частоте сети

Пространственные гармонические н. с. обмотки ста­ тора, не искажая кривую э. д. с., вызывают в статоре дополнительное падение напряжения, которое учиты­ вается индуктивным сопротивлением дифференциального рассеяния, а в роторе — добавочные потери. При взаи­ модействии статорных и роторных гармонических опре­ деленных порядков возникают дополнительные моменты.

Поле каждой из пространственных гармонических н, с. статора, имеющей порядок v и число полюсов v 2 р,

21