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

Снижение Фока ротора от зубцовых гармоник и умень­ шение добавочных потерь в стержнях могут быть достиг­ нуты увеличением проводимости рассеяния роторного

шаются максимальный и пусковой моменты. Из анализа влияния зубцовых гармонических на характеристики асинхронного двигателя можно дать следующие реко­ мендации для выбора числа пазов ротора:

Глава третья

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕРИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ НАСОСОВ

3-1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Гидравлические характеристики насосных станций могут изме­ няться в широких пределах. Поэтому для насосов требуются элек­ тродвигатели в большом диапазоне мощностей и частот вращения. Так как двигатели имеют одно и то же назначение и к ним предъяв­ ляются аналогичные требования, целесообразно проектировать не отдельные машины, а серии машин.

При разработке серии снижаются затраты на проектные работы по каждой отдельной машине благодаря широкой унификации; уско­ ряется цикл изготовления машины, так как все работы по подготовке производства выполняются заранее; все материалы также заранее имеются па складе. В результате стоимость двигателя снижается.

В серии объединяются машины, которые конструктивно могут быть выполнены подобными: иметь одну и ту же конструкцию ста­ тора, ротора, подшипников, одинаковую систему вентиляции, одно и то же исполнение по защите от внешних воздействий и пр.

Серия вертикальных электродвигателей для насосов охватывает обычно машины трех габаритов. Мощности изменяются ступенями по 25—28% и могут отличаться в 4—5 раз, а частоты вращения — в 2 раза.

При проектировании серии руководствуются следующими прин­ ципами:

28

одна и та же технологическая оснастка должна МсНоЛьзбвать* Ся при изготовлении возможно большего числа типоразмеров машин, поэтому количество штампов для вырубки сегментов активной стали статора и листов ротора должно быть минимальным;

б) сортамент применяемых материалов должен быть минимален; в) широкая унификация конструктивных узлов — одна из глав­ ных целей проектирования серии, для чего в первую очередь надо унифицировать длины сердечников статоров, ограничить их количе­ ство. Особенное значение в вертикальных машинах имеет унифика­ ция сложных узлов — крестовин, подпятников и направляющих под­

шипников.

При всех этих ограничениях технико-экономические показатели каждой из машин, входящих в серию, должны быть не хуже, чем у индивидуально спроектированной машины. Поэтому во всех слу­ чаях желательно выбирать основные размеры машины так, чтобы она не была перегруженной в электромагнитном отношении. При этом отдельные машины серии могут оказаться нагруженными несколько меньше других. Неизбежный при этом перерасход активных мате­ риалов «купается в производстве машин и строительстве насосных станций выгодами, получаемыми от унификации.

3-2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

Расчет начинается с двигателя наименьшей мощности и наи­ большей частоты вращения. Габарит машины определяется по ма­ шинной постоянной Арнольда, пользуясь рекомендациями, данными

вгл. 1.

Вданном габарите на одном штампе могут быть выполнены ма­ шины, у которых'числа полюсов отличаются на 20—26%. Внутрен­ ний диаметр статора выбирают средним между значениями, полу­

ченными из (1-1) для обеих заданных частот вращения. При этом следует иметь в виду, что у более быстроходной машины может ока­ заться высокой индукция в спинке сердечника статора. Поэтому вну­ тренний диаметр статора должен быть ближе к величине, соответст­ вующей оптимальной для быстроходной машины.

При выбранном ((предварительно) диаметре определяют число пазов, как указано в гл. 1. При этом число пазов должно быть та­ ким, чтобы при всех числах полюсов, для которых будет использован штамп, обмотка получалась симметричной и q было благоприятным.

Если штамп используется для синхронных и асинхронных машин, желательно, чтобы для одной из частот вращения (лучше для более быстроходной машины) q было целым. Число пазов обязательно должно быть таким, при котором получается экономный (с неболь­ шими отходами) раскрой электротехнической стали.

Для сердечников статоров синхронных двигателей применяется электротехническая сталь марки Э41 или Э42 толщиной 0,5 мм по ГОСТ 802-58 с размерами листа 1500X750 мм. Для крупных тихо­ ходных двигателей ((мощностью более 10 000 кВт) иногда приме­ няется холоднокатаная сталь, чтобы снизить потери в сердечнике статора и уменьшить нагрузку обмотки возбуждения. Для статоров асинхронных двигателей применяется сталь Э31 или Э41. Отношение /,/т для машин должно находиться в пределах, указанных в гл. 1. Для данной частоты вращения в данном габарите наименьшее /</т у машины наименьшей мощности.

29

По выбранному внутреннему диаметру статора, т. е. по величине т, ориентировочно определяется активная длина машины наименьшей мощности. Другие машины на ту же частоту вращения будут иметь длину, увеличенную пропорционально повышению мощности. При

пакеты (по одному с каждой стороны) могут быть длиною 45 или

50 мм.

При определении длины машины следует иметь в виду, что необмотапные статоры машин с разными мощностями и частотами вращения могут быть унифицированы. Поэтому если для двух раз­ ных частот вращения применяется один и тот же статорный штамп, то две машины, мощности которых отличаются приблизительно в том же отношении, что и частоты вращения, должны выполняться одной длины. Например, если один штамп используется для машин на 500 и 600 об/мин, то двигатель мощностью 800 кВт, 500 об/мин должен иметь ту же длину, что и двигатель мощностью '1 000 кВт, 600 об/мин. Вообще в серин желательно иметь ограниченное число активных длин, что дает возможность унифицировать сварные конструкции (станины и др.), валы и различные мелкие детали.

Обмотки статора. При проектировании серии стремятся умень­ шить количество применяемых размеров обмоточной меди. Поэтому часто эффективный проводник состоит из нескольких элементарных. По ширине паза в машинах с мощностями более 800 кВт и напря­ жением 6 кВ размещают обычно два проводника. Количество эле­ ментарных проводников не должно быть больше шести, иначе за­ трудняется изготовление катушки. Размер паза определяется для машины наименьшей мощности и проверяется для самой крупной.

Г1роектирование роторов синхронных машин. Один и тот же штамп листа полюса может быть использован в смежных габаритах для машин с разными частотами вращения. При этом радиус за­ кругления башмака должен быть таким, чтобы в обоих габаритах отношение максимального воздушного зазора в машине к минималь­ ному находилось в пределах 1,4—1,7. Число стержней и шаг пуско­ вой обмотки должны удовлетворять условиям, указанным в § 1-4; один и тот же размер меди должен применяться для возможно боль­ шего количества роторных обмоток. Если возбуждение осуществляет­ ся от отдельно стоящего возбудителя, то количество типоразмеров возбудителей должно быть минимальным. Обычно для серии из 15— 20 машин применяются 2—3 типа возбудителя. Возбудитель одного типа может использоваться для двигателей разных габаритов и раз­ ных частот вращения. Мощности возбуждения двигателей при этом могут отличаться на 20—30%.

Проектирование роторов асинхронных двигателей. Как уже отме­ чалось выше, количество требуемых штампов должно быть сокраще­ но. Желательно использовать один роторный штамп на две различные частоты вращения. При этом следует проверить, соблюдаются ли рекомендуемые соотношения между числами пазов статора и ротора для каждой частоты вращения.

Размер роторной меди и паза ротора выбирается для самого тихоходного двигателя, имеющего наибольшую мощность в данном габарите. Для всех других машин этого габарита, как правило, мо­ жет быть использован стержень такого же сечения Обычно серия асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, включающая 12—15 машин трех разных габаритов, имеет только два размера

30

роторной меди. У двигателей с мощностями 500—2500 кВ и частота­ ми вращения 375—750 об/мнн с одноклеточным ротором размеры колбовидных стержней: 4X12 — 012, 5X12 — 01'5 и 5X12 — 0 18 мм. Плотность тока в колбовидных стержнях 5,5—6,5 А/мм2. Ориентировочный ток в стержне I2» A t 2, А. При двухклеточном исполнении роторов этих же двигателей верхняя клетка выполняется из стержней 0 13 мм, нижняя из стержней 014 или 15 мм. Длины роторных стержней также должны быть максимально унифициро­ ваны.

Для роторов короткозамкнутых асинхронных двигателей приме­ няется сталь марки Э11, а для роторов двигателей с регулируемой скоростью — сталь Э3'1 ‘(для снижения потерь).

Глава четвертая

РАСЧЕТ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

4-1. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В асинхронных двигателях магнитный поток при хо­ лостом ходе создается н. с. обмотки статора. Распреде­ ление н. с. вдоль окружности статора принимается си­ нусоидальным и расчет намагничивающего тока произ­ водится по первой гармонической н. с., а потоки от выс­ ших пространственных гармоник н. с. учитываются как потоки рассеяния.

Из-за падения напряжения в индуктивном сопротив­ лении обмотки статора э. д. с. двигателя меньше прило­ женного напряжения и для рассматриваемых машин со­ ставляет (0,96-г-0,97) UH. Магнитный поток в машине (амплитуда основной гармонической)

0,97Рф-10-2 Вб,

4,44fwkw ’

где w — число последовательно соединенных витков

вфазе статора; kw— обмоточный коэффициент. Индукция в воздушном зазоре

(4-1)

где Ui — коэффициент магнитного перекрытия; /;— рас­ четная длина якоря, см.

Для синусоидальной формы поля оц = 2/я.

Расчетная длина якоря учитывает уменьшение пло­ щади зазора из-за радиальных каналов

U =ii—nrb'r.

3!

Поскольку зазор мал, поток частично проходит в ка­ налы, поэтому из длины сердечника вычитается не вся ширина канала, а часть его. Величина Ь'г берется по кривой рис. 4-1.

Намагничивающая сила для зазора (на два полюса)

где kb— коэффициент Картера:

11 и / 2 — пазовые деления статора и ротора; Ьа1 и А,,— ширина паза статора и шлица ротора.

Индукция в зубце на расстоянии /гп/3 от вну­ тренней поверхности ста­ тора

ширина зубца на расстоянии Az/ 3 от внутренней поверхности статора.

Намагничивающая сила для зубцов

Fz = 2hzHz.

Напряженность ноля для зубцов Нг берется с учетом искажения формы поля в зазоре. Из-за малого размера зазора на форму ноля в зазоре влияет насыщение участ­ ков магнитной цепи со сталыо, главным образом зуб­ цов. При синусоидальном распределении н. с. индукция в зубцах и в зазоре посередине полюсного деления боль­ ше, чем на краях. Поскольку магнитное сопротивление стали растет при увеличении индукции, сопротивление зубцов посередине полюсного деления значительно боль­ ше, чем на краях. За этот счет индукция в зубцах на краях полюсного деления увеличивается, а посередине— падает и кривая поля искажается — уплощается. В ре­ зультате уплощения кривой индукции в потоке появля-

32