1.2.Главные размеры и электромагнитные нагрузки

К главным размерам ЭМ переменного тока относятся внутренний диаметр статора и его расчетная длина . Для ЭМ постоянного тока к главным размерам относятся диаметр якоря и его расчетная длина . К электромагнитным нагрузкам относятся максимальное значение индукции в воздушном зазоре и линейная нагрузка .

Если при проектировании заданы мощность и частота вращения машины, объем и масса материалов обратно пропорциональны произведению электромагнитных нагрузок.

Таким образом, с целью уменьшения габаритов, массы, удельного расхода активных материалов целесообразно повышать значения электромагнитных нагрузок. Однако, это сопровождается рядом негативных последствий. Повышение индукции в воздушном зазоре приводит:

к увеличению магнитных индукций на всех участках магнитной цепи и увеличению потерь в стали, пропорциональных квадрату индукции;

к увеличению насыщения магнитной цепи и, следовательно, увеличению намагничивающего тока асинхронных двигателей и потерь на возбуждение в машинах постоянного тока и синхронных;

к изменению электрических свойств машины (в машинах переменного тока изменяются параметры обмоток, в машинах постоянного тока изменяются условия коммутации).

Исходя из этого, значение индукции в воздушном зазоре даже в самых крупных машинах не превосходит 1 Тл.

Повышение линейной нагрузки приводит:

к возрастанию потерь, приходящихся на единицу охлаждаемой поверхности, т. е. к увеличению нагрева машины;

к изменению электрических параметров обмоток машин переменного тока;

к нарушению экономически целесообразного соотношения между электрическими и магнитными потерями в машине.

Оптимальное значение линейной нагрузки существенно зависит не только от мощности машины и ее частоты вращения, но и т класса изоляции и конструкции системы охлаждения.

1.2.1.Соотношения в геометрически подобных машинах (законы подобия)

Геометрически подобными машинами называют ряд машин, которые подобны в геометрическом отношении и имеют одинаковые значения индукции в воздушном зазоре , частоты вращения и попарно одинаковые плотности тока в обмотках. Геометрически подобных машин (ГПМ) на самом деле не существует, однако, полученные для них соотношения (законы подобия) позволяют сделать ряд важных выводов, распространяющихся на все ЭМ.

Зависимость мощности гпм от линейных размеров

Электромагнитная мощность машины постоянного тока:

ЭДС якоря:

тока якоря:

магнитный поток:

Проанализировав эти формулы, получим, что в ГПМ ЭДС якоря и ток якоря пропорциональны квадрату любого геометрического размера:

Следовательно, электромагнитная мощность ГПМ пропорциональна четвертой степени любого линейного размера:

или

Изменение условий охлаждения с ростом мощности гпм

Условия охлаждения и, соответственно, нагрев машин при одинаковых конструкциях систем охлаждения определяется потерями, приходящимися на единицу охлаждаемой поверхности:

Так как потери при одинаковых индукциях и плотностях тока в обмотках пропорциональны объему, т. е. кубу линейного размера, а поверхность охлаждения пропорциональна квадрату любого геометрического размера, получаем:

Следовательно, с ростом мощности ГПМ потери, приходящиеся на единицу охлаждаемой поверхности, увеличиваются и условия охлаждения ухудшаются.

Аналогично можно проанализировать изменение любого параметра ГПМ.