3. Расчет тягового двигателя

Объектом исследования является синхронный двигатель с постоянными магнитами для гибридной установки. Сталь для проектируемого двигателя применим из материала ЮН13ДК25А, для которого: индукция (Тл), выпуклость кривой намагничивания , (Дж/ ), коэффициентом k=1.1. Применим синхронный двигатель с постоянными магнитами при вращения n= 10000 об/мин равную (ВА).

Остаточный коэффициент:

Построим кривую размагничивания постоянного магнита в относительных единицах. Для этого принимаем h=H/Hc; b=B/Br

1. b

b	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
h	0.99	0.999	0.998	0.998	0.997	0.995	0.993	0.993	0.988	0.973

Расчет энергии:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

3. Определение основных размеров двигателя

7.1 Активный объем постоянного магнита

Размеры синхронных двигателей с постоянными магнитами, как и генераторов, определяются объемом постоянных магнитов. Обычные расчетные формулы для определения размеров машины с электромагнитным возбуждением здесь применимы только в принципе. При выводе расчетной формулы для определения объема постоянного магнита считается, что магниты в двигателе используются оптимально. Тогда согласно рабочей диаграмме на рис. 16  АОС должен быть наибольшим. Треугольник АОС пропорционален произведению E₀I_п, где I_п - ток короткого замыкания «исходного» генератора (некоторого фиктивного расчетного генератора).

Характеристика короткого замыкания G_к.з. проходит так, что точка B пересечения ее с прямой возврата делит отрезок AC в отношении .

Как уже было получено, электромагнитная мощность синхроннго двигателя

(1)

Из построений на рис. 8-11 следует, что

. (2)

Подставив последнее выражение в (1), получим:

(3)

Обозначив отношение

(4)

и используя выражение (3), получим:

(5)

Подставив вместо и их значения (из выражений в относительных единицах), получим:

(6)

Произведение представляет собой объем всех магнитов машины; с учетом этого

(7)

если принять =45^о, что соответствует запасу по статической устойчивости (без учета реактивного момента), то

(8)

Активный объем постоянного магнита определяется выражением

. (9)

Электромагнитная мощность P в выражении (9) измеряется в вольт-амперах; имеют размерности вб/м² и а/м соответственно.

Выбираем предварительно =0,4.

k выбираем равным 1,1.

Величины зависят от выбранного материала. В качестве материала постоянного магнита могут быть взяты сплавы типа магнико и алнико. Сплавы магнико и со столбчатой структурой, обладающие анизотропными свойствами, являются наиболее подходящим материалом для магнитной системы.

Имея объем постоянного магнита, мы должны определить размеры магнита и ротора в целом. В решении этой задачи имеется некоторая свобода.

Для случая звездообразного ротора с магнитом-звездочкой по аналогии с определением размеров магнита для генераторов диаметр магнита D_м может быть определен с помощью выражения

(10)

Величина коэффициента заполнения k_з.м зависит от числа полюсов 2p. Можно предварительно принять при 2p=8 величину k_з.м=0,65. При этом следует учитывать, что пространство магнита должно быть достаточным для размещения намагничивающей обмотки. Величина выбирается в пределах

При выборе величины необходимо учитывать то обстоятельство, что линейные скорости магнита не должны превосходить допустимых.

Д.С. Уриновским применительно к магнитной системе явнополюсной конструкции даются следующие рекомендации по высоте магнита и площади его поперечного сечения :

(11)

, (12)

где

(13)

- воздушный зазор, мм.

В формуле (13) выражается в сантиметрах; объем постоянного магнита имеет размерность см³; - проводимость короткого замыкания - выражается в относительных единицах; выражается в Тл, а - в А/м; выбирается по рабочей диаграмме магнита в относительных единицах для известного и оптимально использованного магнита.

Из графика:

(А)

U=0.474 (В)

Ширина полюса магнита должна выбирать исходя из условия обеспечения минимального объема ротора. Исходя из рассмотрения соотношения между площадью, занятой торцовыми частями магнитов, и площадью описанного вокруг них многоугольника с числом сторон, равным , находят, что максимальное использование объема ротора получается при соотношении

(14)

По известным и определяется и длина магнита :

(15)

Высота нейтрального сечения магнита принимается равной

(16)

После того как размеры магнита установлены, можно найти диаметр и длину ротора.

На каждом полюсе крепится полюсный башмак, набираемый из листов электротехнической стали. В полюсных башмаках расположена пусковая (депмферная) клетка.

1. Диаметр ротора равняется

=471* ( )

2. Диаметр магнита:

=0.1 (м)

2. Воздушный зазор:

Δ=0,01+0,03 =0,00024 (м).

2. Высота и площадь поперечного сечения магнита:

={ }=2.9 (см)=0.029(м).

19.9* (м)

2. Ширина полюса:

=0.024(м).

2. Длина магнита:

2. Высота нейтрального сечения магнита

=0.0132 (м)

2. Диаметр ротора:

(см)=0.1164(м)

2. Зазор между полюсными башмаками

=2.4*

2. Внутренний диаметр якоря

=0.1168(м)

2. Магнитный поток в воздушном зазоре:

=0,65*1,4*19,9* =1,8* (Вб)

2. Ширина зубца статора:

2. Высота спинки ярма:

2. Внешний диаметр статора:

=0.15 (м)

2. Число витков на фазу:

2. Число зубцов статора:

2. Зубцовое деление статора:

2. Число активных проводников:

2. Окончательное значение:

2. Плотность тока в обмотке якоря:

2. Площадь поперечного сечения эффективного проводника:

2. Сечение эффективного проводника (окончательное):

2. Плотность тока в обмотке (окончательное):

[15]