2568

Рис. 2.3.

Рис. 2.4.

Как видно из рис. 2.2, в роторе сверлится лишь крепежное отверстие 1 па-

раллельно оси ротора, в которое вворачивается болт 2. Между фторопласто-

выми втулками 3 и 4 закреплен диск 5 вентилятора с лопатками. Однако, в

общем случае требуется применение статора 6 большего осевого габарита,

чтобы в его расточке поместился и основной ротор и диск 5. Этот недоста-

ток устраняется путем применения конического диска - см. рис. 2.3 так же,

как и в предыдущем случае, в роторе сверлится крепежное отверстие 1, но под углом к оси ротора, в отверстие вворачивается болт 2, на который наса-

живается фторопластовая прокладка 3 и диск 4 с лопаткой 5. Токозамыкаю-

щие кольца имеют в верхней части скос, обеспечивающий размещение ко-

нического диска под расточкой статора.

Особенностью такой, несомненно, одной из наиболее простых, конст-

рукций, является низкое значение вращающегося момента, поскольку из-за ограниченной толщины диска, осевая длина ротора незначительна, следова-

тельно, силовое взаимодействие с основным полем происходит на коротком участке.

Роторный вентилятор, обладающий повышенным моментом, и уста-

новка которого связана с минимальным внедрением в конструкцию ротора показан на рис. 2.4. В теле ротора сверлится глухое отверстие 1 под под-

шипник вентилятора, а также два отверстия с резьбой под болты 2. Болты крепят ферромагнитную вставку 3, являющуюся проводником магнитного потока для ротора 4 вентилятора. Второй подшипник ротора вентилятора за-

креплен в планке 5 одновременно со вставкой 3 болтами 2. На свободном конце вала ротора 4 установлено колесо 6 вентилятора с лопастями 7. Токо-

замыкающее кольцо 8 основного ротора имеет также лопатки. Для установ-

ки вставок 3 на внешнем участке кольца 8 удаляется алюминий в канале.

Форма вставки 3 и канала может быть и иной, например, круглой с сег-

ментным участком воздушного зазора. В этом случае формирование канала в замыкающем кольце осуществляется путем рассверливания глухого отвер-

стия с последующей нарезкой резьбы меньшего диаметра для крепежных болтов 2.

Основным требованием к разработке методов расчета автономных ро-

торных вентиляторов является получение зависимостей, позволяющих осу-

ществить синтез роторных вентиляторов по заданным условиям и парамет-

рам, или, способствующих выбору типоразмера и числа вентиляторов для установки их на конкретную машину с указанием ожидаемого снижения температуры лобовых частей обмотки.

Известно, что получить точные решения уравнений движения охлаж-

дающей среды не удается из-за сложного характера течения, связанного с такими явлениями, как турбулентность, вихреобразование, сжимаемость газа.

В случае роторных вентиляторов эта сложность еще более усугубля-

ется тем, что на основной охлаждающий поток от штатного вентилятора и вентиляторных роторных лопаток накладываются потоки от дополнительных роторов.

Поэтому наряду с теоретическим изучением поведения данного охла-

ждающего потока, должное внимание необходимо уделить и эксперимен-

тальному исследованию, в значительной мере основанному на теории подо-

бия, что позволяет получить результаты в такой форме, чтобы их можно бы-

ло легко применить в расчетной практике.

Поскольку активная длина дуги вставки - статора вентилятора всегда меньше длины окружности ротора, для расчета удобно применять некоторые соотношения, применяемые в теории дугостаторного электропривода, отли-

чающиеся однако, существенными особенностями. Их сущность состоит в учете следующих факторов :

1.Вставка-статор является практически лишь проводником основного потока, ослабленного как воздушным зазором, так и краевыми эффектами, и

имеющего ту же полюсность .

2.Работа ротора вентилятора происходит при широком диапазоне

скольжения и в условиях возмущающего воздействия вентиляторного мо-

мента при номинальной скорости вращения основного ротора.

Активная поверхность S ротора вентилятора определяется соотноше-

нием:

S drl 2 *rl 2 p l

где

- центральный угол, r - радиус ротора,

* - отношение длины активной дуги статора к 2 r (относительный активный угол),

l - активная длина сердечника,

р - число пар полюсов,

где

m - число фаз,

q - число пазов на полюс и фазу, t - пазовый шаг.

Ток в торце к.з. ротора Iл определяется как

где

А2 - линейная нагрузка ротора,

c* 1 - отношение хорды к дуге электрического угла между токами двух смежных стержней.

Общая величина краевых потерь (в долях от номинальной электро-

магнитной мощности) получается как сумма краевых потерь на входе в магнитное поле статора и на выходе:

где

ААИ - удельный ток на входе в поле статора,

Ак2 - удельный ток ротора, соответствующий скольжению S=1,

М*П - кратность пускового момента по отношению к номинальному,

XSK2 и RSK2 соответственно единичные реакции и активные сопротивле-

ния ротора на входе при пуске,

A - средняя длина тормозного участка проводников ротора, входящих в магнитное поле статора,

PB’ - потери мощности в роторе при входе,

Pl - электромагнитная мощность по треугольнику мощностей

B - среднеквадратичная индукция в зазоре,

BBC - среднеквадратичная индукция на выходе,

SBC - эквивалентный зазор на конце статора равный

SBC SKS K M

где

S - действительный зазор,

KS - коэффициент Картера,

KM - отношение полной намагничивающей силы (н.c.) к н.с. для зазора

М - угол соответствующий намагничивающему току.

При расчете ожидаемого снижения температуры обмотки статора в ре-

зультате действия, роторных вентиляторов принимается гипотеза о суперпо-

зиции температур, как термодинамических обусловленных отдельно посто-

янными и переменными потерями. С целью выявления их конкретного со-

отношения в машине и, соответственно, принятия решения об установке ро-

торных вентиляторов, целесообразно проведение измерения некоторых теп-

ловых параметров непосредственно на машине, а именно, проведения опы-

тов холостого хода и короткого замыкания [2] и [3].

Дальнейшая обработка результатов этих опытов, а именно, снятых экс-

периментально кривых нагрева лобовых частей в опыте холостого хода и аналогичной кривой при пониженном напряжении и неподвижном роторе в опыте короткого замыкания производится (в зависимости от необходимо-

сти) на основании представления теплового состояния электродвигателя по первой тепловой модели (двигатель, представляет собой однородное теп-

ловом отношении тело), по второй тепловой модели (учет меди и стали дви-

гателя), по третьей тепловой модели первой модификации (учет меди, стали и изоляции), по третьей тепловой модели второй модификации (учет нагре-

той зоны, корпуса и охлаждающей среды) и наконец, для наибольшей точно-

сти - распределения тепловой модели.

Рассмотрим первую тепловую модель. Для опыта холостого хода , учи-

тывающего наибольшую теплоотдачу, связанную с наивысшей скоростью, а

также постоянные потери, имеем следующие выражения для линейного не-

однородного уравнения и передаточной функции температуры по постоян-

ным потерям:

где

с

Т х. х. Ах. х. ,

с – теплоемкость.

Определение производится известными методами по кривой нагрева,

по ней же производятся и определение установившегося превышения темпе-

ратуры, вызванного воздействием постоянных потерь:

ух. х. упост

Поскольку общее значение установившегося превышения температуры двигателя известно (оно определяется классом изоляции и допустимым пре-

вышением температуры +40 по ГОСТ 183-74), на основании принципа су-

перпозиций, превышение температуры вызванное номинальными перемен-

ными потерями находят как:

упер у упост

При этом сразу можно оценить коэффициент потерь r:

Для режима короткого замыкания аналогично имеем:

По определении Т х. х. и Т к. з можно определить коэффициент ухудше-

ния охлаждения при нагрузке:

Превышение температуры при нагрузке определяется как:

( p) W пост ( p) Pпост ( p) W пост ( p) Pпер ( p)

Для оценки действия роторных вентиляторов определение производит-

ся путем повторения выше описанных опытов с установленными на роторе вентиляторами.

Наиболее простым способом определения изменения коэффициента теплоотдачи статорной обмотки (лобовых частей) является метод регулярно-

го режима [9], связанный с обработкой опытных температурно-временных зависимостей, определенных для режима короткого замыкания. Так, напри-

мер, на рис. 2.5 приведены такие зависимости, определяемые АЕР мощно-

стью 180 Вт с пусковой обмоткой (опыт проводился при пониженном напря-

жении). Температура посередине вылета лобовых частей обмотки статора измерялась термопарой ТХК с потенциометром ПП-63. Верхняя кривая отно-

сится к режиму без роторных вентиляторов, нижняя - с роторными вентиля-

торами. В качестве роторного вентилятора используется консольно закреп-

ленный ротор от микродвигателя РД-09 с радиальной крыльчаткой внешним диаметром 35 мм, внутренним - 20 мм, ширина лопасти 5 мм, число лопа-

ток - 8. На рис. 2.6 приведена зависимость снижения стационарной темпера-

туры в результате действия роторных вентиляторов, от напряжения опытов короткого замыкания, и, следовательно, частоты вращения вентиляторов.

Поскольку коэффициента телоотдачи от скорости воздуха известна [9, с.225],

то приведенных температурно-временных зависимостей оказывается доста-

точным для построения имитационной модели, которая позволяет оценить уменьшение нагрева машины при пуске при использовании определенного числа роторных вентиляторов с конкретными параметрами, и, соответствен-

но, расширение этих результатов на другие режимы работы.

Рис.2.5

Рис.2.6

3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОРБИТАЛЬНЫХ РОТОРНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ НА ТЕПЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Одним из частных случаев многоэлементных электромеханических систем являются многороторные машины с роторами, разнесенными по ок-

ружности - орбитальные машины. Известно их применение в качестве при-

водов манипуляторов промышленных роботов с внешними магнитными сис-

темами цилиндрического типа, в качестве базы двухскоростного асинхрон-

ного привода, а также и в других случаях.

В данной статье рассматривается их новое применение в качестве ор-

битальных роторных вентиляторов.

Как известно, несмотря на массу достоинств, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет и недостаток, который заключается в не-

возможности включения в цепь ротора во время пуска реостата.

Для двигателей, работающих с частыми пусками в повторно-

кратковременном режиме S4, при котором, в отличие от обычного повторно-

кратковременного номинального режима S3, пусковые потери оказывают существенное влияние на превышение температуры частей машины, обыч-

ных мер по ограничению тока (например, глубокопазное исполнение) оказы-

вается недостаточно. Поэтому такие двигатели имеют специальное исполне-

ние, с увеличенными массогабаритными показателями. Одним из факторов,

способствующим такому решению, является резкое ухудшение самовентиля-

ции двигателя в режиме пуска при пониженных угловых скоростях. Приме-

нение независимых вентиляторов-наездников приводит к существенному увеличению стоимости и не может быть рекомендовано в массовом электро-

приводе.

Таким образом, существует проблема улучшения вентиляции двигателей массовых серий, используемых в режимах с частыми пусками при ограниче-

нии стоимости продукции.