книги из ГПНТБ / Маршак, Е. Л. Расчет асинхронных двигателей при ремонте

q2— площадь сечения элементарного проводни­ ка, мм2;

/и2 — число элементарных проводников в эффек­

всех изолированных проводов, заложенных в паз, к пло­ щади паза. Если у волновой обмотки в пазу два стерж­ ня, этот коэффициент не нормируется; его определяют в каждом отдельном случае, исходя из конкретных раз­ меров паза, стержня и изоляции.

ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В электродвигателях с короткозамкнутым .ротором обмотку последнего, так ^называемую беличью клетку, получают путем заливки пазов алюминиевым сплавом (в основном алюминиево-марганцовистый) с повышен­ ным удельным сопротивлением. Как одно целое отли­ ваются стержни, короткозамыкающие кольца и, если это предусмотрено конструкцией электродвигателя, вен­ тиляционные лопатки. При ремонте такую обмотку час­ тично или полностью восстанавливают по заводскому исполнению и нет надобности в ее электрическом или механическом расчете. Следует только сохранить хими­ ческий состав сплава, чтобы сохранить активное сопро­ тивление обмотки, пусковой момент электродвигателя и величину скольжения при номинальной нагрузке.

У электродвигателей средней и высокой мощности беличьи клетки могут быть не литые алюминиевые, а сварные из меди или латуни (в этой конструкции стерж­ ни, заложенные в пазы, приварены к короткозамыкающим кольцам, расположенным по торцам ротора).

При поверочном расчете короткозамкнутого ротора с любой клеткой следует по формулам (23) и (24) опре­ делить индукцию в зубцах и спинке ротора и сравнить их с допустимыми, указанными в таблице 5.

Для сварных клеток также определяют следующие параметры.

67

Ток в стержне обмотки (беличьей клетке), А:

где К — коэффициент, зависящий от cos ср электродви­ гателя (определяется по кривой, рис. 21).

Ток в короткозамыкающем торцевом кольце, А:

где |3 — угол сдвига токов в соседних стержнях, рад:

Плотность тока в стержнях и замыкающем кольце также сравнивают с допустимыми по таблице 5 вели­ чинами.

Кроме того, нужно проверитьвеличинумеханиче­ ского напряжения от растяжения, возникающего при вращении ротора в короткозамыкающем кольце под действием центробежных сил и веса кольца.

Для массивных колец, не ослабленных пазами под стержни, кгс/см2:

68

РАСЧЕТ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ

Исходные данные

Переводя электродвигатель на новое напряжение при той же частоте вращения, надо сохранить его мощ­ ность, а для этого следует оставить неизменными индук­ цию на всех участках магнитной цепи и объем тока в пазу.

Таким образом, при сохранении скорости вращения, плотности тока и мощности число эффективных прово­ дов в пазу изменяется прямо пропорционально, а их сечение — обратно пропорционально новому и старому напряжению.

Если число проводов в пазу увеличивается, увеличит­ ся и объем, занимаемый изоляцией проводов, поэтому рекомендуется применять элементарные проводники большего диаметра, входящие в эффективный провод, или обмоточные провода с более тонкой изоляцией. Иногда приходится прибегать к уменьшению числа па­ раллельных ветвей в фазе и тем самым увеличивать се­ чение провода в каждой из параллельных ветвей.

Однако упомянутые мероприятия по увеличению ко­ эффициента заполнения паза не всегда можно осущест­ вить, или эффект их может оказаться недостаточным. Кроме того, переход на более высокое напряжение мо­ жет быть связан с утолщением пазовой изоляции, поэ­ тому не всегда удается сохранить общее сечение меди

* Здесь к обозначениям, относящимся к старому исполнению, добавляется индекс «с» и к новому исполнению — индекс «н». Эти индексы следует добавлять при последующих расчетах.

69

в пазу, что вынуждает снизить мощность электродви­ гателя.

При переводе крупных электродвигателей с номи­ нального напряжения 3 кВ на 6 кВ практически потеря мощности достигает 15—20%.

Перевод электродвигателей на пониженное напря­ жение во многих случаях позволяет увеличить их мощ­ ность благодаря облегчению пазовой изоляции и умень­ шению числа эффективных проводов в пазу.

При переводе электродвигателя на новое напряже­ ние обмотка ротора не нуждается в изменении; как сле­ дует из формул (25) и (29), напряжение на кольцах ротора и фазовый ток при этом остаются прежними.

Пример расчета

Требуется рассчитать обмотки электродвигателя напряжением 127/220 В при изменении напряжения на 220/380 В.

Обмоточные данные электродвигателя (127/220 В)

Расчет

Число эффективных проводов в пазу при изменении напряже­ ния на 220/380 В (с условием сохранения схемы обмотки и числа элементарных проводников в эффективном проводе,— по форму­ ле 38)

<д= “Чп 1с 17,п/П1с = 20 - 220/127 —34,6—

округляется до ближайшего целого числа — 35.

70

Диаметр изолированного элементарного проводника при сохра­ нении марки провода ПЭЛБО и двухсторонней толщине изоляции

(7п!п = тсс/2!,Iп/4= 3,14-1,212/4 = 1,15 мм2.

Указанное уменьшение диаметра провода при одновременном увеличении числа проводов, укладываемых в паз, ухудшает коэф­ фициент заполнения паза. По формуле (18)

Kic = Шэпю^нтс^7и1с/Qnt= 20 -2-1,791 /160,0=0,45;

/Cin=35-2-1,15/160,0=0,50.

Столь значительное повышение коэффициента заполнения паза недопустимо, так как можетпривести к повреждению изоляции при укладке обмотки, поэтому необходимо либо выбрать провод другой марки с более тонкой изоляцией, либо применить для изо­ ляции паза более тонкие материалы с повышенной электрической прочностью.

Если это невозможно, рационально изменить обмоточные дан­ ные: выполнить обмотку с одной ветвью в фазе, вместо двух, без разбивки эффективного провода на элементарные проводники.

При этом перерасчете:

сечение неизолированного элементарного проводника (который

совпадает с его значением до перевода электродвигателя на напря­ жение 220/380 В.

РАСЧЕТ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Общие сведения

Переводя на другую частоту вращения электродви­ гатель с короткозамкнутым ротором, следует сверить по' формуле (19) возможность такого перевода с точки зре­ ния допустимого соотношения нового, измененного числа полюсов и числа пазов статора и ротора.

71

При уменьшении числа полюсов и сохранении ин­ дукции в воздушном зазоре увеличивается индукция в спинках сердечников статора и ротора. При увеличении числа полюсов зависимость будет обратная. Индук­ ции же в зубцах сердечников статора и ротора остаются неизменными.

Пересчет электродвигателя в связи с изменением чис­ ла полюсов следует начинать с определения индукции иа всех участках магнитной цепи. В некоторых случаях может оказаться, что спинки сердечников статора и ро­ тора недостаточно загружены магнитным потоком и ин­ дукция в них может быть повышена. Такая недогрузка бывает у электродвигателей старых выпусков — в них активные материалы не всегда были загружены пол­ ностью.

Когда при измененном числе полюсов индукция в зазоре и зубцах охраняется и когда возросшая индук­ ция в спинке не окажется чрезмерной (превышение при­ веденных в таблице 5 значений не более чем па 10— 15%), при пересчете руководствуются следующими ре­ комендациями.

При сохранении индукции в зазоре и номинального фазового напряжения (см. формулу 8):

Рсйлс! (cOontc^olc) — PuCtlul (cOnnlii^oln) i

т. e. новое число эффективных проводов в пазу

Й>эп1н= <Вэп1с^01сЙ1нРп/ (^OlH^icPc) =

—®эп1с^о1сП'СсЙ1п/ {koliiH-cn^lc) •

Если сохраняются тип, шаг обмотки и объем тока в пазу, сечение эффективного провода и число проводов в пазу соответственно составят:

Указанное в формуле (43) изменение мощности элек­ тродвигателя при изменении частоты вращения можно рассматривать как приближенное, так как при увели­ чении частоты вращения увеличиваются потери на тре­ ние, хотя и повышается производительность вентиля­ тора.

72

Когда при увеличении частоты вращения приходит­ ься уменьшать индукцию в зазоре, чтобы ввести в норму индукции в спинках сердечников статора и ротора, про­ порционально 'увеличивается число эффективных прово­ дов в пазу и уменьшается сечение эффективного прово­ да и номинальная мощность электродвигателя.

Если число эффективных проводов в пазу увеличить, ухудшится коэффициент заполнения паза. Поэтому при перемотке электродвигателя следует применять прово­ да с более тонкой изоляцией и максимально допустимо­ го диаметра (из условия возможности укладки провода через шлиц паза).

Для увеличения диаметра провода следует пересмот­ реть и по возможности уменьшить число элементарных проводников в эффективном проводе и число параллель­ ных ветвей в фазе.

Увеличение мощности электродвигателя при повы­ шении частоты вращения может ограничиваться меха­ нической прочностью его частей и их нагревом.

Она не должна превышать для фазового ротора 30— 40 м/с, а для короткозамкнутого ротора — 40—60 м/с.

Бандаж фазового ротора при увеличении скорости вращения обычно усиливают. Требуемое число витков бандажа

73

Рис. 23. Минимально допустимый диаметр вала в зависимости от мощности электро­

двигателя.

о— напряжение в бандаже, возникающее от его веса при вращении,

ст = 0 ,3 - 1 0 ~ 61)2бД2 к г с /см 2,

где Dо — диаметр бандажа.

Если проволоки требуемого диаметра нет и ее за­ меняют проволокой другого диаметра, число витков в равнопрочном бандаже при этом

где вутр— число витков бандажа, требуемое по расчету;

мм.

По схеме (рис. 23) следует проверить прочность сво­ бодного конца вала (т. е. конца вала, служащего для насадки шкива, муфты или шестерни). -

74

Нагрев подшипников также увеличивается при по­ вышении скорости вращения и увеличении мощности электродвигателя, что отрицательно сказывается на об­ щем коэффициенте полезного действия электродвига­ теля.

При перемотках, связанных с уменьшением числа по­ люсов, увеличивается шаг обмотки и вылет лобовых час­ тей. Здесь следует проверить, допустимо ли это с точки зрения обеспечения требуемого изоляционного расстоя­ ния между торцевыми крышками и обмоткой.

Пример расчета

Паспортные и обмоточные данные электродвигателя (частота вращения 1500 об/мин)

75

Число полюсов электродвигателя (по формуле 2)

2р„ = 6000/3000=2.

Полюсное деление статора (по формуле 4)

t i B= 3,14 -15,2/2=23,9 см.

Активная длина сердечника статора (по формуле 6)

/ai = 0,93(12,0—2-1,0) =9,3 см.

76