книги из ГПНТБ / Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока

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

Рекомендуется принимать следующие индукции в раз­ личных участках магнитной цепи асинхронных двигате­ лей:

Ток холостого хода двигателя (действующее значе­ ние) определяется по величине н. с. на два полюса для трехфазной обмотки

1 0 0 0 об/мин ток холостого хода составляет 25—50% но­ минального тока (большие значения относятся к более тихоходным машинам и меньшим мощностям).

4-2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

Анализ работы асинхронного двигателя производится по схемам замещения двигателя или с помощью круго­ вой диаграммы, построенной на основании схемы заме­ щения. Для двигателей с короткозамкнутым ротором и глубокими стержнями или двойной клеткой схемы заме­ щения приведены на рис. 5-2 и 5-5. Для построения диа­ граммы и для анализа необходимо знать параметры ма­ шины.

Параметры статора. Активное сопротивление фазы об­ мотки статора при 15°С в омах

меди обмотки статора, мм2; а — число параллельных вет­ вей обмотки,

34

РЯ

где /о=/г—0,Ьптг— расчетная длина статора, см; 2 Я — проводимость потоков рассеяния; 2 Я = Я,п+Я,к+Ял.

Проводимость потоков рассеяния между стенками паза

Параметры ротора. В схеме замещения параметры ро­ тора приведены к частоте, числу витков и числу фаз об­ мотки статора. Как известно, приведение производится так, чтобы потери в реальной и приведенной цепях были одни и те же, при этом э. д. с. не изменяется.

Потери в короткозамкнутой обмотке ротора

P3 = l\ геЪг= m ,/'V 2, Вт,

где /2—действительный ток в стержне, А; ге = гс+гн — сопротивление элемента обмотки, состоящее из сопротив­ ления одного стержня гс= р7 5 /сА7 с и сопротивления участ­ ка короткозамыкающего кольца между стержнями

Здесь p7s— удельное сопротивление материала стерж­

=nDR/Z2—длина участка кольца между стержнями, м;

А— коэффициент приведения сопротивления кольца к со­ противлению стержня, равный (Л. 1]

Приведенное индуктивное сопротивление

X,2=\2{Wikw)zX2lZ2,

где х2 — индуктивное сопротивление ротора в омах

х г = 2nfs2^ /02 Я-1 0 ~7.

где /о в см; определение проводимостей рассеяния об­ мотки ротора 2Я дано в гл. 5.

Круговая диаграмма. В общем случае намагничиваю­ щий контур выносится на зажимы схемы замещения. Ошибка, которая при этом получается, учитывается так называемым коэффициентом рассеяния статора [Л. 4]

По известным параметрам схемы замещения строит­ ся круговая диаграмма (рис. 4-5). В этой диаграмме па-

36

|)яметры двигателя постоянны. Для двигателей с вытес­ нением тока она справедлива при малых скольжениях (для рабочих режимов).

Рис. 4-5. Круговая диаграмма для рабочего режима.

На рис. 4-5 /о — ток холостого хода; ОА — потери хо­ лостого хода в масштабе мощности; чр2 — угол поворота линии центров,

Глава пятая

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ВЫТЕСНЕНИЕМ ТОКА

В тех случаях, когда для насосов тепловых электро­ станций не требуется регулирование скорости, применя­ ются асинхронные короткозамкнутые двигатели. Обмот-

37

ка ротора может выполняться в виде двойной клетки с круглыми стержнями и отдельными для каждой клетки короткозамыкающими кольцами либо из стержней кол­ бовидного профиля. Эксплуатационные параметры дви­ гателя (к. п. д. coscp) при обоих исполнениях отличают­ ся незначительно, максимальный момент выше у двига­

теля с одной клеткой, так как меньше индуктивное со­ противление обмотки ро­ тора.

малую ширину (2—3 мм). У двигателей с колбовидными пазами ширина шлица должна быть больше, чтобы мож­ но было осуществить керновку стержней — технологиче­ скую операцию, необходимую для закрепления стержня

в пазу.

Однако уменьшение добавочных потерь может быть достигнуто рациональным выбором числа пазов и по­ этому вопрос о добавочных потерях не является решаю­ щим при выборе исполнения ротора. Благодаря тому что трудоемкость изготовления одной клетки меньше, двигатель с пазами колбовидного профиля получил ши­ рокое распространение. Двухклеточное исполнение при­ меняют тогда, когда необходимо уменьшить пусковой ток и получить высокий пусковой момент, например для обеспечения пуска при возможных снижениях напряже­ ния в сети.

38

5-1. ДВИГАТЕЛЬ С ДВОЙНОЙ КЛЕТКОЙ

В случае двухклеточного исполнения ротора верхняя клетка выполняется из латунных стержней, а нижняя — из медных. В момент пуска и при малой частоте враще­ ния, когда скольжение ротора велико, индуктивное со­ противление нижней клетки много больше, чем верхней, и в несколько раз больше активного сопротивления. В верхней клетке двигателей рассматриваемого диапа­ зона мощностей протекает около 80—90% суммарного роторного тока, и вращающий момент создается в ос­ новном взаимодействием статорного поля с током в верх­ ней клетке. Поскольку вращающий момент пропорцио­ нален активному сопротивлению, верхняя клетка выпол­ няется из латунных стержней и диаметр стержней бе­ рется меньше, чем у нижней клетки.

По мере нарастания частоты вращения частота тока в роторе и индуктивное сопротивление обмотки па­ дают. При номинальной частоте вращения частота тока в роторе насосных двигателей около 0,5 Гц и индуктив­ ным сопротивлением обмотки можно пренебречь. Актив­ ное сопротивление нижней клетки меньше, чем верхней, и около 80% роторного тока протекает по нижней клет­ ке. Нижняя клетка выполняется из медных стержней. Поскольку стержни не изолированы и имеют хорошую теплоотдачу, плотность тока в нижней клетке при номи­

деление ротора, см.

Сечение стержня верхней клетки выбирается из усло­ вия нагрева при пуске; оно обычно на 20—25% меньше сечения нижнего стержня. Плотность тока в стержнях верхней клетки в номинальном режиме / = 1,5н-'2,2 А/мм2.

В процессе пуска стержни верхней клетки имеют более высокую температуру, чем стержни нижней, и испытывают большее удлинение. Во избежание обрыва стержней верхняя и нижняя клетки имеют отдельные короткозамыкающие кольца.

39