книги / Проектирование электрических машин

где аеЬе— поперечное сечение про­ водника обмотки воз­ буждения, м2;

wc— число витков в катушке.

Коэффициент 1,05 учитывает изо­ ляцию проводника. Масса полюса на 1 м длины, кг/м,

где Sm— площадь поперечного се­ чения полюса с полюсным наконеч­ ником и хвостами, м2; для предвари­ тельных расчетов площадь хвостов можно принимать равной 7% пло­ щади сердечника.

По найденной из (9-48) силе С' по табл. 9-6 выбирается тип хвоста.

В том случае, если полученная из расчета нагрузка на хвост превыша­ ет допустимую, то полюс можно вы­ полнять с двумя или большим чис­ лом хвостов. Учитывая возможную неравномерность распределения уси­ лий между хвостами, нагрузка на каждый из них по сравнению с таб­ личной снижается на 10% при двух хвостах н на 20% — при трех.

П р и м е р р а с ч е т а . Исходные дан­ ные: n,|=600 об/мнн, Я=41,9-10~* м, Л»,р=

Рнс. 9-35. Размеры паза и ласточкина хвоста.

Расчет крепления полюсов с по­ мощью ласточкиных хвостов. За­ крепление полюсов в ободе ротора с помощью выступов в виде ласточ­ кина хвоста (см. рнс. 9-32, в) при­ меняют в машинах средней мощно­ сти, когда радиальная высота обода ротора может оказаться недостаточ­ ной для размещения паза Т-образ­ ной формы. Заклинивание хвостов производят двумя затяжными клиньями с уклоном 1 : 200, распо­ ложенными с боковой стороны хвоста.

В табл. 9-7 даны размеры норма­ лизованных ласточкиных хвостов и пазов для них (обозначения см. на рис. 9-35).

Выбор хвоста производится так лее, как и в предыдущем случае, ис­ ходя из рассчитанной по (9-48) на­ грузки.

Расчет крепления полюса при помощи болтов. Число болтов для крепления полюса шо выбирается не менее двух. Для того чтобы не происходило удлинение болтов под действием центробежной силы при вращении ротора, болты ставят с предварительным натягом, который превышает центробежную силу на

20% .

Т а б л и ц а 9-7

Допустимая нагрузка, кН/м

Центробежная сила полюса при максимальной скорости, Н,

где тп— масса одного полюса, рав­

Расчет межполюсных распорок.

При вращении ротора на проводник обмотки возбуждения действует цен­ тробежная сила Gn, направленная по радиусу ротора. Эту силу, прило­ женную к центру тяжести провод­ ника, можно разложить на две со­ ставляющие, одна из которых на­ правлена по продольной оси полюса,

а другая — перпендикулярно этой оси (рис. 9-36). Продольная состав­ ляющая воспринимается полюсным наконечником, а поперечная состав­ ляющая стремится выгнуть провод­ ник в межполюсное пространство. Поперечная составляющая одинако-

Боковое давление на распорку по

(9-58)

N = 0,981-0,21• 10—5-3,5-10—5X X65[ (*6.tt+^7,7i.10-L_jx

:с| (2-5,95+66).10—?

Расчет кромки полюсного нако­ нечника. Наиболее опасным сечени­ ем полюсного наконечника является сечение А—А (рис. 9-39). Кромка полюса испытывает изгибающий мо­ мент от центробежных сил обмотки и самой кромки. При наличии меж­ полюсных распорок, опертых на кромку полюса, на нее будут также действовать моменты от сил боко­ вого давления обмотки через рас­ порку и от центробежной силы рас­ порки. Поэтому при проектировании полюса, главным образом полюса быстроходных машин, необходимо проверить напряжение в кромке.

Центробежная сила одного мет­ ра обмотки, Н/м,

C, = m a , b . w . R , { ^ -W .

(9-59)

Центробежная сила кромки по­ люса, Н/м,

где т кр— масса кромки полюса, кг/м;

RB и RK— расстояния от оси вра­ щения до центра тяже­ сти обмотки и кромки полюса, м;

ае и К — размеры проводника об­

мотки возбуждения, м. Сила, действующая на 1 м кромки от бокового давления обмот­

ки через распорку, Н/м,

С р = ' (9-61)

где М— сила бокового давления на

В— опорная на кромку длина (аксиальная) распорки, м.

Сила, действующая на 1 м кром­ ки, от центробежной силы распорки, Н/м,

(9-62)

2В cos а

где Ср — полная центробежная сила распорки, Н:

пгр— полная масса распорки, кг; /?р — расстояние от оси вращения

до центра тяжести распорки, м.

Изгибающий момент в сечении А—А на единицу длины, Н -м/м,

(и„ = с . ' . + с . р 4 , + ( с ; + с ; ) ' р-

(9-63)

Допустимое напряжение в кром­ ке от изгиба для стали СтЗ состав­ ляет 70 МПа при толщине листов полюса 1 мм и 100 МПа при толщи­ не листов полюса 1,5 мм. При нали­ чии демпферной обмотки допусти­ мые напряжения соответственно бу­ дут 90 и 130 МПа. Если в сечение А—А попадает отверстие для стерж­ ня демпферной (пусковой) обмотки, то из высоты сечения следует вы­ честь высоту шлица и диаметр паза. При смещении паза плечи /в, /кр и /Р следует брать до центра тяжести

=3,5-10-2 м, а»0=65, 0=22,5°, /?„=59,2Х ХЮ -2 м, Яв=48,5.10-2 м, Ср=8900 Н, В=

X10-? м. Из (9-59)

С„= 10,3.0,21-10-2.3,5-10-2-65-48,5 X

X 10-2(— '— . y . l O ’ = 192.10s» Н/м;

V 1000 )

из (9-60)

Скр = 11,0-17,3-59.2-10—* f

X 10» = 91,5-10» Н/м;

из (9-61)

0,41

С ' = 2I 800

8.10-2

Рис. 9-39. Силы, действующие па кромку полюса.

Расчет козырька щеки полюса.

На козырек щеки действует центро­ бежная сила лобовой части обмотки возбуждения, которая стремится его отогнуть. Наибольшее напряжение изгиба возникает в месте перехода козырька к нажимной части щеки (сечение /—/ на рис. 9-40, а). Мо­ мент центробежных сил лобовой части обмотки, имеющей один ради­ ус закругления (рис. 9-40), Н-м,

для обмотки, имеющей двухрадиус­ ное закругление, Н-м,

обмотки, м; В — по кривой рис. 9-40;

cos а = 1 — k’lrs:

U k', г2, м—по рис. 9-40. Момент сопротивления козырька

/1 7 ,7 - 4 ,5 М 0 - ‘ \

ае— толщина проводника об­ мотки возбуждения, м.

Если расчетное напряжение из­ гиба меди превышает 500 -105 Па, то применяют щеку с козырьком.

Расчет лобовой части катушки полюса. У машин относительно не­ большой мощности или имеющих не­ высокую частоту вращения иногда центробежные силы, действующие на лобовые части обмотки возбуж­ дения, получаются небольшими. В этом случае у щеки полюса мож­ но не делать козырька, поддержи­ вающего лобовые части обмотки. При решении вопроса о целесооб­ разности установки щеки с козырь­ ком или без него можно исходить из нижеследующего расчета.

Статический момент площади лобовой части, м3,

Ж = В ,г3 — В2г%+

где Ьс — ширина проводника катуш­ ки, м;

ния которых берутся по рис. 9-40 по cos а2= х /г 2 для В2 или cos а [ =

= х /г\ для В\.

Напряжение изгиба в меди от собственной центробежной силы, Па,

Рис. 9-41. Л обовая часть катушки полюса.

г, = 5 ,6 8 - 1 0 - 2 м , г = 6 7 ,4 - 1 0 —2 м , I = = 5 ,2 -1 0 —5 м, х = 1 ,8 - 1 0 -* м.

Из (9-69)

М= 0 ,2 6 - 5 ,683-10—®— 0 , 158-43- 10—° + 1 ,6 8 -1 0 —? -5 ,2 -1 0 —2 (4 — 1 ,8 +

9-6. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА РОТОРА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

В синхронных машинах общего назначения мощностью свыше 100 кВт магиитопровод ротора нме-

ет два вида исполнения. У быстро­ ходных машин магннтопровод вы­ полняется из отдельных дисков (рис. 9-42), которые затем стягива­ ются шпильками, либо заклепками, либо электросварочным швом. По­ люсы к магиитопроводу крепятся с помощью хвостов. В тихоходных ма­ шинах ротор выполняется в виде

Р»с. 9-42. Шихтопаппын ротор синхронной машины.

Рис. 9-43. Ротор синхронной машины в виде сварного магнитного колеса.

R1 и окружностью радиусом /?2 (до

дна пазов), и хвостовую зону, огра­ ниченную внешним контуром сер­ дечника и окружностью радиуса Л2 (см. рис. 9-34).

Масса хвостовой зоны на 1 м длины ротора, кг/м,

п х = 7800 (2р/1 JL — TiRl), (9-71)

где А, Н, Rn, м — по рис. 9-34. Центробежная сила хвостовой

зоны на 1 м длины, Н/.м,

где т'ти т ' в— массы полюса и ка­

Радиальное напряжение на по­ верхности радиуса R>, Па,

из Am/я следует вычесть диаметр этого отверстия. Напряжение в ста­ ли магнитопровода а' не должно

превышать 130 МПа.

/ 1,2-750 \*

по (9-73)

- = 145-Ю5 Па.

°р “ 2 л - 3 0 ,4 - 1 0 -

По (9-76)

Г , = 7 2 ,4 [ l + 0 ,2 1 2 (_ ^ " ) 2]* ,02= 75 ' 1ог-

-f — У

I 30,4 )

16,5-10-?

6)Расчет ротора в виде магнитного колеса

Магнитное колесо представляет собой сварную конструкцию, состо­ ящую из стальной втулки, насажи­ ваемой на вал. обода, к которому прикрепляются полюсы, и диска, со­ единяющего втулку и обод. Иногда в диске делают отверстия, между ко­ торыми образуются своеобразные спицы (рис. 9-44).

Центробежная сила обода, Н,

C „=II,0moRo( ^ - ) !-10>.(9-78)

где т0— масса обода, кг:

m0 = ± ( D > - D l ) l r 7800 =

диус обода, м.

Центробежная сила полюсов с обмотками, Н,

Cn = ll,0m o R ( -= ^ )- 1 0 M 9 -8 0 )

где тп— масса всех полюсов с об­ мотками, кг:

та = /лм>в + ты с + mM>K>3+ m m. (9-81)

Массы т м.в, /Ям.с, т м,к,з и тт

определяют из электромагнитного расчета по формулам (7-150) — (7-153);

R — радиус центра тяжести по­ люса с обмотками, м, по (9-49).

Сила, растягивающая втулку, Н,

где а — расчетный коэффициент:

рииа спицы, м;