ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАГНИТНЫХ МУФТ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ МАШИН
.pdf
|
Продолжение табл. П1.2 |
|
Наименование величины, размерность |
Обозначение величины |
|
и численное значение |
||
|
||
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки |
|
|
статора, о.е. |
Х;= 0,079 |
|
Приведённое к обмотке статора активное |
|
|
сопротивление ротора, о.е. |
RJ= 0,053 |
|
Приведённое к обмотке статора индуктивное |
|
|
сопротивление рассеяния ротора, о.е. |
Х£=0,13 |
Параметры схемы замещения при коротком замыкании
Приведённое к обмотке статора активное сопротив ление обмотки ротора с учётом вытеснения тока в стержнях беличьей клетки, о.е.
Активное сопротивление короткого замыкания (RK n =Rl+R"2 n ),°.e.
Индуктивное сопротивление короткого замыкания (XK n =X'l n +Xf f 2 n ),o.e.
Главное индуктивное сопротивление, Ом Главная индуктивность, Гн Активное сопротивление обмотки статора, Ом
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, Ом
Индуктивность рассеяния обмотки статора, Гн Активное сопротивление обмотки ротора, Ом
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, Ом
Индуктивность рассеяния обмотки ротора, Гн
Активное сопротивление первичной обмотки R ^ R J . ^ / X J
Индуктивное сопротивление первичной обмотки 2 - х; - х ц
Л-j — |
<— |
, и.^. |
R'^n = 0,057
RKn = 0,14
Хкп = 0,14
Х^ = 72,455 Ц = 0,231 RJ = 2,207
Х;= 2,602
L',= 0,008286
RJ =1,746
Х"2 = 0,13 LJ =0,014684
R! = 0,06475
Xi = 0,07635
182
Окончание табл. П1.2
Примечание:
Расчётные значения параметров соответству ют следующей схеме замещения двигателя:
Рис. Ш.1. Схема замещения асинхронного двигателя
Значения параметров схемы замещения при ведены в относительных единицах:
X =х ' 11ном.ф / и 1ф » R =г • 11ном.ф 1 ^ Щ »
где X, R - сопротивления, о.е.; х, г - сопро тивления, Ом; IIHOM-Ф _ номинальный фазный ток ста тора, А; Ухф — номинальное фазное напряжение, В.
183
1.4. Диаметр экрана Диаметр экрана принимаем равным диаметру муфты и определяем его
из условия, что размеры муфты не должны превышать размеры ротора электро двигателя D. Тогда в соответствии с рекомендациями [73] получаем
D = K A - D a , |
(П1.3) |
D = 0,647-170 = 110 мм,
где Da — определяется в соответствии с высотой оси вращения электродвигате ля (п = 100 мм).
Учитывая, что диаметр вала под пакетом якоря двигателя составляет d3 = 39 мм, получаем средний диаметр муфты
D „ = D C |
= 1 * ^ = 74,5 мм. |
|
|
м |
е |
2 |
|
1.5. Давление среды внутри экрана |
|
||
|
|
P = p-q-H, |
(П1.5) |
р= 1000 -9,81 -30 = 294300 Па.
1.6.Толщина керамического экрана
|
|
5 3 = 0 , 8 6 - ^ . 5 3 . , |
|
|
|
( Ш 6 ) |
||
|
|
|
[ст] 2 |
|
|
|
|
|
й |
_ _ |
294300 |
0,0745 |
_ . |
А _ |
5 |
м, |
|
8. =0,86 |
г--— |
= 2,4-10 |
|
|
||||
|
|
400-106 |
2 |
|
|
|
|
|
где [а] = 400 — допустимое напряжение материала экрана, МПа. |
|
|||||||
Очевидно, что в данном случае толщину экрана необходимо |
выбирать |
|||||||
по технологическим показателям. Принимаем 5Э = 1,7 мм. |
|
|
||||||
1.7. Полный немагнитный зазор между полумуфтами |
|
|||||||
|
5н=5 э +5 Э 01+5 э 0 2+25 т , |
|
|
|
(П1.7) |
|||
5Н |
= 1,7 + 0,8 + 0,8 + 2 • 0,6 = 4,5 мм, |
|
||||||
где Оэоь 5эо2 — толщина защитных обечаек, внешней и внутренней |
соответст |
|||||||
венно (5Э01 = 5эо2 = 0,8 мм); |
|
|
|
|
|
|
|
|
184
8T — величина гарантированного зазора между стенкой экрана и защитны ми обечайками (8 = 0,6 мм).
1.8. Высота магнитов полумуфт
|
h m |
2-Х Юпт |
(П1.8) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
4,5 |
|
411 |
2-0,31 = 7,25 мм. |
|
|
|
|
|
|
Принимаем hm = 7 мм.
Выбираем конструкцию магнитной муфты с постоянными магнитами одинаковой формы, которая обеспечивает условия максимального использова ния постоянных магнитов (MS04).
По температурным условиям эксплуатации муфты возможно примене ние магнитов марки Н287/1.21/899/1353 [1, 78].
Свойства постоянного магнита представлены в табл. П1.3.
Таблица П1.3 Физические свойства редкоземельного магнитного материала
287/1,21/899/1353
Наименование параметра, обозначение, размерность |
Численное |
|
значение величины |
||
|
||
Плотность энергии постоянного |
|
|
магнита, (В-Н)тах, кДж/м3 |
287 |
|
Остаточная индукция, Вг, Тл |
1,21 |
|
Коэрцитивная сила по индукции, НсР, кА/м |
899 |
|
Коэрцитивная сила по намагниченности, HCJ-, кА/м |
1353 |
|
Максимальная рабочая температура, Sm, °С |
120 |
|
Температура Кюри, SK, °С |
310 |
|
Плотность, рмм, г/см |
7,4 |
|
Температурный коэффициент |
|
|
линейного расширения, ос-10"6, к"1: |
|
|
параллельно ориентации |
3,4 |
|
перпендикулярно ориентации |
4,8 |
185
Продолжение табл. Ш .
Наименование параметра, обозначение, размерность Численное значение величины
Проницаемость возврата, цгек |
1,05 |
Температурный коэффициент остаточной |
|
индукции, oc(Br), %-к"1 от - 100 °С до + 100 °С |
-0,09 -0,13 |
Предел прочности при растяжении, а, МПа |
83 |
Модуль упругости, Е, МПа |
1,5 • 105 |
1.9. Предварительное значение максимальной индукции в немагнитном
зазоре под центром полюса |
|
|
М-о ' HCBt |
• Br t |
(П1.9) |
B 5 m - |
|
|
^ 0 ' Н с в 1 + B r t |
' ^ l c |
|
|
Юпт |
|
где Brt — остаточная индукция постоянного магнита с учетом рабочей темпера туры магнитной муфты, Тл;
HCBt — коэрцитивная сила постоянного магнита с учетом рабочей темпера туры магнитной муфты.
|
B r t =B r 2 0 . [l + aB r (t-20)], |
|
(ШЛО) |
|||||
Вг20 =1>21 |
1 + ^1(80 - 20 ) |
= 1,14 Тл. |
|
|||||
|
|
100v |
|
J |
|
|
|
|
|
HC B t =HC B 2 0 .[l + aH C (t-20)], |
(П1.11) |
||||||
Нс в 8 0 =899 |
1 + -^-(80-20) = 845Тл. |
|
||||||
|
|
100v |
|
|
' |
|
|
|
|
|
\-i/ |
J |
-1,14 |
|
|
||
В 5 т - |
12,57-10~ -845-10 |
|
= 0,85 |
Тл. |
||||
12,57-10"7-845-103 +1,14-0,31 |
||||||||
|
|
|
||||||
1.10. Величина желательного полюсного деления |
|
|||||||
|
|
5н-71 |
|
|
|
|
(П1.12) |
|
|
|
т = 2-Х 2опт |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
,2 ш т г |
= 0,6791-1,3639- |
Х1та, |
(П1.13) |
||||
186
X2om = 0,6791 -1,3639 • 0,31 = 0,256,
3 |
3 |
|
|
4•,5-Ю""-10~ ч-я |
= 0,0276 м. |
|
|
х = - ^ - ^ |
|
|
|
2-0,256 |
|
|
|
Ширина полюса |
|
|
|
1 = а-т, |
(П1.14) |
||
1 = 0,637-27,6 = 17,6 мм. |
|
||
Принимаем ближайший нормализованный размер 1 = 20 мм. |
|
||
1.11. Число полюсов в полумуфтах |
|
|
|
2р = |
2., |
(П1.15) |
|
|
|
т |
|
2 р = ^-0?0745 = |
|
||
0,0276 |
|
||
Принимаем 2р = 8. |
|
|
|
1.12. Максимальный крутящий момент магнитной муфты |
|
||
Принимаем коэффициент перегрузочной способности муфты Кп |
равным |
||
величине кратности максимального момента т м выбранного электродвигателя.
Всоответствии с табл. П1.2 имеем:
Кп = т м = 2 , 4 .
|
М т а х = К п - М Т , |
(П1.16) |
М т а х |
=2,4-15,29 = 36,7 Н-м. |
|
1.13. Соотношение между длиной муфты и ее диаметром |
||
х = |
4 - H 0 - T - M Imax |
(П1.17) |
J1 |
г» 2 |
.K2 |
я |
•BL-Di-61 I -K1 |
|
где К! = 0,4295 • V0'7649,
Кх = 0,4295 • 0,3 Г0,7649 = 1,05.
К2 = 1,31 -1,845 -Хз,
К2 = 1,31 -1,845 • 0,256 = 0,838
|
4-12,57-Ю-7-0,0276-36,7 |
П£СЛ |
||
-= |
~ |
= |
; |
= 0,654. |
тс2 |
• 0,852 |
• 0,07453 |
-3 • Ю- 3 • 1,05• 0,838 |
|
187
1.14. Активная длина муфты |
|
1M=A,-DM, |
(Ш.18) |
1М = 0,654 • 74,5 = 48,7 мм. |
|
Целесообразно принять ближайший нормализованный размер 1М = 50 мм. 1.15. Минимальная толщина магнитопроводов полумуфт
а-В...
Л. = 8т 2-В СТ
М37^85.
2-1,2
Принимаем Амп = 6 мм.
2. Поверочный расчет
Основой для выполнения поверочного расчета являются главные размеры
магнитной муфты (табл. П1.4), на основе которых выполнен расчет и создана
модель магнитной муфты MS04OF08 (рис. П1.2) |
|
|
|
Таблица П 1.4 |
|
Геометрические размеры муфты |
|
|
Наименование параметра, обозначение, размерность |
Численное значение |
|
величины |
||
|
||
Полный немагнитный зазор |
|
|
между полумуфтами , 8Н, мм |
4,5 |
|
Геометрия постоянного магнита: |
|
|
высота, hm, мм |
7 |
|
ширина полюса, мм |
20 |
|
активная длина, 1а, мм |
50 |
|
Число магнитов 2х2р |
16 |
|
Толщина внутреннего магнитопровода, Амп1,мм |
6 |
|
Толщина внешнего магнитопровода, Ампе,мм |
8,5 |
|
Геометрия муфты |
|
|
Di, мм |
45 |
|
D2, мм |
74,5 |
|
D3, мм |
93 |
|
D4 , мм |
ПО |
|
Конструктивная длина муфты, L, мм |
90 |
188
uoz/ ;
i
/
|
/ |
of |
I |
|
|
s |
I |
: |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
U.10U " : |
'1 |
|
|
|
|
|
|
v |
|
|
0.086 : • • / . , 1 1 1 1 1 |
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1• \ |
|
||||||||
0.00 |
2.93 |
5 85 |
8 78 |
11.70 |
14.63 |
17.55 |
20.48 |
23.40 |
26.33 29.26 |
|
|
|
|
Длина полюсной дуги, мм |
|
|
|
||||
Рис. П1.4. Распределение индукции вдоль полюса при О = 0е |
|
|||||||||
Результаты моделирования магнитного поля показывают, что магнит |
||||||||||
ный поток с полюса при холостом ходе составляет Ф = 822 • 10" |
Вб, макси |
|||||||||
мальное значение индукции Bsmax = |
0,827 Тл. При этом максимальный момент |
|||||||||
на единицу длины равен М'тах =1018,4 |
Н-м/м, что позволяет скорректировать |
|||||||||
активную длину муфты при неизменных диаметрах. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
(П1.19) |
|
|
|
|
| |
_ _ |
х тах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М'max |
|
|
|
|
|
|
Lа = - ^ - = 0,036 м. 1018,4
Ближайшее нормализованное значение 1а = 40 мм. Уточнённое значение макси мального момента:
М |
=М' -1 |
(П1.20) |
•"• х шах |
•*••*• max |
а ' |
Мт а х = 1018,4 • 0,04 = 40,7, Н-м. |
||
Полученные размеры позволяют определить моменты инерции ведущих (Jle) и ведомых (Jn) частей магнитной муфты.
Анализ переходного процесса (рис. П1.5) показывает, что насос надёжно запускается за время t = 0,40 с. Максимальный угол рассогласования двух по-
190
лумуфт составляет Smax = 52,7 эл.гр., угол нагрузки, соответствующий устано
вившемуся номинальному режиму работы, SH = 22,6 эл.гр.
160 |
|
|
|
|
«1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•20 |
0.05 |
0.1 |
0.15 |
0.2 |
0.25 |
0.3 |
0.35 |
0.4 |
0.45 |
0.5 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
w1-w2 |
|
|
|
|
|
Рис. П1.5. Переходной процесс пуска магнитной муфты
191