CC BY
9УДК 620.9
Рубцов А.Р.
Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ГЛАВНЫЕ РАЗМЕРЫ И ОХЛАЖДЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Аннотация: мощность, частота вращения асинхронного двигателя определяются главными размерами и электромагнитными нагрузками. Правильный выбор позволяет спроектировать надежный, экономичный электродвигатель. Чем выше электромагнитные нагрузки тем меньше габариты и вес электродвигателя. Однако чрезмерное повышение электромагнитных нагрузок может привести к перегреву изоляции электродвигателя и к быстрому выходу из строя. Повышение электромагнитных нагрузок может быть обеспечено за счет улучшения системы вентиляции.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, главные размеры, охлаждение, вентиляция.
Под главными размерами асинхронных машин следует понимать внутренний диаметр В и длину I магнитопровода статора. При неизменной синхронной частоте п вращения диаметр В и длина I определяют все остальные размеры: наружный диаметр, размеры вала, подшипникового щита и др.
Главные размеры зависят от мощности асинхронного двигателя (АД), скорости вращения вала и от электромагнитных нагрузок А и Вз (индукции в воздушном зазоре, линейной токовой нагрузки).
Главные размеры АД, мощность, частота вращения, электромагнитные нагрузки связаны через «машинную постоянную» Арнольда.
с - в2 • /8
60 В2•и
6,1 -10
11
П п 2 л Мл а*- кп • кп • А • В
(1)
2
Величина В ■ /5 определяет объем ротора и при заданной скорости от нее
В2 ■ к
зависит объем статора. Значит, величина —определяет объем АД на единицу
мощности. Данный объем при неизменных А и Вз обратно пропорционален скорости вращения п, таким образом размеры АД и её вес уменьшаются с возрастанием п. Следовательно размеры АД зависят от А и Вз, чем больше А и Вз, тем меньше её размеры.
На основе практики современного электромашиностроения установлены целесообразные значения и соотношения А и Вз. От А и Вз зависят как рабочие характеристики, так и степень нагрева АД. Чрезмерные значения А и Вз приводят недопустимым перегревам АД.
Снижение размеров АД за счет увеличения А и Вз возможно за счет совершенствования материалов (изоляции обмоток, электротехническая сталь), рациональной геометрии АД, улучшение охлаждения за счет совершенствования системы вентиляции. Более совершенная технология изготовления позволяет повысить использование АД или при сохранении мощности уменьшить её размеры.
Удельная тепловая нагрузка АД за зависит от условий охлаждения. Чем меньше линейная токовая нагрузка А, тем большей может быть плотность тока.
Известно соотношение между стоимостью, потерями мощности, весом, геометрическими размерами и мощностью АД
3
С = 1Р = О = / = Рч. (2)
Из этого соотношения следует что потери АД растут пропорционально кубу линейных размеров. Но её поверхность охлаждения возрастает только пропорционально квадрату её размеров. Поэтому при увеличении мощности АД приходится повышать интенсивность охлаждения. При этом относительное значение потерь мощности в активных материалах с ростом мощности
уменьшается, а относительное значение механических и вентиляционных потерь при этом практически не изменяется. Поэтому с ростом номинальной мощности АД малой мощности наблюдается резкий рост КПД.
Таким образом мощность двигателя и его характеристики связаны с геометрией АД и его электромагнитными нагрузками. Потери в АД также зависят от геометрии и электромагнитных нагрузок. Они в свою очередь определяют степень нагрева АД. Нагрев АД можно снизить за счет совершенствования системы вентиляции. В источниках [1,2,3,4,5] к расчету систем охлаждения подходят упрощенно, это и понятно так как точный тепловой расчет из-за сложности геометрии АД практически невозможен. Формальный подход в принципе обеспечивает с запасом возможности вентиляции. Но в некоторых случаях все же возможно значительно улучшить вентиляцию АД. Автор статьи видит возможность усовершенствовать систему охлаждения существующих серийных АД за счет изменения геометрии кожуха, вентилятора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Сергеев П.С. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е, переработ. и доп. М., «Энергия», 1969.
2. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов / И. П. Копылов.- 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1994. - 318 с. : ил.
3. Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин : учебник / О. Д. Гольдберг, И. С. Свириденко; под ред. О. Д. Гольдберга. - 3-е изд., перераб. - М. : Высш. шк., 2006. - 430 с. - Прил.: с. 384-427. - Библиогр.: с. 428. - ISBN 5-06005673-2.
4. Падеев, А. С. Расчет асинхронного двигателя с экранированными полюсами: учебное пособие для студентов, обучающихся по программам высшего образования по направлению подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и
электротехника / А. С. Падеев, Д. В. Сурков, И. И. Ямансарин; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования "Оренбург. гос. ун-т", Каф. автоматизир. электропривода, электромеханики и электротехники. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 6.31 Мб). - Оренбург : ОГУ, 2017. - 100 с. - Загл. с тит. экрана. - Adobe Acrobat Reader 6.0 - ISBN 978-5-7410-1728-9.
5. Ток обмотки статора и внешнее магнитное поле асинхронного электродвигателя = Stator winding current and external magnetic field of asynchronous electric motor / И. И. Ямансарин, М. П. Саликов, А. С. Падеев, Д. В. Сурков // Известия вузов. Электромеханика, 2023. - Т. 66, № 1. - С. 55-61. -Библиогр.: с. 60-61 (8 назв. ).
Rubtsov A.R.
Orenburg State University (Orenburg, Russian Federation)
MAIN DIMENSIONS, ELECTROMAGNETIC LOADS AND COOLING OF ASYNCHRONOUS MACHINES
Abstract: the power and rotational speed of an asynchronous motor are determined by the main dimensions and electromagnetic loads. The right choice allows you to design a reliable, economical electric motor. The higher the electromagnetic loads, the smaller the dimensions and weight of the electric motor. However, an excessive increase in electromagnetic loads can lead to overheating of the insulation of the electric motor and to rapidfailure. An increase in electromagnetic loads can be achieved by improving the ventilation system.
Keywords: asynchronous motor, main dimensions, cooling, ventilation.
