О выборе основных размеров усовершенствованных синхронных реактивных двигателей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 212 1971

О ВЫБОРЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ СИНХРОННЫХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Е. В. Кононенко, Г. И. Лукиянов

(Представлена научным семинаром кафедры электрических машин)

При проектировании новых электродвигателей, какими являются усовершенствованные синхронные реактивные двигатели (СРД), в первую очередь возникает необходимость определения основных геометрических размеров — диаметра расточки (О) и длину пакета (/) статора. Как и в других электрических машинах, от соотношения между Эй/ зависят вес, стоимость и технико-экономические характеристики СРД.

В настоящее время в технической литературе существует ряд методик для определения главных размеров СРД [1, 2]. В [1] предлагается метод выбора основных размеров по заданной величине максимального момента в синхронном режиме или по заданной величине перегрузочной способности. В [2] предлагается определять основные размеры по базис-

3 и2

ной мощности, в качестве которой принимается Рбаз. — ~тг * V—причем

г лт ,

для определения последней задаются индукцией Во и вместо линейной

нагрузки относительным воздушным зазором о = -.

т

Применение этих методик предполагает использование опытных данных, которые имеются для двигателей мощностью до 600 вт. Кроме того, расчеты по этим методикам требуют большой затраты времени при определении основных размеров, особенно при мощности более 0,6 кет.

В настоящей работе предлагается методика определения основных размеров СРД, исходя из электромагнитных нагрузок А и ВтС1 с помощью известной формулы машинной постоянной для обычного синхронного или асинхронного двигателя.

Известно, что расчетная мощность СРД может быть определена так;

РР = т-Е-1{ (I)

Выразим расчетную мощность через электромагнитные нагрузки и основные размеры.

Согласно [3] первая гармоническая составляющая эдс фазы, создающая магнитный поток по продольной оси,

ЕаЧ1 = /• { • • К\у ■ ФЙ1,. (2)

* Р ' п где 1 = ——— — частота тока в сети;

— число витков фазы обмотки статора; Клу — обмоточный коэффициент;

Фа\ — первая гармоническая составляющая магнитного потока по продольной оси. Ток фазы обмотки статора

ll_ 2-m.W, 7

где А — линейная нагрузка.

Подставляя в (1) формулы (2) и (3), получим

Рр = р • п • ФЙ1. А • D. (4)

Так как

Odi = ad • т . Badi, (5)

где ad —расчетный коэффициент полюсного перекрытия; т —полюсное деление;

Ва^ — первая гармоническая индукции по продольной оси. Т0 Рр = • Kw • ad . D2 . 1 . n • A • Badl. (6)

Обычно при определении главных размеров оперируют максимальной индукцией в воздушном зазоре. Последняя согласно [4] равна

В

Kd

где K.d—коэффициент, характеризующий степень уменьшения амплитуды первой гармонической поля по продольной оси ¡из-за явно-полюсности ротора. С учетом этого выражение (6) можно представить так:

Bmd = 4aA, (7)

РР • О- • / • П • А - Втс1. (8)

Из уравнения (8) получаем выражение для машинной постоянной

= Р^ • I ■ п _4__

Рр У2«> ■ • • Кй • А • Втй ' (9)

откуда

3

° = V Са * -^Г' i (10)

D

где т =

I

Выражение (10) позволяет определить главные размеры СРД. Для этого предварительно необходимо задаваться электромагнитными нагрузками и рядом коэффициентов. При определении Сд можно принять Клу = 0,92 — 0,93 при двухслойной обмотке с укороченным шагом и К™- = 0,96 при однослойной обмотке с диаметральным шагом; значения коэффициентов аа и Ка определяются по кривым [4].

Мощность СРД в номинальном режиме определяется допустимым перегревом обмотки статора [5]. В СРД электрические потери в роторе отсутствуют. Следовательно, для того чтобы перегрев обмотки статора был таким же, как и у соответствующего асинхронного двигателя, необходимо увеличить линейную нагрузку СРД по сравнению с. линейной нагрузкой асинхронного двигателя такого же исполнения и габаритов на 10—15%.

6. Зак. 4917. 81

Обычно для лучшего использования электротехнической стали магнитная система СРД выполняется более насыщенной, чем в асинхронных двигателях. При выборе индукции в воздушном зазоре это обстоятельство необходимо учесть и увеличить ВтС1 на 10—15% по сравнению с В$ асинхронного двигателя.

Расчетная мощность может быть определена по формуле

р КЕа ■ Рн

р Т7Н • СОЭ¥н

Ориентировочные значения коэффициента Кед:

Ква = 0,93 —0,96 при 2р = 2,

Км = 0,86 —0,96 при 2р = 4,

Кш-0,86 —0,94 при 2р = 6,

Кед = 0,86 — 0,87 при 2р = 8.

Номинальные значения к. п. д. выбираются такими же, как и у асинхронного двигателя соответствующей мощности, соэфн выбирается на 15—20% ниже, чем соб <рн асинхронного двигателя соответствующей мощности. Линейная нагрузка, максимальная индукция в воздушном зазоре, соэ фн и к. п. д. асинхронных двигателей определяется по [6].

Отношение при проектировании СРД на базе асинхронного

двигателя берется таким же, что и у асинхронного двигателя. В общем случае желательно это отношение увеличить, особенно в 2- и 4-полюсном исполнении по сравнению с асинхронным двигателем. Это связано с тем, что у усовершенствованных СРД на роторе имеются дополнительные немагнитные пазы, ширина которых при проектировании должна выбираться максимально возможной с точки зрения насыщения спинки ротора, но не менее (0,05—0,075) т.

Внешний диаметр статора Оа определяется из соотношения

0а^0+0,8т,

или из соотношений:

Ба= (1,95 —1,85)0 при 2р = 2, ва= (1,61 — 1,56)0 пж 2 р = 4, Ва= (1,44 — 1,41)0 при 2 р = 6,

Оа= (1,39— 1,34)0 при 2 р = 8.

Диаметр Оа округляется до ближайшего стандартного значения по табл. 1.

Таблица 1

1 габ. 2 габ. 3 габ. 4 габ. 5 габ. 6 габ. 7 габ. 8 габ.

мм мм мм мм мм мм мм мм

133 Л (53 -180 208 243 291 343 303

После этого уточняются D и L

Пример определения главных размеров

1. Исходные данные:

рн=3к:0г; 2 р = 4; 1 = 50 гц.

2. Определяем Рр по (11)

__ 0,86 ■ 3000 НР ~ 0,85 • 0,71 - 42/0

где

Кед = 0,86; т|н - 0,85; соБфп = 0,71.

3. Определяем СА по (9).

4 • 104

Са = у 2*? 0,96-0,55-0,92-265-0,81 = 8'8

где

К^ = 0,96; ас1-0,55; Ка = 0,92; А = 265 (а/см), Втй = 8100 (гс).

4. Задаваясь у = 0,97, определяем В по (10)

8,8^^1=11,3 (-■)

5. Определяем Оа

Ба= (1,61 — 1,56) 0 = 18,2-^17,2 (см). Выбираем стандартное значение Оа=18 (см).

6. Уточняем О и определяем /

П 1 я

0 = Т5Г = ТЖ = "'2 <«>■

ЛИТЕРАТУРА

1. И. М. Постников, В. В. Р а л л е. К расчету трехфазных синхронных реактивных двигателей. Сб. «Проблемы технической электродинамики», Нзд-во «Наукова думка», Киев, 1965.

2. Д. П. К о с т е н к о. Определение основных размеров синхронно-реак-тивных двигателей. Сб. «Электромашиностроение и электрооборудование», вып. 2, Харьков, 1966.

3. Е. В. Кононенко, А. Н. А й ф е р т, Б. П. Г а р г а н е е в. Учет влияния насыщения на параметры синхронных реактивных двигателей. Изв. ТГШ, том 160, 1966.

4. Е. В. Кононенко, А. Н. А й ф е р т. Исследование магнитного поля простых синхронных реактивных двигателей. Изв. ТПИ, т. 172, 1967.

5. Е. В. Кононенко. Сравнение синхронно-реактивных, синхронных и асинхронных двигателей, Изв. вузов «Электромеханика», № 4, 1965.

6. Обмоточные данные асинхронных двигателей. Под ред. П. И. Цибулев-ского, «Энергия», 1966.