а) для катушки с двумя радиусами закругления (рис. 8.36)

; (8.54)

б) для катушки с одним радиусом закругления

. (8.55)

Индексы в формулах соответствуют обозначениям на рис. 8.36. Значения и подставляются в метрах.

Уменьшение напряжений при увеличении отношения , учитывают коэффициентом (рис. 8.37).

Рис. 8.36. К расчету межполюсных распорок

Рис. 8.37. Зависимость

Если напряжение на изгиб медного проводника, полученное по (8.54) или (8.55), меньше или равно 50 МПа, то межполюсные распорки можно не ставить. Если же МПа, то для укрепления обмотки между катушками следует поставить распорки (рис. 8.38).

Рис. 8.38. Межполюсные распорки

Их количество по длине машины определяют по формуле

, (8.56)

принимается равным ближайшему целому числу.

Напряжение в медном проводнике при наличии распорок, Па

. (8.57)

Боковое давление на распорку, Н,

. (8.58)

Пример. Исходные данные: об/мин, м, м, м, м, м, , катушка — с двумя радиусами закругления.

.

По рис. 8.37 .

Из (8.54)

МПа.

Определяем число распорок:

;

принимаем , тогда

Па.

Боковое давление на распорку по (8.58)

Н.

Расчет кромки полюсного наконечника. Наиболее опасным сечением полюсного наконечника является сечение А—А (по рис. 8.39). Кромка полюса испытывает изгибающий момент от центробежных сил обмотки и самой кромки. При наличии межполюсных распорок, опирающихся на кромку полюса, на нее будут также действовать моменты от сил бокового давления обмотки через распорку и от центробежной силы распорки. Поэтому при проектировании полюса, главным образом полюса быстроходных машин, необходимо проверить напряжение в кромке.

Рис. 8.39. Силы, действующие на кромку полюса

Центробежная сила 1 м обмотки, Н/м,

. (8.59)

Центробежная сила кромки полюса, Н/м,

, (8.60)

где — масса кромки полюса, кг/м; и — расстояние от оси вращения до центра тяжести обмотки и кромки полюса, м; и — размеры проводника обмотки возбуждения, м.

Сила, действующая на 1 м от бокового давления обмотки через распорку, Н/м,

, (8.61)

где — сила бокового давления на распорку по (8.58); — половина угла между полюсами; — опорная на кромку длина (аксиальная) распорки, м.

Силы, действующие на 1 м кромки, от центробежной силы распорки, Н/м,

, (8.62)

где — полная центробежная сила распорки, Н:

,

— полная масса распорка, кг; — расстояние от оси вращения до центра тяжести распорки, м.

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

---

, (8.63)

где — плечи сил до центра сечения А—А, м.

Напряжение от изгиба в кромке полюсного наконечника, Па,

, (8.64)

где — высота сечения А—А кроме полюса, м.

Допустимое напряжение в кромке от изгиба для стали марки Ст3 составляет 70 МПа при толщине листов полюса 1 мм и 100 МПа при толщине листов полюса 1,5 мм. При наличии демпферной обмотки допускаемые напряжения соответственно будут 90 и 130 МПа. Если в сечение А—А попадает отверстие для стержня демпферной (пусковой) обмоткой, то из высоты сечения следует вычесть высоту шлица и диаметр паза. При смещении паза плечи и следует брать до центра тяжести сечения , как показано на рис. 8.39, при этом высоту сечения принимают равной .

Пример. Исходные данные: об/мин, м, м, . м, м, Н, м, масса кромки кг/м, Н, м, м, м, м.

Из (8.59)

Н/м;

из (8.60)

Н/м;

из (8.61)

Н/м;

из (8.62)

Н/м.

Изгибающий момент по (8.63)

Н·м/м.

Напряжение от изгиба в кромке по (8.64)

Па < 90 МПа.

Расчет козырька щеки полюса. На козырек щеки действует центробежная сила лобовой части обмотки возбуждения, которая стремиться его отогнуть. Наибольшее напряжение изгиба возникает в месте перехода козырька к нажимной части щеки (сечение I—I на рис. 8.40 а). Момент центробежных сил лобовой части обмотки, имеющей один радиус закругления, Н·м,

; (8.65)

для обмотки, имеющей двухрадиусное закругление (рис. 8.40, б), Н·м,

, (8.66)

где — расстояние от оси вращения до центра тяжести сечения обмотки, м; — длина прямолинейного участка лобовой части обмотки, м; — по кривой рис. 8.40; , м, — по рис. 8.40.

Момент сопротивления козырька щеки в сечении I—I, м³,

. (8.67)

Здесь и , м, — по рис. 8.40; — по рис. 8.40 в зависимости от отношения .

Напряжение изгиба в сечении I—I козырька щеки, Па,

. (8.68)

Коэффициент 1,15 учитывает увеличение напряжения от собственной центробежной силы козырька щеки.

Допустимое напряжение для стали марки Ст3 МПа, для стали марки Ст5 МПа.

Рис. 8.40. К расчету козырька щеки полюса

Пример. Исходные данные: об/мин, м, , м, м, м, м, м. м, м, .

По рис. 8.40 .

Из (8.66)

Н·м;

из (8.67)

м³

(при по рис. 8.40 ).

Напряжение изгиба по (8.68)

Па.

Расчет лобовой части катушки полюса. У машин относительно небольшой мощности или имеющих невысокую частоту вращения иногда центробежные силы, действующие на лобовые части обмотки возбуждения, получаются небольшими. В этом случае у щеки полюса можно не делать козырька, поддерживающего части обмотки. При решении вопроса о целесообразности установки щеки с козырьком или без него можно исходить из следующего расчета.

---

Статический момент площади лобовой части, м³,

; (8.69)

при

,

где — ширина проводника катушки, м; — по рис. 8.41; и — коэффициенты, значение которых принимаются по рис. 8.41 по для или для .

Рис. 8.41. Лобовая часть катушки полюса

Напряжение изгиба в меди от собственной центробежной силы, Па,

, (8.70)

где — расстояние от оси вращения до наиболее удаленного витка, м; — толщина проводника обмотки возбуждения, м.

Если расчетное напряжение изгиба меди превышает 500·10⁵ Па, то применяют щеку с козырьком.

Пример. Исходные данные: , об/мин, м, м, , м, м, м, м.

Из (8.69)

м³.

Для и по рис. 8.40 .

Напряжение изгиба по (8.70)

Па.

У данной машины можно применять щеку без козырька.

8.6. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА РОТОРА

СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

В синхронных машинах общего назначения мощностью свыше 100 кВт магнитопровод ротора имеет два вида исполнения. У быстроходных машин магнитопровод выполняется из отдельных дисков (рис. 8.42), которые затем стягиваются шпильками, либо заклепками, либо электросварочным швом. Полюсы к магнитопроводу кре­пятся с помощью хвостов. В тихоходных машинах ротор выполняется в виде магнитного колеса (рис. 8.43), к ободу которого шпильками прикрепляются полюсы.

Рис. 8.42. Шихтованный ротор синхронной машины

Рис. 8.43. Ротор синхронной машины

в виде сварного магнитного колеса

При вращении ротора его магнитопровод испытывает растягивающее напряжение центробежной силы, обусловленной собственной силой тяжести и силой тяжести прикрепленных к нему полюсов. Для того чтобы центробежная сила не вызывала остаточной деформации в магнитопроводе, необходимо, чтобы максимальные напряжения были меньше или равны допустимым. Напряжения в магнитопроводе ротора определяют из расчета его на прочность.

8.6.1. Расчет дискового ротора

Магнитопровод ротора можно разбить на две части: собственно магнитопровод, ограниченный внутренним отверстием вала радиусом и окружностью радиусом (до дна пазов), и хвостовую зону, ограниченную внешним контуром сердечника и окружностью радиусом (см. рис. 8.34).

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

, (8.71)

где , м, — по рис. 8.34.

Центробежная сила хвостовой зоны на 1 м длины, Н/м,

. (8.72)

Центробежная сила полюса с обмоткой на 1 м длины, Н/м,

, (8.73)

где и — массы полюса и катушки обмотки возбуждения на 1 м длины, кг/м, по (8.51) и (8.50); — средний радиус центра тяжести полюса, м.

Радиальное напряжение на поверхности радиуса , Па,

. (8.74)

Максимальное тангенциальное напряжение, которое возникает на внутренней поверхности магнитопровода радиусом , Па,

---

, (8.75)

где — коэффициент, определяемый в зависимости от отношения по следующей формуле:

. (8.76)

Тангенциальное напряжение в стали магнитопровода ротора с учетом ослабления шпоночной канавкой, Па,

. (8.77)

Если в магнитопроводе имеется отверстие для стяжной шпильки, то из следует вычесть диаметр этого отверстия. Напряжение в стали магнитопровода не должно превышать 130 МПа.

Пример. Исходные данные: , об/мин, м, м, м, м, м, кг/м, м.

Из (8.71)

кг/м;

по (8.72)

Н/м;

по (8.73)

Н/м.

Радиальное напряжение по (8.74)

Па.

По (8.76)

.

Тангенциальное напряжение по (8.75) и (8.77)

Па;

Па.

8.6.2. Расчет ротора в виде магнитного колеса

Магнитное колесо представляет собой сварную конструкцию, состоящую из стальной втулки, насаживаемой на вал, обода, к которому прикрепляются полюсы, и диска, соединяющего втулку и обод. Иногда в диске делают отверстия, между которыми образуются своеобразные спицы (рис. 8.44).

Центробежная сила обода, Н,

, (8.78)

где — масса обода, кг:

; (8.79)

— средний радиус обода, м.

Центробежная сила полюсов с обмотками, Н,

, (8.80)

где — масса всех полюсов с обмотками, кг:

. (8.81)

Массы и определяют из электромагнитного расчета по (10.150)—(10.153); — радиус центра тяжести полюса с обмотками, м, по (8.49).

Сила, растягивающая втулку, Н,

, (8.82)

где — расчетный коэффициент:

; (8.83)

— площади сечения обода, втулки, спицы, м²; — расчетная ширина спицы, м; — число спиц; — средний радиус втулки; — длина спицы; — размеры, м, по рис. 8.44.

Сила, передаваемая на втулку, Н,

. (8.84)

Напряжения при максимальной частоте вращения, Па:

в ободе на растяжение без учета спиц

; (8.85)

во втулке

; (8.86)

в швах А

; (8.87)

в швах Б

,

где и — размеры сварочных швов А и Б, м (рис. 8.44).

Можно принять

м. (8.88)

Напряжения при номинальной частоте вращения в швах Б, Па:

на растяжение

; (8.89)

на срез

, (8.90)

где — коэффициент перегрузки; ;

;

на срез (приведенное)

. (8.91)

Допустимые напряжения в ободе и втулке принимают равными до 100 МПа, в швах на растяжение 80 МПа, на срез 45 МПа.

---

Пример. Исходные данные: кВт, об/мин, м, м, м, м, м, м, м, м, м, м, м, кг; .

Последовательно применяя (8.78)—(8.91), получаем

кг;

м;

Н;

Н;

м²;

м;

м²;

м;

м;

м²;

;

Н;

Н;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Н·м;

;

Па.

Все напряжения находятся в допустимых пределах.

8.7. РОТОРЫ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

И ЯКОРЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Магнитопроводы роторов асинхронных двигателей и Якорей машин постоянного тока с внешним диаметром менее 990 мм собирают из целых листов, которые вырубаются из электротехнической стали толщиной 0,5 мм (рис. 8.45). В листе штампуют пазы, а при необходимости, кроме того, круглые отверстия диаметр 15…35 мм для образования вентиляционных каналов. При большой радиальной высоте листа отверстия располагают в несколько концентрических рядов в шахматном порядке. Для посадки магнитопровода на вал в центре ли штампуются отверстие, в котором предусматривается шпоночная канавка, а также круглая лунка — шихтовочный знак А, для того чтобы при шихтовке укладывать все листы в одно и то же положение относительно друг друга. В результате такой укладки пазы получаются с более ровными стенками. После штамповки и снятия заусенцев листы лакируют и подвергают термообработке для создания оксидной пленки. При изготовлении роторов асинхронных двигателей с литой клеткой магнитопроводы сначала собирают из листов на оправке, а после заливки алюминиевой обмотки напрессовывают на вал. При внешних диаметрах ротора до 200...300 мм магнитопроводы сажают на гладкий вал горячей посадкой, а при больших диаметрах на валу предусматривается шпонка.

Рис. 8.45. Пример листа магнитопровода ротора

Магнитопроводы роторов, имеющие фазную обмотку или сварную клетку, а также магнитопроводы якорей машин постоянного тока набирают из листов непосредствен из вал (рис. 8.46). Магнитопроводы 1 спрессовывают стальными нажимными шайбами, которые имеют кольцевые пояса 4, называемые обмоткодержателями и предназначенные для поддержки лобовых частей обмотки 2. Выполнение обмоткодержателей выбирается в соответствии с формой лобовых частей обмотки.

Рис. 8.46. Ротор (а) и якорь (б) из целых листов

Магнитопровод ротора или якоря в спрессованном состоянии фиксируется на валу в осевом направлении или с помощью пружин­ит колец 5, врезанных в канавку на валу, или втулок 6, насаживаемых на вал с большим натягом. Иногда для фиксации магнитопровода с одной стороны упирается в предусмотренный на валу буртик. Лобовые части обмотки закрепляют бандажом 3.

При внешнем диаметре ротора или якоря более 990 мм магнитопровод набирается из штампованных сегментов электротехнической стали (рис. 8.47). В этом случае сегменты набирают на ступицах, которые имеют сварную конструкцию (рис. 8.48). Размеры сегментов выбирают исходя из наилучшего раскроя листа. Для крепления в ступице в сегментах с внутренней стороны предусматривают выступы или углубления в форме ласточкина хвоста. Количество крепящих элементов в каждом сегменте должно быть не менее двух. В целях повышения механической прочности, а также улучшения магнитной проводимости пакеты собирают с перекрытием сегментов при переходе от слоя к слою.

---

Смотрите также файлы

• ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин.doc

• Глава 11 Проектирование машин постоянного тока.doc

• Глава 12 Системы автоматизированного проектирования электрических машин.doc

• Обложка.doc

• Огавление.doc