АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электропривода и автоматизации

промышленных установок

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Конспект лекций

 

для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика

 

 

Алматы 2007

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Р.М. Шидерова, К.К. Жумагулов. Проектирование электрических машин. Конспект лекций  для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика.- Алматы: АИЭС, 2007.–74с.

 

Конспект лекций  по курсу «Проектирование электрических машин» разработан в соответствии с рабочей учебной программой  и рассчитан на 34 часа для бакалавров специальности 050718 – Электроэнергетика. Рассмотрены общие вопросы проектирования асинхронных, синхронных машин, машин постоянного тока и трансформаторов.

Методические указания предназначены для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика.

 

Содержание

 

Лекция № 1

1 Общие вопросы проектирования электрических машин.

Определение главных размеров машины.. 4

Лекция № 2

1.2 Определение главных размеров машины (продолжение лекции 1) 8

Лекция №3

1.2 Определение главных размеров машины. 2 Проектирование единичной машины и серии машин (продолжение лекции 2) 11

Лекция № 4

3 Влияние на размеры машины основных эксплуатационных

требований. 15

Лекция №5

4 Обмотки машин переменного тока. 19

Лекция № 6

5 Расчет магнитной цепи электрической машины.. 23

Лекция № 7

5 Расчет магнитной цепи электрической машины (продолжение лекции 6)  27

Лекция № 8

5 Расчет магнитной цепи электрической машины (продолжение лекции 7)

6 Потери и коэффициент полезного действия. 31

Лекция № 9

6 Потери и коэффициент полезного действия (продолжение лекции 8) 35

Лекция № 10

7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин. 39

Лекция № 11

8 Проектирование асинхронных машин. 43

Лекция № 12

8 Проектирование асинхронных машин

(продолжение лекции 11) 47

Лекция № 13

9 Проектирование синхронных машин. 51

Лекция № 14

10 Проектирование машин постоянного тока. 55

Лекция № 15

11 Общие вопросы проектирования трансформаторов. 60

Лекция № 16

11 Общие вопросы проектирования трансформаторов

(продолжение лекции 15) 64

Лекция № 17

12 Системы автоматизированного      проектирования

электрических машин. 68

Список литературы……………………………………………………………….72

 

 

Лекция № 1. 1 Общие вопросы проектирования электрических машин. Определение главных размеров

 

         Содержание лекции:

- краткая история развития электромашиностроения;

- понятие о терминах «электромагнитные нагрузки», «главные размеры электрической машины», «машинная постоянная Арнольда», расчетная мощность.

 

Цели лекции:

- изучить метод  определения главных размеров электрической машины.

 

1.1 Введение

 

Проектирование электрической машины представляет собой слож­ную задачу. Для ее разрешения тре­буются глубокие теоретические зна­ния, многие опытные данные и до­статочно подробные сведения о назначении машины и условиях, в которых она будет работать.

Впервые электрические машины получили применение в промышленности более ста лет назад. Тогда же появились и первые рекомендации по их расчету. В конце XIX в. в Европе и Америке появились крупные электротехнические фирмы «Сименс», «Вестингауз», АЭГ и другие, на которых сложились крупные конструктор­ские и расчетные отделы. В это же время начинают издаваться первые электротехнические журналы. Первые фундаментальные работы по расчетам и проектирова­нию электрических машин появились в конце десятых - начале двадцатых годов XX в. Это были книги Э. Арнольда, М. Видмара, А. Ла-Кура, Р. Рихтера, К.И. Шенфера, B.C. Кулебакина и др. Большой вклад вне­сли работы ученых А.Е. Алексеева, А.И. Вольдека, В.Т. Касьянова, М.П. Костенко, Г.Н. Петрова, И.М. Постникова, П.С. Сергеева, Т.Г. Сорокера, В.А. Трапезникова и др.

Проектирование электрической машины включает в себя выбор и расчет размеров ее статора и ротора, обмоток, изоляции, конструктивных деталей, объединение их в конст­руктивные узлы и общую компонов­ку всех ее частей. При этом также выбираются материалы для отдель­ных частей машины.

При проектировании электриче­ской машины, как будет видно из последующего, приходится учиты­вать большое количество факторов, от которых зависят ее эксплуатаци­онные свойства, заводская себестои­мость и надежность в работе.

Материалы, размеры и формы конструктивных деталей должны быть так выбраны и отдельные де­тали так объединены, чтобы машина по возможности наилучшим образом соответствовала своему назначению и была наиболее экономичной в ра­боте и изготовлении.

 

1.2 Определение главных размеров

 

Главными размерами электри­ческой машины называются диа­метр якоря D и его длина l, причем для машин постоянного тока имеет­ся ввиду внешний диаметр якоря (ротора), а для асинхронных и син­хронных машин в их обычном ис­полнении — внутренний диаметр статора.

Размеры D и l при данном чис­ле полюсов главным образом и оп­ределят все прочие размеры ма­шины: размеры полюсов, внешний диаметр статора, размеры вала, подшипниковых щитов и др. От размеров D и l и соотношения меж­ду ними зависят вес машины и ее стоимость, а также ее технико-экономические характеристики и на­дежность в работе. Поэтому опре­деление главных размеров D и l следует рассматривать как основ­ной этап в проектировании электри­ческой машины.

Размеры D и l  зависят от мощ­ности машины, ее скорости враще­ния п об/мин и «нагрузок», выбран­ных для ее магнитной системы и электрической части. Нагрузка (или использование) магнитной системы определяется в основном значени­ем магнитной индукции Вd в воз­душном зазоре, а нагрузка (или ис­пользование) электрической части— значением, линейной нагрузки А А/м.

 

1.2.1 «Машинная постоянная». Коэффициент использования

 

Связь между указанными вели­чинами устанавливается следую­щим образом.

Определяем расчетную   мощность машины

Р' = mEI, кВА или кВт                              (1.1)

где т — число фаз;

Е -ЭДС якоря, В;

I -ток якоря, А (для машины постоянного тока m=1; для асинхронных и син­хронных машин в их обыч­ном исполнении Е и I - фазные ЭДС и ток статорной обмотки).

Электродвижущая   сила   якоря (или статора)

E=4 kB f kOwФ×10-8, B                                 (1.2)

где kB — коэффициент, зависящий в основном от формы кри­вой поля (при синусои­дальном поле kB =1,11);

f=pn/60                                                (1.3)

- частота   тока — число пар полюсов);

kО - обмоточный коэффициент для первой гармонической кривой ЭДС (для машин постоянного тока kBk0 = 1);

w - число последовательно со­единенных витков фазы (для машин постоянного тока w — число витков па­раллельной ветви якорной обмотки);

Ф — магнитный поток, определяемый по действитель­ной кривой поля

Ф = аdtld Вd ,Вб                                            (1.4)

где аd - расчетный коэффициент   полюсного перекрытия, равный отношению расчетной длины полюсной дуги к полюсному делению или отношению среднего значения индукции в воздушном за­зоре к ее максимальному значению

аd= bd /t=BdCP                                               (1.5)

где t=pD/2p — полюсное деление;

 ld — расчетная   длина   якоря, м;

Bd — максимальная индукция в воздушном зазоре, Тл.

Линейная нагрузка

, A/м.                                                 (1.6)

Подставив в (1-1) ЭДС Е из (1-2) и учитывая приведенные со­отношения, получим

                                     (1.7)

Величина Cа называется «ма­шинной постоянной» Арнольда. Об­ратная величина 1/CА=KA называ­ется коэффициентом использования (или коэффициентом Эссона). Рас­четная длина якоря ld для машин без радиальных вентиляционных каналов мало отличается от дейст­вительной длины» якоря l1 при на­личии радиальных вентиляционных каналов ld меньше l1 для асинхронных машин примерно на 10¸15%, для машин постоянного тока и синхронных — примерно на 5¸10%. Расчетный коэффициент полюсного перекрытия аd  обычно лежит в пре­делах 0,63¸0,72.

 

1.2.2 Расчетная мощность Р'

 

Расчетная мощность Р' для раз­личных видов машин определяется по заданной номинальной мощно­сти Рн.

Для машин постоянного тока

Р' = EaIa×10- 3, кBт.                                           (1.8)

Здесь Ea=kU UH и Ia=kI /IH

 где Uh и IH — номинальные напряже­ние и ток;

kU учитывает внутреннее падение напряжения в якоре;

kI  учитывает ток в параллельной об­мотке возбуждения.

Для генераторов можно принять: kUГ =1,08¸1,02;  kIГ = 1,06¸1,01; kГ=kUГ×kIГ= 1,14¸ 1,03 при РН от 1 до 1000 кВт; следовательно,

Р' = kГ Uh IH × 10- 3, кBт.                                               (1.9)

Для двигателей

kUД =0,91¸0,98;  kIД = 0,92¸0,99; kД=kUД×kIД= 0,84-0,97 при РН от 1 до 1000кВт; следовательно

Р' = kД Uh IH × 10- 3, кBт                                               (1.9а)

где   hН — коэффициент полезного действия (КПД)   двигателя .

Для асинхронных двигателей

Р' = ErIa×10- 3= mkE Uh IH × 10- 3=, кBA                  (1.10)

где kE=0,98¸0,93.

Для синхронных генераторов

Р' = ErIa×10- 3= mkE Uh IH × 10- 3=, кBA.                      (1.11)

Коэффициент kE зависит от за­данного соsjН; если РН задана в киловольтамперах, то Р' = kE РH.

Для синхронных двигателей

Р' = ErIa×10- 3= mkE Uh IH × 10- 3=, кBA                  (1.11а)

где kE зависит от за­данного соsjН.

Соотношение (1-7) может слу­жить как исходное при определении главных размеров электрической машины. Оно позволяет установить ряд важных зависимостей.

Величина D2ld определяет объем ротора и при данной скорости вра­щения от нее зависит объем статоpa. Следовательно, величина D2ld/P' приближенно определяет объем ма­шины на единицу мощности. Из (1.7) вытекает, что этот объем при неизменных А и Вd обратно пропор­ционален скорости вращения  n, т.е. размеры машины и ее вес уменьша­ются с возрастанием п. Такая зависимость подтверждается практи­кой электромашиностроения для машин со скоростями вращения, при которых не получаются чрез­мерные механические напряжения в их вращающихся частях.

Величины СА и Kа в основном определяют использование актив­ных материалов машины (обмоточ­ных проводов и стали для сердеч­ников статора и ротора). Величина СА,см3/кВА×мин определяет объем материалов на единицу энергии. Величина KA= 1/CА, кВА×мин/м3 определяет плотность энергии, т.е. энергию на единицу объема.

Если написать (1.7) в следую­щем виде

                                       (1.12)

где  - расчетный вращающий момент, то можно видеть, что СА  определяет «объем­ный» расход материалов на едини­цу расчетного момента.

Для  коэффициента использова­ния KA= 1/CА получим                              

                                           (1.13)

следовательно, Ка определяет рас­четный момент на единицу объема.

Лекция 2. 1.2 Определение главных размеров машины

(продолжение лекции 1)

 

Содержание лекции:

- выбор электромагнитных нагрузок.

 

Цели лекции:

- изучить зависимость главных размеров от величин А и Вd.

 

Соотношение (1.7) может слу­жить как исходное при определении главных размеров электрической машины. Оно позволяет установить ряд важных зависимостей.

Величина D2ld определяет объем ротора и при данной скорости вращения от нее зависит объем статоpa. Следовательно, величина D2ld /P' приближенно определяет объем ма­шины на единицу мощности. Из (1.7) вытекает, что этот объем при неизменных А и Вd обратно пропор­ционален скорости вращения  n, т.е. размеры машины и ее вес уменьша­ются с возрастанием п. Такая зависимость подтверждается практи­кой электромашиностроения для машин со скоростями вращения, при которых не получаются чрез­мерные механические напряжения в их вращающихся частях.

Величины СА и Kа в основном определяют использование актив­ных материалов машины (обмоточ­ных проводов и стали для сердеч­ников статора и ротора). Величина СА, м3/кВА×мин определяет объем материалов на единицу энергии. Величина KA= 1/CА, кВА×мин/м3 определяет плотность энергии, т.е. энергию на единицу объема.

Машинная постоянная СА, как показывают данные выполненных машин, в действительности не оста­ется постоянной: она с ростом мощ­ности уменьшается. Следовательно, значение ка при возрастании мощности машины увеличивается.

Обратимся снова к уравнению (1.7) для СА.

Мы можем считать, что здесь коэффициенты ad, kB, kO для нор­мальных машин практически оста­ются почти неизменными и, следо­вательно, размеры машины зависят в основном от электромагнитных нагрузок А и Bd: чем больше эти нагрузки, тем меньше ее размеры. Этим и объясняется стремление вы­бирать для А и Вd по возможности большие значения.

Необходимо, однако, иметь в ви­ду, что при чрезмерных значениях А и Вd могут получиться недопу­стимые перегревы частей машины, ухудшение ее рабочих характери­стик, трудности в изготовлении. Следует, кроме того, выбирать со­отношение между А и Вd  в опреде­ленных пределах, так как от этого соотношения зависят рабочие ха­рактеристики машины.

Практика современного электро­машиностроения и длительный опыт эксплуатации машин позволили установить целесообразные преде­лы, в которых лежат значения А и Вd, чем и надлежит руководство­ваться при их выборе. Они обычно выбираются в зависимости от полюсного деления t или D.

Установленные практикой и опы­том значения А и Вd конечно, не являются предельными: улучшение материалов (прежде всего электро­технической стали и изоляционных), выбор более рациональной геомет­рии машины (соотношений между размерами), улучшение вентиляции, более совершенная технология по­зволят повысить использование ма­шины или при сохранении той же мощности уменьшить ее размеры.

Покажем, что удельная тепло­вая нагрузка цилиндрической по­верхности якоря p'Э, обусловленная электрическими потерями в его об­мотке, зависит от А и плотности то­ка D А/мм2, выбранной для провод­ников этой обмотки.

Электрические потери в провод­никах обмотки на протяжении их пазовых частей

Р/Э=m(2w)r/I2=                     (1.14)

где  r/ — сопротивление пазовой части проводника, ом;

r — удельное    сопротивление проводникового   материа­ла (обычно меди), Ом×мм2/м;

l/ — длина пазовой части проводника, м;

sП — сечение   проводника, мм2 (приведенные    равенства применимы   для  якорей всех машин).

Отсюда получаем

, Вт/м2                           (1.15)

где D  и l (длина пазовой части про­водника) — в метрах.

Допустимое значение p'Э зависит главным образом от условий охлаждения машины. От p'Э зависит «перепад температуры» в пазовой изоляции (разность температур ме­ди проводников и стенок паза), который в машинах на линейное на­пряжение UH³6000В обычно со­ставляет существенную часть обще­го превышения температуры обмот­ки статора.

Чем меньше выбранная линей­ная нагрузка A, тем большей может быть плотность тока D. Величины А и Вd выбираются в зависимости от мощности машины и скорости вращения или, точнее, от полюсного деления t  и окружной скорости ротора vp: чем больше t  и vp, тем бóльшие значения могут быть взяты для А и Вd. Для машин малой мощности (с неболь­шим t) приходится выбирать сравнительно небольшие значения А и Вd. Здесь получа­ется небольшой поток Ф и, сле­довательно, для получения надлежащей ЭДС требуется большое число проводни­ков (1-2). Укладка в пазы малых раз­меров большого числа тонких проводников ухудшает использование площади пазов, так как изоляция самих проводников и па­зовая изоляция здесь занимают относитель­но много места. К тому же при малом радиусе окружности ротора приходится ог­раничивать глубину паза (обычно трапецеидального или грушевидного), чтобы его ши­рина в нижней части была не меньше при­мерно 2 мм. Все это заставляет уменьшать число проводников в пазу и, следовательно, А. При этом зубцы якоря все же получают­ся относительно узкими и для понижения индукции в них несколько снижают также Вd. При уменьшенном значении А можно согласно (1-16) повысить D, что обычно и делается для малых машин.

 

1.2.3 Выбор основных размерных соотношений

 

Было показано, что размеры ма­шины зависят от электромагнитных нагрузок А и Вd. Если правильно выбраны А и Вd , то из (1.7) мож­но найти D4ld. Далее необходимо определить отдельные множители этого произведения. Определение D и ld  основано на выборе отношения

l= ld/t.                                        (1.16)

Выбор  l зависит от многих ус­ловий.

Для нормальных машин посто­янного тока обычно выбирается l=0,6¸1,5. Чем больше l тем отно­сительно более длинной получается машина. Длинные машины по рас­ходу материалов получаются более дешевыми, так как в таких маши­нах несколько лучше используется обмоточная медь, чем в коротких машинах, и, кроме того, их несущие (конструктивные) части получают­ся более легкими. Но при этом ухудшаются условия коммутации из-за возрастания реактивной ЭДС в коммутируемых секциях; ухудша­ются также условия охлаждения, что заставляет в длинных машинах применять более сложную вентиля­цию. Для малых машин часто при­ходится брать низкие значения l (<0,6), чтобы можно было полу­чить достаточное число пазов якоря при приемлемых для них размерах. В некоторых случаях приходится брать повышенное значение l с целью получить небольшой маховой момент GD2 и уменьшить время разбега машины и ее потери при пуске.

Для асинхронных двигателей не­большой мощности обычно l=0,5-1,2; для больших машин l=0,9-2, причем большие значения l вы­бираются при большом числе полю­сов. Перегрузочная способность двигателя (максимальный вращаю­щий момент) и его cosj зависят от l: оптимальные значения получают­ся приблизительно при l= 1¸1,3. Оптимальные машины по весу меди и потерям получаются при l=1,5¸3. Выбор l производится также с уче­том принятой системы вентиляции. При аксиальной вентиляции l бе­рется большим, чем при ради­альной (при отсутствии радиальных каналов). Хотя радиальная венти­ляция и требует несколько больше­го расхода материалов, но машина получается более надежной в рабо­те вследствие более равномерного распределения нагрева ее по длине.

Для явнополюсных синхронных машин l в большой степени зависит от числа полюсов. Для нормальных машин можно принять l=0,9¸2 (при мощностях 100¸6000 кВт), причем высшие значения относятся к бóльшему числу полюсов. В круп­ных гидрогенераторах при высоких угонных скоростях вращения при­ходится увеличивать l  (иногда до 4), а следовательно, уменьшать ди­аметр ротора, чтобы не получить чрезмерных окружных скоростей вращения. Наоборот, для машин, которые должны иметь повышенный момент инерции, приходится умень­шать l, чтобы получить большой диаметр ротора.

Для крупных неявнополюсных синхронных машин — современных турбогенераторов при 2р=2 l име­ет довольно определенное значение, так как для них диаметр D в зави­симости от мощности изменяется в узких пределах: например, при РВ ³100 МВт l=2,8¸3,5.

Таким образом, мы видим, что вопрос об определении соотношения между ld  и t, а при заданном числе полюсов, следовательно, соотноше­ния между ld   и D приходится ре­шать с учетом многих обстоятельств. Вопрос этот разрешается главным образом на основе опытных данных, т.е. на основе данных рационально спроектированных машин, изготов­ление и эксплуатация которых под­твердили их высокие качества в от­ношении простоты и экономичности изготовления, надежности в работе, КПД, cosj и других характери­стик.

Более точные указания по выбо­ру l даются в дальнейшем при рассмотрении расчета отдельных видов машин.

 

Лекция 3. 1.2 Определение главных размеров машины.

2 Проектирование единичной машины и серии машин

(продолжение лекции 2)

 

Содержание лекции:

- соотношения для геометрически подобных машин;

- проектирование единичной машины и серии машин.

 

Цели лекции:

- рассмотреть зависимость между мощностью и  габаритами машин;

- рассмотреть принципы проектирования серий машин.

 

1.2.4 Соотношения для геометрически подобных машин

 

Рассмотрим ряд машин возрас­тающей мощности, геометрически подобных и имеющих одинаковые плотности тока и индукции. Под геометрически подобными машина­ми понимают машины, соответст­венные размеры которых находятся в одном и том же отношении, на­пример, для двух геометрически по­добных машин А и В имеем

DA/DB=lA/lB =bПA/bПB=hПA/hПB        и т.д.

где bП и hП — ширина   и высота паза.

Расчетная мощность машины пропорциональна произведению ЭДС и тока

Р' º ЕI.                                                         (1.17)

При данных частоте и скорости вращения ЭДС Е пропорциональна числу витков w обмотки якоря и магнитному потоку Ф, наводящему ЭДС в этой обмотке

Eº wФ.                                                         (1.18)

Заменив Ф через BSC, где В — индукция в сечении SС стального участка магнитной цепи, получим

E º wBSC.                                                     (1.19)

Ток I=DsП. Следовательно, вме­сто (1.17) может написать

P/=wBSCD sП.                                           (1.20)

Если обозначить общее сечение меди всех витков через

SM = wsП.                                                  (1.21)

то получим

P'ºBDSCSM.                                                  (1.22)

Площади SC и SM пропорцио­нальны квадрату линейного разме­ра l (для геометрически подобных машин можно взять любой линей­ный размер машины); следова­тельно

 SC × SMº l2× l2.                                                                         (1.23)

Отсюда при постоянных значе­ниях В и D

Р'º l4  или    .                                        (1.24)

Вес активных материалов (ме­ди и стали) пропорциональны их объему, т.е. кубу линейных раз­меров:

G ºl3.                                                       (1.25)

Поэтому

.                                                     (1.26)

 

Следовательно, вес машины при увеличении линейных размеров ра­стет медленнее, чем ее мощность.

Можно считать, что стоимость С активных материалов и потери SР в них при заданных индукции и плотности тока пропорциональны весу:

.                                      (1.27)

Если отнести вес, стоимость ма­шины и ее потери к единице мощ­ности, то получим

                                 (1.28)

Последние соотношения показы­вают, что вес и стоимость активных материалов на 1кВт или 1кВА и от­носительное значение потерь (электрических и магнитных потерь на единицу мощности) в ряде геометрически подобных машин изменя­ются обратно пропорционально корню четвертой степени из их мощ­ности при сохранении постоянными значений  D и В.

В ряде геометрически подобных машин возрастающей мощности скорость вращения их принимается постоянной; при этом вращающий момент М' пропорционален мощ­ности

М' ºР'º l4.                                              (1.29)

 Если рассматривать однотипные машины с разными скоростями вра­щения n, то для них можем напи­сать

 

 Р' º М'п º l4п,                                     (1.30)

т.е. при одинаковых размерах и электромагнитных нагрузках мощ­ность машины пропорциональна скорости вращения, что следует также из (1.7). В действительности мощность машины при увеличении n до некоторого предела возрастает несколько быстрее, чем n, так как получающееся при этом улучшение условий охлаждения позволяет не­сколько повысить значения В и D.

Было показано (1.27), что потери машины растут пропорцио­нально кубу линейных размеров ее. Но ее поверхности охлаждения воз­растают пропорционально только квадрату линейных размеров. По­этому при увеличении мощности ма­шин приходится повышать интен­сивность их охлаждения (усиливать вентиляцию) и отступать от геоме­трического подобия их форм.

Следует отметить, что хотя от­носительное значение потерь в ак­тивных материалах с ростом мощ­ности уменьшается, относительное значение механических и вентиля­ционных потерь при этом почти не изменяется. Это обстоятельство служит одной из причин резкого возрастания к.п.д. с ростом номи­нальной мощности малых машин и менее резкого возрастания к.п.д. средних и особенно больших машин.

Приведенные соотношения (1.24) — (1.З0) являются приближен­ными и дают только общую ориен­тировку при определении зависимо­сти мощности машины, ее веса и потерь от размеров ее. Практиче­ски при проектировании ряда машин возрастающей мощности всег­да приходится в той или иной мере от них отступать по причинам, обу­словленным допустимыми перегре­вами, техническими требованиями в отношении рабочих характеристик, конструкцией, технологией изготов­ления и пр.

2 Проектирование единичной машины и серии машин

 

На электромашиностроительном заводе редко приходится проекти­ровать единичную, индивидуальную машину. Такую машину приходит­ся проектировать только в том слу­чае, если она резко отличается, на­пример, по мощности, по своим ха­рактеристикам и конструкции от нормальных машин, для которых на заводе налажено серийное произ­водство. Но и в этом случае необхо­димо бывает считаться с существу­ющими на заводе нормалями (штампами, моделями, шаблонами, мерительным инструментом и т. п.).

Обычно проектируется серия ма­шин. Серией называется ряд машин или трансформаторов возраста­ющей мощности при однотипной конструкции. Серия машин характеризуется: 1) коэффициентом нарастания мощностей, или шкалой мощностей; 2) шкалой скоростей вращения; 3) шкалой внешних диаметров якоря, или габаритов; 4) числом длин в одном габарите; 5) однотипностью конструктивных деталей, системы охлаждения и пр.

Проектирование серии машин представляет собой сложную и ответственную задачу, так как при этом приходится считаться со мно­гими требованиями, часто противо­речащими друг другу.

При проектировании серии ма­шин большое значение имеют воп­росы экономики и рациональной ор­ганизации производства и его тех­нология, с которыми тесно связаны вопросы унификации деталей и кон­структивных узлов, нормализации деталей (сюда же относятся вопро­сы взаимозаменяемости) и т.п. Удовлетворить всем требовани­ям можно лишь частично, отступая несколько от оптимальных размер­ных соотношений, например, с точ­ки зрения расхода материалов. Именно эти вопросы заставляют для асинхронных и синхронных машин выбирать внешние диаметры статора таким образом, чтобы мож­но было при одном внешнем диа­метре получить несколько машин на различные мощности и скорости вращения при изменении только внутреннего диаметра и сохранении или небольшом изменении их дли­ны (вместе с вылетами лобовых ча­стей обмоток).

При проектировании серий приходится принимать в соображение    условия внешней и внутренней геометрии машин. Внешняя геометрия - это основные размеры: диаметр, длина, полюсное деление, конструкция корпуса, щитов и других деталей. Внутренняя геометрия - это размеры пазов и зубцов, число пазов на полюс фазу, коэффициенты заполнения и т.п. Внутренняя геометрия определяет параметры машины и потери. Для машин на одно и то же число полюсов часто остав­ляют одни и те же внешний и внут­ренний диаметры статора и ротора для двух-трех смежных по мощно­сти машин, изменяя только их длину.

В результате для ряда машин значительно сокращается количест­во штампов для штамповки листов статора, ротора или полюсов, умень­шается количество моделей для от­ливки станин, подшипниковых щи­тов, сохраняются одни и те же диаметры валов, подшипники, кол­лекторы, обмоткодержатели, значи­тельно сокращается количество ме­рительного инструмента, технологической оснастки и т. п.

При выборе внешнего диаметра статора асинхронной и синхронной машин или якоря машины постоян­ного тока следует руководствовать­ся нормалями, обязательными для заводов. Они раз­работаны с учетом наиболее раци­онального раскроя листов элек­тротехнической стали, имеющих стандартные размеры.

Выбор шкалы напряжений в серии определяется технико- экономическими соображениями.

В серийных машинах при переходе машины данного габарита и данной длины на повышенное напряжение ее мощность снижает­ся на одну ступень по шкале мощностей.

         Основные экономические выгоды серийного производства состоят в следующем:

а) удешевляется производство машин ввиду однотипности деталей и технологических процессов;

б) уменьшается расход материалов и труда на единицу продукции; 

в) повышается качество машин;  4)упрощается эксплуатация, проектирование и монтаж электроприводов и электроснабжения предприятий в связи с введением стандартизации и унификации типов машин и их деталей.

 Число серий машин весьма значительно, так как, кроме серий нормальных машин, имеются модификации, а также специализированные серии машин (взрывобезопасные, крановые, тяговые, металлургические и пр.).

Проектирование серий машин основывается на опыте пользования предыдущих серий или отдельных машин. Учитываются технические требования, достижения в отношении технологии, новых изоляционных, магнитных и конструктивных материалов. Принимаются во внимание исследования в области вентиляции и нагрева машин, а также в области динамических режимов электропривода.

 

 

Лекция № 4.   3 Влияние на размеры машины основных эксплуатационных требований

 

         Содержание лекции:

- влияние сопротивлений, cosj, напряжения и т.д.

 

Цели лекции:

- показать важность правильного выбора параметров, влияющих на величины  сопротивлений, cosj, напряжения и т.д.  для получения оптимальных главных размеров.

 

3.1 Влияние заданных сопротивлений:

 

а) индуктивные сопротивления.

 

Из общего курса «Электрических машин» известно, что главное индуктивное сопротивление электрической машины равно

 

где kO - обмоточный коэффициент;

kd -  коэффициент воздушного зазора;

t -полюсное деление;

d - воздушный зазор;

m- число фаз;

 fчастота сети;

km -  коэффициент насыщения.

Относительное   реактивное сопротивления может быть представлено в виде

Или во вращающихся машинах

 

и в трансформаторах

где kl и  можно принять постоянными величинами.

Так как индукция в зазоре или в сердечнике трансформатора часто выбирается по допустимому насыщению железа, как предель­ная величина, мы можем приближенно считать ее неизменной и, следовательно, относительную реактивность полагать пропорцио­нальной линейной нагрузке. Уменьшение индуктивного сопротивления Х приводит к уменьшению линейной нагрузки А, а значит к увеличению веса на единицу мощности и к удорожанию машины, так как согласно  пункту 1.1 вес машины заданной скорости на 1 кВА пропорционален

.

Таким образом, всякое уменьшение относительной реактивности, например, с целью повышения устойчивости параллельной работы отношения короткого замыкания (о.к.з.) или с целью уменьшения внутреннего падения напряже­ния, вызывает удорожание машины. Оптимальные величины реактивностей зависят от условий работы машины;

 

б) активное сопротивление.

 

Требование определенной величины относительного активного сопротивления    по существу означает требование определенных относительных по­терь в меди и зависит от условий нагрева и экономических усло­вий, т.е. от соотношения стоимости потерь и стоимости материалов.

 

3.2 Влияние заданного cosj:

 

а) асинхронные машины.

 

Повышение cosj в асинхронных машинах связано с уменьшением реактивностей рассеяния и увеличением реактивности взаимоиндукции. Так как уменьшение реактивностей рассеяния имеет предел (например, с точки зрения пусковых токов), увеличение cosj  в асинхронных ма­шинах требует увеличения индуктивного сопротивления взаимоиндукции хт, равного 

.

 

Однако, как известно,

jMAХ =

а так как  то увеличить cosj  асинхронной ненасыщенной машины путем изменения соотношения  невозможно. Ос­тается,  следовательно, путь уменьшения   за счет геометрических соотношений

 b, = и т. д.

 

где  b -коэффициента укорочения;

 hП – высота паза.

 

Из условий максимума cosj  необходимо выбирать:

l1 = l1 min;    d=dmin ;     b =bmax

где @18 ¸20; @ 4¸5;

 

 

б) синхронные машины.

 

В синхронной машине величина cosj при заданном отношении короткого замыкания ОКЗ (или  ) определяется  величиной  МДС возбуждения. Здесь cosjmax=1  получается при вполне определенной величине воз­буждения. Из векторной диаграммы неявнополюсной машины следует

sinj =

где xd – синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси.  

 

При                                      U=1;  Ef=kfU;  I = I= 1

sinj =

т.е. cosjmax=1 получится при kf =

Перевозбуждение (увеличение kf) приводит к уменьшению cosj и почти пропорциональному возрастанию цены машины. Недовозбуждение (уменьшение kf) приводит также к уменьшению cosj и, соответственно, к удешевлению машины за счет уменьшения потерь в меди ротора и ее стоимости, определяемой величиной МДС возбуждения.

В трансформаторах

Xk =

 

и, следовательно, уменьшение относительной величины хк также приводит к возрастанию веса и цены трансформатора.

 

3.3 Влияние напряжения

 

Из выражения для универсальной постоянной можно видеть, что при прочих равных условиях увеличение Kj  приводит к уменьшению размеров машины. Поскольку все составляющие этого коэффициента, за исключением kЗ, изменяются незначительно, можно считать, что определяющей величиной является коэффициент заполнения паза медью kЗ. При повышении напряжения толщина пазовой изоляции увеличивается и kЗ уменьшается. Это приводит к удорожанию машины, так как размеры машины и стоимость материалов увеличиваются не только из–за уменьшения  kЗ, но и вследствие снижения плотности тока, поскольку условия охлаждения машины ухудшаются. Стоимость изоляции увеличивается.

При понижении напряжения машины на заданную мощность возрастает величина тока, что приводит к удорожанию подводящей линии и аппаратуры. Кроме того, при понижении напряжения увеличивается число параллельных ветвей, что приводит к увеличению расхода изоляции и меди. Поэтому для каждого типа машины, рода изоляции и ее стоимости существует оптимальное напряжение будут минимальны. Установление этой величины представляет сложную технико-экономическую задачу.

 

Лекция 5. 4 Обмотки машин переменного тока

 

Содержание лекции:

- конструкция и виды обмоток

- требования, предъявляемые к обмоткам и изоляции.

 

Цели лекции:

- рассмотреть как влияет коэффициент заполнения паза на размеры машины. 

 

4.1 Типы обмоток

В современных электрических машинах наибольшее распростра­нение получили цилиндрические (барабан­ные) обмотки. Проводники таких обмоток располагаются вдоль воздушного зазора машины и не охватывают магнитопроводы ста­тора и ротора. Другие типы обмоток встречаются только в некото­рых специальных типах электрических машин.

Обмотки бывают сосредоточенными или распределенными. В сосредоточенных обмотках витки, образующие полюс, объедине­ны в одну, как правило, многовитковую катушку, которая насажи­вается на ферромагнитный сердечник. Полюс, образованный ка­тушкой и сердечником, называют явно выраженным.

Обмотки возбуждения почти всех машин постоянного тока выполняют сосредоточенными. В маши­нах переменного тока сосредоточенными выполняют обмотки воз­буждения синхронных машин с частотой вращения не более 1500 об/мин. Такие машины называют машинами с явно выражен­ными полюсами на роторе или машинами с явнополюсными рото­рами.

Распределенные обмотки состоят из катушек с относительно не­большим числом витков каждая (в машинах большой мощности — до одного-двух витков в катушке). Катушки размещают равномерно по всей длине окружности воздушного зазора в пазах статора или ротора. Соединенные между собой по определенной схеме катушки образуют так называемые неявно выраженные полюсы ма­шины.

Распределенные обмотки приняты в статорах и фазных роторах асинхронных машин, в статорах синхронных машин, якорях машин постоянного тока и в роторах синхронных машин с частотой враще­ния 3000об/мин (в неявнополюсных роторах).

Катушки распределенной обмотки (рисунок 5.1) наматывают обмоточным приводом. Прямолинейные части витков, располагающиеся в пазах магнитопровода, называют пазовыми частями; криволиней­ные, которые соединяют пазовые части между собой, — лобовыми частями витка. Стороны катушек распределенных обмоток могут занимать либо целый паз, либо только половину. В первом случае обмотку называют однослойной, во втором—двухслойной, так как стороны ка­тушек располагают в пазах в два слоя: одна в нижней половине паза — нижний слой, вторая в верхней половине — верхний слой.

Некоторые типы обмоток изготовляют не из катушек, а из стер­жней -стержневая обмотка. Каждый стержень представ­ляет собой как бы катушку, разрезанную пополам по лобовым час­тям, и состоит из одной пазовой и двух половин разных лобовых частей. Витки стержневой обмотки образуются после укладки об­мотки в пазы и соединения головок стержней друг с другом.

По направлению отгиба лобовых частей катушек или стержней, который определяет последовательность их соединений между со­бой, различают петлевые и волновые обмотки.

 

4.2 Изоляция обмоток

 

Почти все обмотки электрических машин наматывают изолиро­ванным обмоточным проводом. Значительно реже для обмоток ис­пользуют неизолированную прямоугольную проволоку или медные шины, на которые изоляцию наносят в процессе изготовления кату­шек. Лишь короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных дви­гателей и демпферные или пусковые обмотки синхронных машин не имеют изоляции. Стержни этих обмоток устанавливают в неизоли­рованные пазы магнитопровода, а в большинстве асинхронных дви­гателей мощностью до 300¸400 кВт выполняют заливкой в пазы алюминия или его сплавов.

К изоляции электрических машин предъявляют ряд требований, целью которых является обеспечение надежной работы машины на протяжении всего расчетного срока ее эксплуатации. Изоляция, прежде всего, должна иметь достаточную электрическую прочность для предотвращения возможного замыкания витков обмотки на ме­таллические части машины или между собой. Для обеспечения этого требования изоляция должна обладать хорошей теплопроводно­стью, так как иначе тепло, выделяемое в проводниках обмотки, на­греет ее выше допустимых пределов и электрическая прочность изо­ляции снизится. Кроме того, изоляция обмоток не должна заметно ухудшать свои электрические свойства под воздействием механиче­ских усилий, которым она подвергается в процессе укладки обмотки в пазы, а также при работе машины, под воздействием влаги, паров масел и различных газов, которые может содержать окружающий машину воздух.

По своему функциональному назначению изоляция обмоток подразделяется на корпусную — наружную изоляцию катушек, изоли­рующую их от стенок пазов в сердечниках (пазовая изоляция) и от других металлических частей машины (изоляция лобовых частей ка­тушек); междуфазовую, изолирующую катушки каждой фазы об­мотки от других фаз; витковую, изолирующую каждый виток ка­тушки от других витков; проводниковую — изоляцию каждого из проводников обмотки. Каждый из видов изоляции имеет свою, спе­цифическую конструкцию и к ним предъявляются различные требо­вания.

В общем случае толщина и конструкция всех видов изоляции определяются ее функциональным назначением, уровнем номиналь­ного напряжения машины, ее типом и условиями эксплуатации, для которых предназначена данная машина.

В наиболее тяжелых условиях при эксплуатации находится кор­пусная изоляция пазовых частей катушек обмотки. Ограниченные размеры паза приводят к необходимости выполнения пазовой изо­ляции в виде тонкого и механически прочного слоя, отвечающего всем перечисленным выше требованиям к изоляции электрических машин, т.е. электрической и механической прочности, теплопро­водности и др. Современные электроизоляционные материалы по­зволяют выполнить пазовую изоляцию машин с номинальным на­пряжением до 660 В толщиной, не превышающей нескольких десятых долей миллиметра на сторону, а машин высокого номинального напряжения — толщиной, не превышающей нескольких миллиметров на сторону.

Корпусная изоляция по своей конструкции бывает непрерыв­ной или гильзовой. Непрерывную изоляцию образуют обертыва­нием проводников катушки по всей их длине лентой изоляцион­ного материала, например микалентой, стекломикалентой или стеклослюдинитовой лентой. Гильзовую изоляцию образуют обертыванием прямолинейных пазовых частей катушек широким листовым изоляционным матери­алом с последующей горячей обкаткой наложенных слоев (мягкая гильза) или горячей обкаткой, опрессовкой и запечкой (твердая ги­льза). На изогнутые лобовые части катушек с гильзовой изоляцией наносят непрерывную ленточную изоляцию.

Непрерывную и гильзовую изоляцию применяют для обмоток всех машин напряжением 3000 В и выше, в обмотках якорей машин постоянного тока большой мощности стержневых волновых обмот­ках фазных роторов асинхронных двигателей, а также в машинах специального, например, влагостойкого исполнения при любом но­минальном напряжении.

 

4.3 Коэффициент заполнения паза

 

Зубцовая зона — наиболее напряженный в магнитном отноше­нии участок магнитопровода, поэтому при проектировании машин стремятся выбрать наименьшие размеры пазов, обеспечивающие размещение в них необходимого числа проводников и изоляции. Степень использования объема паза для размещения меди обмотки оценивается коэффициентом заполнения паза медью kM, представляющим собой отношение суммарной площади поперечного сечения всех проводников в пазу к площади поперечного сечения паза «в свету» SП:

                                     (4.1)

где  — площадь поперечного сечения элементарного проводника;

— число элементарных проводников в одном эффективном проводнике;

            — число эффективных проводников в пазу.

 

Коэффициент kM зависит от общего количества изоляции в пазу,  т.е. от толщины корпусной, витковой и проводниковой изоляции и наличия различных изоляционных прокладок. При возрастании толщины изоляции, например, в машинах с более высоким номинальным напряжением или при использовании худших изоляционных материалов, коэффициент заполнения паза медью уменьшается. Это приводит к ухудшению использования пазового пространства а, следовательно, и всей зубцовой зоны машины.

Для машины с обмотками из прямоугольных проводов kM можно рассчитать достаточно точно, так как при проектировании заранее определяют местоположение каждого проводника в пазу.

В обмотках из круглого провода положение каждого проводни­ка в пазу заранее определить нельзя. Кроме того, плотность разме­щения проводников в пазу непостоянна. Она зависит от усилий, прикладываемых обмотчиком при уплотнении проводников по мере укладки их в пазы. Опытом установлено, что при чрезмерно боль­шой плотности укладки круглых проводов трудоемкость обмоточ­ных работ неоправданно возрастает, а надежность обмотки резко ухудшается из-за возникающих при этом механических поврежде­ний проводниковой изоляции.

Плотность укладки проводников в пазы оценивается технологи­ческим коэффициентом заполнения проводниками свободной от изоляции площади поперечного сечения паза

.                                 (4.2)

 

Числителем этого выражения является произведение площади квадрата, описанного вокруг изолированного элементарного про­водника с диаметром dиз, на число всех элементарных проводников в пазу , а знаменателем — площадь поперечного сечения паза, свободная от изоляции , т.е. та площадь, в которой располагают­ся проводники обмотки. Коэффициент обычно называют коэффи­циентом заполнения паза. Он характеризует только технологич­ность укладки обмотки из круглого провода, а не степень использования объема паза для размещения проводников обмотки. Так, при одной и той же плотности укладки обмотки k3 будет одина­ков для обмоток машин с разной толщиной пазовой или проводни­ковой изоляции, при двухслойной или однослойной обмотках и т. п.

     В современном электромашиностроении плотность укладки об­мотки стремятся выполнить такой, чтобы был в пределах 0,7¸0,75, причем меньшие значения — в машинах с числом полю­сов, равным двум.

     Следует отметить, что увеличение числа элементарных провод­ников в одном эффективном, т.е. применение обмоточного провода меньшего диаметра при прежней площади эффективного проводни­ка, приводит к некоторому возрастанию коэффициента заполнения, и наоборот. Это объясняется тем, что толщина изоляции обмоточ­ного провода остается постоянной при сравнительно больших изме­нениях диаметра круглых обмоточных проводов.

 

Лекция № 6. 5 Расчет магнитной цепи электрической машины

 

         Содержание лекции:

- суть метода расчета магнитного потока при холостом ходе.

 

Цели лекции:

- изучить метод  определения величины магнитодвижущей силы на каждом участке магнитной цепи.

 

5 Метод расчета магнитной цепи электрической машины

 

Расчет магнитной цепи электрической машины заключается в определении  величины магнитодвижущей силы (МДС), необходимой для создания в воздушном зазоре машины магнитного потока, могущего навести в обмотке якоря заданную ЭДС.

Неравномерность распределения проводников обмотки по объему машины, нелинейность характеристики и сложность конфигурации магнитопроводов, а также наличие воздушного зазора делают точный расчет поля практически невозможным. Поэтому при расчете пользуются  рядом упрощающих допущений. Вследствие симметрии устройства машины и равенства потоков всех полюсных делений достаточно рассмотреть магнитную цепь одной пары плюсов.

В качестве примера рассмотрим магнитную цепь машины постоянного тока.

        

5.1 Участки магнитной цепи машины

 

На поперечном разрезе машины (рисунок 5-1) показан путь магнит­ного потока машины постоянного тока, созданного главными полюсами. Весь поток ФП полюса делится на две неравные части. Большая из них Фd -основной магнитной поток  - поток в воздушном зазоре d, приходящийся на одно полюсное деление  машины и магнитные линии которого сцеплены с витками как первичной обмотки, так и вторичной. Меньшая часть Фs - поток рассеяния, линии которого замыкаются с витками только одной обмотки

ФП= Фd+ Фs .                                            (5.1)

Обычно коэффициент рассеяния ks = ФП / Фd=1,1 - 1,25.

Для расчета магнитной цепи электрической машины используется уравнение полного тока для замкнутой цепи

         где Н- напряженность магнитного поля;

                dl-элемент длины магнитной линии;

      - полный ток, охватываемый магнитной линией.

 

Для упрощения задачи можно разделить замкнутый контур на несколько участков с неизменной напряженностью магнитного поля на каждом участке или с одной закономерностью изменения этой напряженности на длине участка, тогда закон полного тока напишется в следующем виде:

 

.                                               (5.2)

В магнитной цепи электрической машины напряженность маг­нитного поля изменяется на границе участков из различных материалов. По этому признаку магнитную цепь машины постоянного тока можно разделить на пять участков: зазор, зубцовая зона, сердечник якоря, сердечник полюса и ярмо. Тогда вместо равенства (2.2) получим

dd+ 2НZhZ+2HaLa+2Hmhm+2НЯLЯ=2wBIB;

2Fd+ 2FZ+ 2Fа+2Fm+2FЯ =2wBIB =2FB                                (5.3)

где d, hZ, La, hm, LЯдлины участков магнитной цепи;

Fd, FZ, Fа, Fm, FЯ магнитодвижущие силы участков магнитной цепи.

 

 Магнитодвижущие силы для отдельных участков  не равны между собой. Первое слагаемое в машинах составляет (0,6 ¸ 0,8) FВ. В крупных и средних машинах FZ является вторым по величине слагаемым. На долю трех последних слагаемых приходится не более 0,1FВ. (В двухполюсных машинах малой мощности вторым по величине слагаемым обычно является Fа). Поэтому определение двух первых слагаемых уравнения (5.3) должно выполняться с значительно большей точностью, чем остальных.

Размеры участков магнитной цепи или известны (в выполненной машине), или устанавливаются по рекомендуемым величинам индук­ции (при проектировании машины), поэтому для необходимого магнитного потока может быть определена индукция на всех участках магнитной цепи.

Напряженность магнитного поля зависит от индукции и магнит­ной проницаемости m материала рассматриваемого участка

Н=В/m.                                                                          (5.4)

Таким образом, для участка с известной магнитной проницаемо­стью  необходимая намагничивающая  сила

                                                      (5.5)

Почти все немагнитные материалы (воздух, медь, изоляционные материалы)  имеют магнитную проницаемость m0 = 4p× 10-7 Гн/м.

Для ферромагнитных материалов проницаемость m весьма велика и является переменной величиной. Поэтому зависимость (5.4) выра­жают для этих материалов в графической форме в виде характеристик намагничивания В=f(H) или в форме таблиц.

 

 

5.2 Магнитодвижущая сила воздушного зазора

 

Наиболее сложный характер имеет магнитное поле в воздушном зазоре. Основной магнитный поток в зазоре распределяется на части цилиндрической поверхности якоря, ограниченной двумя образующими между полюсами и двумя дугами по краям сердечника якоря. Величина этой поверхности определяется диаметром Dа якоря, количеством полюсов и длиной ld  якоря. Длина дуги между обра­зующими соответствует полюсному делению

.                                                          (5.6)

На рисунке 5.2, а показаны пути магнитного потока в поперечном раз­резе зазора и распределение индукции в зазоре на спрямленной части окружности якоря. Индукция не остается постоянной на полюсном делении вследствие различной длины пути магнитного потока над зубцами, над пазами и у краев полюсного наконечника. Над зубцами индукция больше, а над пазами меньше, на образующих между полюсами индукция равна нулю. На рисунке 5.2,б показаны пути магнитного потока в продольном разрезе зазора и распределение индукции по длине якоря. Здесь индукция также не остается постоянной вследствие увеличенной длины пути магнитного потока над радиальными вентиляционными каналами.

Действительные картины распределения индукции в обоих направлениях требуют сложных методов расчета, поэтому их заменяют более простыми картинами, которые позволяют значительно упро­стить расчет и в то же время обеспечивают необходимую точность результатов. Зубчатое распределение индукции в поперечном разрезе зазора заменяют участком с постоянной индукцией Вd, равной сред­ней индукции на большей части полюсной дуги (рисунок 5.2,а). Границы, участка устанавливаются таким образом, чтобы площадь полученного прямоугольника с основанием b' равнялась площади, охватываемой действительной кривой распределения индукции. При такой замене часть основного магнитного потока, приходящаяся на полюсное деле­ние и единицу длины якоря, сохраняется постоянной. Относительная расчетная полюсная дуга в машинах постоянного тока a'=b'/t= 0,6 ¸ 0,7. При неизменном зазоре d  под полюсным наконечни­ком и измеренной полюсной дуге b  наконечника расчетная полюс­ная дуга b'=b+ 2d.

Действительное распределение индукции в продольном разрезе зазора также заменяют прямоугольником с уже установленной высо­той Вd (рисунок 5.2,б). Основание l/2 этого прямоугольника зависит от распределения индукции. При наличии радиальных вентиляционных каналов уменьшение индукции над каналами учитывается соответст­вующим уменьшением основания прямоугольника. Если l2 — полная длина якоря, nК2 — количество вентиляционных каналов, bК2 — ширина вентиляционного канала, то длина всех пакетов якоря (без вентиляционных каналов)

    lП2=l2- nК2 bК2.                                                                      (5.7)

В этом случае расчетную длину якоря можно принимать

l/2=l2- 0,5nК2 bК2.                                      (5.8а)

Для якоря без радиальных вентиляционных каналов

l/2=l2 .                                         (5.86)

Для упрощенных картин распределения индукции под главным полюсом

 

Фd = Вd b' l/2d a't l/2                                                       (5.9)

откуда                                    

В современных машинах постоянного тока индукция Вd тем боль­ше, чем больше мощность машины и чем меньше частота перемагничивания рn/60 стали якоря и находится в пределах 0,25¸1 Тл.

Длина пути магнитного потока в зазоре различна - над зубцами короче, а над пазами длиннее (рисунок 5.2, а). Таким образом, расчетная длина d/ пути магнитного потока больше измеренного зазора  d между полюсом и якорем

d/dd                                                (5.10)

где Кd - коэффициент воздушного зазора, обусловленный зубчатостью якоря и зависит от пазового деления t2 и откры­тия (шлица) bШ2 паза.

Намагничивающая сила, необходимая для проведения магнитного потока через удвоенный зазор (на пару полюсов)

Fd =2Hdd=2                                         (6.11)

 

Лекция № 7. 6 Расчет магнитной цепи электрической машины

(продолжение лекции 6)

        

Содержание лекции:

- магнитодвижущие силы зубцов, полюсов, ярма и спинки якоря;

- магнитная характеристика.

 

Цели лекции:

- изучить зависимость полной МДС от различных факторов.

 

5.3 Магнитодвижущая сила для зубцовой зоны якоря

 

Следующей по сложности  и роли ее МДС в полной МДС магнитной цепи является зубцовая зона.

Рассмотрим сечение зубцовой зоны на некотором расстоянии х от корня зубца (рисунок 5.3).

Поток на зубцовое деление

 Фt = Вd t2 ld,                                              (5.12)

 

часть ко­торого ФZХ  распределяется по зубцу и часть ФПХ — по пазу, т. е.

Фt= ФZХ+ ФПХ.                                         (5.13)

Для вычисления действительной индукции на рассматриваемой высоте зубца необходимо разделить равенство (6.13)  на площадь SZX зубца, по которой распределен этот поток

                                           (5.14)

 

где -площадь сечения паза на расстоянии х от корня зубца.

Если весь магнитный поток Фt про­ходит только по зубцу, то действи­тельная индукций ВZ2X равна расчетной индукции В/ZX=   на рассматриваемой высоте зубца. Первое слагаемое в правой части равенства выражает действительную индукцию в зубце  ВZX, а вместо второго члена можно записать

 

                                 (5.15)

так как зубец и паз являются параллельными путями для маг­нитного потока, то индукция в зубце и в пазе создается одинаковой напряженностью магнитного поля, т.е.  НZX= НПX  или m0 НZX= m0 НПX=  ВПX Здесь  КПX –зубцовый коэффициент, зависящий только от геометрических размеров зубцовой зоны в данном сечении.                                        

С учетом полученных значений ВП2Х и ФПX/QZX  индукция в рассматриваемом сечении зубца

 

В/ZX = ВZX +m0 КП2X НZ2X .                               (5.16)

 

Определение намагничивающей силы для зубцовой зоны произ­водится с помощью предварительно построенного семейства харак­теристик намагничивания для ряда значений коэффициента КП.

Семейство характеристик В/Z=fZ) строится следующим обра­зом: по основной характеристике намагничивания электротехнической стали (линия 1 на рисунке 6.4) для действительной индукции ВZ  опреде­ляется значение напряженности магнитного поля НZ и вычисляется произведение m0КПНZ,          затем по 5.16 вычисляется расчетная индукция В/Z2 и строится характеристика В/Z2 =fZ ) (рисунок 5.4).

Расчетная индукция

 

  (6.17)                           

 

где kC - коэффициент запол­нения пакетов сталью, учитывающего уменьшение площади для по­тока, вызванное наличием изоляции между листами стали и неплотностью прилегания этих листов. В зависимости от толщины листа стали  kC = 0,88¸0,93.

Если, индукция В/Z2X  не превосходит 1,7Тл, то магнитная прово­димость зубца значительно больше проводимости паза и можно прене­бречь частью магнитного потока ФПХ, т.е. считать действительную индукцию равной расчетной, тогда определение напряженности маг­нитного поля производится по основной характеристике намагничи­вания.

На рисунке 6.3 построена зависимость НZX=f(x) по вычисленным  значениям B'ZX для различных сечений зубца. При прямоугольном пазе полученная кривая близка к параболе. Площадь, ограниченная осью абсцисс и кривой НZX=f(x), представляет намагничивающую силу, необходимую для проведения магнитного потока через один зубцовый слой.

Для построения зависимости НZX=f(x) (рисунок 5.3) достаточно вычислить индукцию в верхнем, среднем и нижнем сечениях зубца по его высоте и для этих сечений определить пазовые коэффициенты kП1, kП2 и kП3  пользуясь полученными величинами, находят по характеристике намагничивания  (рисунок  5.4)  соответствующие им напряженности магнитного поля: НZ21, НZ22 и НZ23

Расчетное значение напряженности магнитного поля в зубцах

 

Если hZ2 - высота зубца, то намагничивающая сила для зубцовой зоны на пару полюсов

 FZ2=2HZ2СР×hZ2.                                               (5.18)

 

В машинах постоянного тока индукция ВZ23 обычно равна 1,5¸2,3Т , но в некоторых случаях, как, например, в тяговых двигателях, доходит до 2,6 Т.

 

5.4 Магнитодвижущая сила для сердечника якоря, полюсов и ярма

 

Магнитодвижущие силы для сердечника якоря, полюсов и ярма относительно малы и могут рассчитываться более приближенно. Основной магнитный поток проходит к соседним полюсам через сердечник якоря двумя параллельными путями и величина потока Фd на каждом из этих путей равна Фd/2 (рисунок 5.1).

Расчетная индукция в сердечнике якоря

                                                      (5.19)

 

Намагничивающая сила для сердеч­ника якоря

Fа=Hа×Lа.                                               (5.20)

где  -средняя длина пути магнитного потока в сердечнике якоря.

Рекомендуемые значения индукции Ва находятся в пределах 0,8¸1,3Т.

Порядок расчета намагничивающей силы для полюсов и для ярма такой же, как и для сердечника якоря. Поток ФП в полюсе связан с ос­новным магнитным потоком Фd коэффициентом рассеяния ks (5.1).

Расчетная индукция в сердечнике полюса

                                          (5.21)

Намагничивающая сила для полюсов

Fm=2Hm×hm.                                               (5.22)

Рекомендуемые значения индукции ВП находятся в пределах 1,2-1,6Т.

Магнитный поток в одностороннем сечении ярма (рисунок 5.1)

 

ФС1П2/2= ksФd/2.                                            (5.23)

 

Расчётная индукция в ярме

                                          (5.24)

         где lЯ -длина пути ярма в осевом направлении. длина пути магнитного потока в ярме;

          hЯ - высота ярма.                         

 

Намагничивающая сила для ярма

FЯ = HЯLЯ.                                            (5.25)

где-длина пути магнитного потока в ярме.

Рекомендуемые значения индукции ВС1  находятся в пределах  0,8¸1,2Т.

Выше предполагалось, что пазы в полюсных наконечниках отсутствуют. При наличии таких пазов рассчитываются также МДС для зубцового слоя полюсных наконечников, а  hm соответственно уменьшается.

 

 

Лекция № 8. 5 Расчет магнитной цепи электрической машины (продолжение лекции 7). 6 Потери и коэффициент полезного действия

 

Содержание лекции:

- построение магнитной характеристики и зависимости  Фd=f(FB);

- виды потерь.

 

Цели лекции:

- обосновать выбор номинального потока;

- рассмотреть зависимость потерь от различных факторов.

 

5.5 Полная намагничивающая сила и магнитная

характеристика машины

 

Сложив вычисленные МДС участков магнитной цепи, получим МДС машины на один полюс

FВ=Fd + FZ + Fa + Fm + FЯ                               (5.26)

причем

FВ = wiB.

Если повторить расчет FВ для ряда значений основного потока Фd, то можно построить (рисунок 6.5, кривая 1) зависимости Фd=f(FB) или Фd=f(iB), которые отличаются только масштабом по оси абс­цисс. Такие зависимости называются кривыми намагни­чивания или магнитными характеристиками машины.

Начальная, прямолинейная, часть магнитной характеристики соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи, когда МДС ферромагнитных участков этой цепи весьма малы по сравнению с Fd. Поэтому, если провести касательную 2 к начальной части кривой (рисунок 5.5), то она представит собой зависимость Фd=f(Fd). Разность абсцисс кривой 1 и прямой 2 равна сумме МДС ферромаг­нитных участков магнитной цепи.

Степень насыщения магнитной цепи характеризуется коэф­фициентом насыщения

 

, который можно определить также по магнитной характеристике машины.

Из магнитной характеристики следует, что наибольшая часть намагничивающей силы затрачивается на проведение магнитного потока через зазор. Изменяя величину индукции на отдельных участках магнитной цепи, можно изменить вид магнитной характе­ристики и коэффициент насыщения km, который оказывает значи­тельное влияние на свойства и характеристики машины.

Строить машину с ненасыщенной магнитной цепью невыгодно, так как при этом материалы будут недоиспользованы и машина получится тяжелой. Нецелесообразно также строить машину с чрезвычайно   насыщенной магнитной цепью, так как в этом случае FВ велико и необходимо выполнить мощную    обмотку    возбуждения с  большим  расходом меди  или алюминия  и   с большими потерями мощности на возбуждение.

По этим причинам электрические машины   изготовляются   с   умеренным насыщением при номинальном  режиме.   При  этом   рабочая точка лежит несколько выше колена  магнитной   характеристики (около точки С на рисунке 2.5). Обычно при номинальном магнитном потоке km=1,20¸1,35, а в некоторых случаях km= 1,7 ¸2,0.

При  проектировании ма­шины сечения участков магнитной    цепи    выбираются обычно таким образом, чтобы при номинальном режиме значения индукции находились в пределах, рекомендуемых для каждого типа машины.

 

6 Потери и коэффициент полезного действия (КПД)

 

При работе электрической ма­шины в ней возникают потери энер­гии. Они определяются при устано­вившемся режиме ее работы. По­этому можно рассматривать потери энергии в единицу времени (1 сек) и, следовательно, определять расчетным или опытным путем потери мощности.

         Потери мощности необходимо найти не только для определения КПД машины, но и для расчета превышений температуры ее отдель­ных частей.

Электрическая машина в ее обычном исполнении представляет собой вращающийся электромагнит­ный преобразователь энергии. В ней возникают механические и электро­магнитные потери.

 

6.1 Классификация потерь

 

КПД - основной показатель энергетических характеристик электрических машин и его расчет имеет важное значение при их проектировании. Чтобы определить КПД машины, надо, по возможности, точно рассчитать потери. Потери в отдельных ее частях необходимо также знать для определения в них температуры, что влияет на расчет размеров и геометрию основных конструкционных узлов электрических машин. Потери в электрических машинах делятся на основные и добавочные.

К основным потерям относятся электрические потери (потери в меди), магнитные (потери в стали) и механические потери. Электрические потери сосредоточены в обмотках электрических машин переменного тока, а в машинах постоянного тока к ним добавляются и потери на коллекторе. Магнитные потери возникают там, где переменный магнитный поток. Механические потери связаны с потерями в подшипниках, с трением вращающихся частей машины о воздух и в скользящих контактах. К механическим потерям относятся также вентиляционные потери, которые расходуются на охлаждение машины.

К добавочным потерям относятся потери, которые не были учтены при расчете основных потерь.

Магнитные потери и механические потери в большинстве машин зависят от нагрузки и они являются постоянными потерями. Обычно это потери холостого хода. Электрические потери зависят от нагрузки, поэтому их относят к переменным потерям.

Расчету потерь при проектировании уделяется большое внимание, так как от этого зависят основные размеры и геометрия электрической машины.

 

6.2 Электрические потери

 

Электрические потери возникают в проводниках обмоток, соединительных шинах и проводах, в переходных контактах щетки-коллектор или щетки-контактные кольца.

 

Потери в обмотках, соединительных шинах и проводах

 

Электрические потери РЭ, Вт, в обмотках и всех токоведущих частях электрической машины рассчитывают по формуле

 

где IX — ток в обмотке х;

          rХ — сопротивление данной обмотки или х-го участка токопровода, по которому протекает ток I, рассчитанное при необходимости с учетом влияния эффекта вытеснения тока, Ом.

 

Для расчета потерь сопротивление rХ должно быть приведено к расчетной температуре: для обмоток с изоляцией классов нагрева стойкости А, Е и В - 75°С, с изоляцией класса F или Н -115°С (соответственно r7 и r11). Если по обмотке протекает постоянный ток, то для расчета электрических потерь часто используют выражение

РЭ=UI

где I— ток в обмотке, A;

U— напряжение на концах обмотки, В.

 

Электрические потери рассчитывают отдельно для каждой обмоток - обмотки фазы машины переменного тока, обмотки якоря, возбуждения и т.п., так как эти данные используют в дальнейшем для тепловых расчетов электрических машин.

Обычно электрические потери в обмотках возбуждения синхронных машин и в обмотках параллельного или независимого возбуждения машин постоянного тока выделяют из общей суммы электрических потерь и относят к потерям на возбуждение. Для синхронных машин потери в обмотках возбуждения учитывают в тепловых расчетах, а при определении КПД к потерям на возбуждение относят мощность, потребляемую возбудителем, если он расположен на одном валу с ротором или приводится во вращение от вала ротор.

При определении КПД машин постоянного тока учитывают так же электрические потери в регулировочных реостатах. На тепловое состояние машин эти потери влияния не оказывают, так как реостаты располагаются отдельно от машин.

В некоторых обмотках на их различных участках протекают разные токи. В этом случае сопротивление одного из участков приводят к току другого. Так, при расчете сопротивления фазы обмотки короткозамкнутого ротора асинхронной машины сопротивление замыкающих колец приводят к току стержней обмотки.

 

Потери в переходных контактах

 

Электрические потери в переходных контактах щетки - коллектор или щетки - контактные кольца зависят от тока, протекающего через контакт IКК, А, и падения напряжения под щетками DUЩ, В

 

РЭЩ =kDUЩ IКК.                                              (6.3)

 

В машинах постоянного тока и синхронных коэффициент k=2, так ток проходит через два переходных контакта. В асинхронных машинах с фазным ротором k = т, где т — число фаз обмотки. Потери в переходных контактах нельзя рассчитать точно, так как падение напряжения под щетками непостоянно и зависит от режима работы, состояния трущихся поверхностей, удельного давления щеток на коллектор или контактные кольца и от ряда других факторов, изменяющихся во время эксплуатации машины. В расчетах используют значение DUЩ, взятое из технической характеристики конкретной марки щеток, которое принимают постоянным, так как РЭЩ составляют лишь несколько процентов от общей суммы потерь в машине, погрешность расчета при этом незначительна.

 

Лекция № 9. Потери и коэффициент полезного действия

(продолжение лекции 8)

 

Содержание лекции:

 - рассмотреть виды потерь;

- формула коэффициента полезного действия.

 

Цели лекции:

- выяснить, от каких факторов зависят потери.

 

6.3 Магнитные потери

 

Магнитные потери или, как их чаще называют, потери в стали СТ), возникают в участках магнитопровода с переменным магнитным потоком: в статорах асинхронных и синхронных машин и якорях машин постоянного тока. В роторах синхронных машин, полюсах и станине машин постоянного тока поток постоянный и основные потери в стали отсутствуют. В роторах асинхронных машин частота тока и потока в номинальном режиме небольшая (f2=sНОМ f), поэтому потерями в стали ротора пренебрегают [1].

 0сновные потери в стали состоят из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи. Они зависят от марки стали, толщины листов магнитопровода, частоты перемагничивания и индукции. На них оказывают влияние также различные технологические факторы. В процессе штамповки листов магнитопровода образуется наклеп, который изменяет структуру стали по кромкам зубцов и увеличивает потери на гистерезис. Потери на вихревые токи возрастают в результате замыканий части листов магнитопровода между собой, возникающих из-за заусенцев, которые образуются при опиловке при забивке пазовых клиньев, из-за чрезмерной опрессовки магнитопровода и ряда других причин. Точных аналитических формул для расчета основных потерь в учитывающих влияние приведенных выше факторов, не существует. Потери в стали рассчитывают по формулам, основанным на результатах многолетних теоретических и экспериментальных исследований.

Основные потери в стали определяют как сумму потерь в зубцах и в ярме магнитопровода

где kДi— коэффициент, учитывающий увеличение потерь в стали по технологическим причинам;

р1/50 -удельные потери в стали при частоте перемагничивания 50 Гц и магнитной индукции 1 Тл, Вт/кг;

f— частота перемагничивания, Гц;

Bi— индукция в зубцах или ярме магнитопровода, Тл;

Gi — масса зубцов b ярма магнитопровода, кг;

b — показатель степени, зависящий от марки стали и толщины листов магнитопровода. В большинстве расчетов можно принять равным 1,3.

Значения р1/50  и b  приводятся в технических характеристиках сталей; данные по выбору kДi  и расчету массы стали зубцов приведены в учебниках, посвященных проектированию конкретных видов машин.

 

6.4 Механические и вентиляционные потери

 

Механические потери в электрических машинах состоят из потерь на трение в подшипниках, на трение вращающихся частей машины о воздух или газ и потерь на трение в скользящих контактах щетки — коллектор или щетки — контактные кольца. К вентиляционным потерям относят затраты мощности на циркуляцию охлаждающего воздуха или газа.

В машинах с самовентиляцией на вентиляционные потери расходуется часть подводимой к машине мощности. В машинах с принудительной вентиляцией или с жидкостным охлаждением для циркуляции охлаждающего агента — воздуха, газа или жидкости - устанавливают вентиляторы или компрессоры с независимым приводом. Потребляемая их двигателями мощность учитывается при расчете КПД основной машины как потери на вентиляцию.

Расчетные формулы, позволяющие найти каждую из составляющих этих видов потерь, основаны на экспериментальных данных и отражают зависимость потерь от конструкции машины, ее размеров, частоты вращения и от ряда других факторов. При проектировании машин, конструкция которых несущественно отличается от серийных, в расчете можно использовать эмпирические формулы, дающие непосредственно сумму вентиляционных и механических потерь (за исключением потерь на трение в скользящих контактах).

Расчет механических и вентиляционных потерь РМЕХ  можно выполнить лишь после завершения проектирования и определения размеров всех деталей машины. Во время учебного проектирования при разработке конструкции машины следует иметь в виду качественную зависимость этого вида потерь от размерных соотношений машины. Потери на трение и вентиляцию резко увеличиваются в машинах с большим диаметром ротора и большой частотой вращения. Так, в большинстве машин эти потери пропорциональны квадрату частоты вращения и квадрату наружного диаметра статора. Так как формулы для расчета механических потерь выведены конкретных типов и конструктивного исполнения машин, то они приводятся в соответствующих главах учебника. Там же приведены формулы для расчета потерь на трение в скользящих контактах.

 

6.5 Добавочные потери

 

Добавочные потери, как правило, меньше основных потерь. Некоторые виды добавочных потерь возникают при холостом ходе и не изменяются при нагрузке машины, другие появляются только с увеличением тока нагрузки. В зависимости от этого первый вид потерь называют добавочными потерями холостого хода, а второй — добавочными потерями при нагрузке.

 

Добавочные потери при холостом ходе

 

 К добавочным потерям холостого хода относят поверхностные РПОВ и пульсационные потери РПУЛ

РДОБ = РПОВ + РПУЛ.

 

Поверхностные потери возникают из-за пульсаций индукции в воздушном зазоре. При работе машины индукция в каждой отдельно взятой точке, расположенной на одной из поверхностей магнитопровода, обращенных к зазору, будет изменяться от наибольшего значения (когда против нее на противоположной стороне зазора находится коронка зубца) до наименьшего (когда на другой стороне паз). Частота таких пульсаций индукции определяется числом зубцов и частотой вращения, т.е. зубцовой частотой, Гц: fZ=nZ/60.

Вызванная этими пульсациями ЭДС создает в тонком поверхностном слое головок зубцов и полюсных наконечников вихревые токи, потери от которых и называют поверхностными.

Таким образом, наличие зубцов на статоре определяет возникновение поверхностных потерь в роторе и, наоборот, зубцы ротора вызывают поверхностные потери на статоре. Поверхностные потери возникают во всех машинах, имеющих зубчатую поверхность на одной или на двух сторонах воздушного зазора. Эти потери имеют место в статорах и роторах асинхронных машин и на поверхности полюсных наконечников синхронных машин и машин постоянного тока.

 

Пульсационные потери РПУЛ возникают в машинах, имеющих зубцы и на роторе и на статоре, например, в асинхронных машинах. Они обусловлены пульсациями потока в зубцах, что приводит к явлению вихревых токов в стали зубцов. Частота пульсаций по и индукции в зубцах статора происходит с зубцовой частотой ротора, а частота пульсаций в зубцах ротора — с зубцовой частотой  статора. Амплитуда пульсаций ВПУЛ зависит от среднего значения индукции в зубцах и размерных соотношений зубцовых зон.

Поверхностные и пульсационные потери возникают в машинах, имеющих пазы, открытые в воздушный зазор, хотя бы на одной из его поверхностей. При закрытых пазах в магнитопроводе, расположенном на противоположной им стороне зазора, поверхностные и пульсационные потери не возникают. Например, эти потери отсутствуют на поверхности и в зубцах асинхронного двигателя, если его ротор выполнен с закрытыми пазами.

Относительная величина РПОВ и РПУЛ в общей сумме потерь резко возрастают в машинах с большим числом пазов, с большой частотой вращения, а также при увеличении ширины шлица паза и уменьшении воздушного зазора. Это объясняется тем, что в первом случае возрастает частота, а во втором — амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре и в зубцах магнитопровода. В двухполюсных асинхронных двигателях чрезмерное уменьшение воздушного зазора приводит к значительному увеличению потерь РПОВ и РПУЛ,  что может служить причиной возрастания суммарных потерь и уменьшения КПД двигателя.

 

Добавочные потери при нагрузке возникают как в проводниках обмоток, так и в стали на отдельных участках магнитопровода. Ток нагрузки создает потоки рассеяния, сцепленные с проводниками об­моток. В результате этого в проводниках наводятся вихревые токи, вшивающие добавочные потери, не учтенные ранее в расчете. В ма­шинах постоянного тока увеличение потерь при нагрузке связано также с коммутационным процессом, при котором токи в секциях изменяют свое направление. Поля, созданные высшими гармоника­ми МДС обмоток, и зубцовые гармоники поля с ростом нагрузки машины увеличивают поверхностные и пульсационные потери. В машинах постоянного тока увеличение добавочных потерь в ста­ли с ростом нагрузки связано также с искажением магнитного поля под действием поперечной реакции якоря.

Расчет отдельных добавочных потерь при нагрузке проводят обычно лишь для машин большой мощности. Для машин общего назначения эти потери учитывают приближенно. Согласно ГОСТ 11828—86 добавочные потери при нагрузке для асинхронных и син­хронных машин и машин постоянного тока с компенсационной об­моткой при расчете берут равными 0,5 % потребляемой номиналь­ной мощности, а для машин постоянного тока без компенсационной обмотки 1%.

 

6.6 Коэффициент полезного действия

 

Общее выражение для коэффициента полезного действия имеет

вид

h21                                                                              (6.10)

Для генераторов Р2 — активная мощность, отдаваемая в сеть; Р1 — механическая мощность, затрачиваемая на вращение вала ге­нератора. Для двигателей Р2 — механическая мощность на валу и Р1— активная электрическая мощность, потребляемая двигателем.

Расчет электрических машин обычно проводят, исходя из задан­ной мощности Р2, поэтому для любых значений нагрузки КПД%, удобнее рассчитывать по формуле

                          (6.11)

где SP—сумма всех потерь в машине при данной нагрузке, Вт.

Современные электрические машины имеют высокий КПД. Так, КПД машин мощностью несколько тысяч и более киловатт достигает 95¸98 %, мощностью несколько сот киловатт — 88¸92 %, мощностью около 10 кВт — 83¸88 %. Лишь КПД машин малой мощности, до нескольких десятков ватт, составляет 30¸40 %.

 

Лекция № 10. 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин

 

Содержание лекции:

- общие вопросы теплоотдачи вентиляции в электрических машинах.

 

Цели лекции:

- дать понятие предельной допускаемой температуры;

- рассмотреть схемы вентиляции в электрических машинах. 

 

В активных и конструктивных элементах электрических машин выделяется значительное количество тепла. Мощность тепловых потоков, выделяемых во внутренних объемах машины, такова, что для их отвода в окружающую среду необходимо создавать специальные принудительные системы охлаждения. От того, как рассчитана и реализована система охлаждения электрической машины, во многом определяются ее технико-экономические показатели.

Тепловую напряженность машины можно оценить по мощности потерь, приходящейся на единицу наружной поверхности машины. Однако полная тепловая схема машины представляет собой сложную многомерную тепловую систему. Температурные поля, в общем случае, изменяются по каждой из трех пространственных координат и не остаются постоянными с течением времени.

Для описания трехмерного температурного поля машины обычно используют уравнение теплового состояния в общем виде

 

 J=(х,y,z,t)                                                  (7.1)

 

где J — температура точки тела в заданный момент;

х, у, z- пространственные координаты;

 t — время.

 

Тепловая энергия, выделяемая на элементах машин при ее работе, может вызывать недопустимое повышение температуры активных и конструктивных элементов машины, снижение электрической и механической прочности изоляции обмоток, уменьшение времени безотказной работы машины. Поэтому определение тепловых потоков, расчет изменения температуры в пространстве внутреннего объема и на поверхностях охлаждения машины являются важными разделами проектирования электрической машины. На основе этого расчета оценивается тепловое состояние машины, выбираются такие тепловые и вентиляционные схемы и способы ее охлаждения, при которых превышение температуры частей электрической маши­ны не превосходит пределов допускаемых значений, установленных ГОСТ.

Температура частей электрической машины зависит от темпера­туры охлаждающей среды. В связи с неизбежными колебаниями температуры охлаждающей среды принято тепловую напряжен­ность частей электрической машины характеризовать превышением их температуры над температурой охлаждающей среды

DJ=J-JОХЛ                                                                               (7.2)

где J - температура рассматриваемой части электрической машины;

JОХЛ — температура охлаждающей среды.

 

Номинальные данные электрической машины (мощность, напря­жение, ток, частота вращения, коэффициент мощности, КПД и др.) обычно относятся к работе машины на высоте до 1000м над уров­нем моря при температуре окружающей среды до +40°С и охлажда­ющей воды до +30°С, но не выше +33°С, если в стандартах или тех­нических условиях на проектируемую машину не указаны другие требования [1].

При длительной работе электрической машины влияние на теп­ловой режим и нагрев ее отдельных частей оказывают изменения напряжения сети, частоты, нагрузки и другие факторы. Согласно ГОСТ  на общие технические требования к электрическим машинам установлены восемь номинальных режи­мов работы, из которых наиболее часто встречаются следующие:

а) продолжительный (условное обозначение S1);

б) кратковремен­ный (S2) с длительностью рабочего периода 10, 30, 60 и 90 мин;

в) повторно-кратковременный (S3) с относительной продолжитель­ностью включения ПВ-15, 25, 40 и 60 % длительности одного цикла работы, равного 10мин;

г) перемежающийся с чередованием неиз­менной номинальной нагрузки и холостого хода (S6) без выключе­ния машины с продолжительностью нагрузки ПН-15, 25, 40 и 60% длительности одного цикла работы, равного 10 мин.

Предельная допускаемая температура для какой-либо части электрической машины определяется как сумма допускаемого пре­вышения температуры, взятой из [1], и предельной допускае­мой температуры охлаждающей среды +40°С, принятой для элект­рических машин общего назначения.

Предельная допускаемая температура подшипников не должна превышать следующих значений: для подшипников скольжения 80°С (температура масла не должна быть при этом выше 65°С), для подшипников качения 100° С.

 

Вентиляции электрических машин

Самой простой схемой охлаждения, которая применяется преимущественно в машинах мощностью до 1 кВт, является схема с естественной вентиляцией без применения особых средств для повыше­ния интенсивности охлаждения. Большинство электрических машин общего назначения, за исключением турбо- и гидрогенераторов, а также синхронных компен­саторов охлаждаются воздухом и имеют принудительную схему вен­тиляции. В случае принудительной вентиляции цепь охлаждения машины может быть: разомкнутой — воздух поступает из окружающей среды, проходит каналы тракта охлаждения машины и выбрасывается снова в окружающую среду; замкнутой — поток охлаждающего воздуха не связан с окружа­ющей средой, а циркулирует по замкнутому контуру, включающему в себя и внутренний объем закрытой машины. При замкнутой вен­тиляции охлаждающий воздух отдает свою теплоту либо воде в специальном газоохладителе, либо корпусу машины через его внутреннюю поверхность, как это осуществляется, например, в асинх­ронных двигателях закрытого исполнения, обдуваемых наружным вентилятором.

В зависимости от направления движения воздуха (газа) внутри машины различают аксиальную, аксиально-радиальную и радиаль­ную схемы вентиляции.

Если электрическая машина имеет схему самовентиляции, то напор в вентиляционной системе создается вентилятором, установленным на валу машины. Эта схема вентиляции подразделяется на два класса: нагнетательную и вытяжную. При нагнетательной схеме  вентиляции охлажденный газ под воздействием избыточного давления, создаваемого нагнетателем, поступает в вентиляционные каналы активной зоны машины. При вытяжной вентиляции охлаждающий газ поступает в вентиляционные каналы машины под действием разряжения, создаваемого вентилятором.

Вытяжная вентиляция обладает тем преимуществом, что газ по­ступает в машину без предварительного его подогрева вентилятором, что несколько снижает превышение температуры обмоток. В практике электромашиностроения применяют как нагнетате­льные, так и вытяжные схемы вентиляции, которые по числу струй бывают одноструйными и многоструйными. При многоструйной схеме вентиляции каналы каждой струи имеют независимые выходы подогретого воздуха в сборную зону перед нагнетателем.

Схему принудительной вентиляции с помощью независимого вентилятора применяют в машинах с широким диапазоном регулирования частоты вращения, когда система самовентиляции при малых частотах вращения ротора не является эффективной. По этой схеме выполняют отдельные модификации асинхронных двигателей серии и машин постоянного тока серии .

По способу отвода тепла от тепловыделяющих элементов электрических машин различают схемы косвенного и непосредственного охлаждения: в первом случае отвод тепла осуществляется с откры­тых поверхностей активных частей машины, во втором хладагент по специальным каналам подводится к проводникам обмоток ма­шины, отбирая тепло непосредственно от обмоток.

Все электрические машины общего назначения выполняются по  системе косвенного воздушного охлаждения.

Особенности конструктивного исполнения отдельных типов машин с косвенным воздушным охлаждением определили и их схему вентиляции: крупные машины постоянного тока и синхронные дви­гатели выполняются преимущественно с радиальной схемой венти­ляции. Асинхронные машины большой мощности имеют радиальную, аксиальную и аксиально-радиальную схемы.

С ростом единичной мощности электрических машин возрастают удельные потери в объеме машины, поэтому воздушные системы охлаждения становятся неэффективными и для охлаждения турбо- и гидрогенераторов и синхронных компенсаторов применяют схемы косвенного охлаждения водородом совместно со схемами непосредственного жидкостного охлаждения. В качестве хладагента в этих случаях используют воду, которая обеспечивает самую высокую по сравнению с другими жидкостями эффективность охлаждения. Схема непосредственного водяного охлаждения обмоток статора и ротора находит применение в конструкциях мощных турбо- и гидрогенераторов. Система непосредственного водяного охлаждения обычно сочетается с системой косвенного газового охлаждения активных частей машины [1].

Теплообмен в электрических машинах происходит путем теплопроводности, конвективного теплообмена и излучения.

Точное решение задачи определения температурных полей возможно с применением расчета трехмерных полей. Однако на практике тепловые расчеты электрических машин выполняют чаще всего с помощью метода эквивалентных тепловых схем замещения или по приближенным формулам.

При вентиляционном расчете машины определяют количество воздуха, которое необходимо ежесекундно прогонять через машину, и давление (напор), обеспечивающее прохождение требуемого количества охлаждающего агента. Одновременно   вентиляционный расчет проводится в целях определения рациональной системы вентиляции, пари которой количество охлаждающего воздуха, омывающего рассматриваемую поверхность, не должно быть чрезмерным, а должно соответствовать количеству снимаемого с поверхности тепла и обеспечивать заданный уровень превышения температуры обмоток машины. При расчетах считают, что воздушный поток обычно отводит все тепло машины, за исключением механических потерь в подшипниках и наружном коллекторе.

 

Лекция № 11. 8 Проектирование асинхронных машин

 

Содержание лекции:

- требования к проектируемому двигателю.

- выбор главных размеров и расчет обмотки статора;

 

Цели лекции:

- выявить общие тенденции проектирования асинхронных двигателей.

- обосновать выбор параметров;

-изучить влияние коэффициента заполнения паза на характеристики машины.

 

8.1 Задание на проектирование

 

Техническое задание на учебное проектирование асинхронного двигателя содержит номинальные данные проектируемой машины и указания о режиме ее работы, исполнении по способу монтажа, степени защиты от воздействия окружающей системы охлаждения. Кроме того, могут быть заданы дополнительные требования к проектируемому двигателю, например, наименьшие допустимые значения кратностей максимального и минимального моментов, а для двигателей с короткозамкнутыми роторами также предельные значения пускового тока и наименьшие значения пусковых моментов. В отношении требований, не оговоренных в задании, спроектированная машина должна удовлетворять соответствующим ГОСТам.

Полностью учесть все требования технического задания к характеристикам двигателя при выборе размеров магнитопровода и обмотки машины, не ориентируясь на данные выпущенных машин, невозможно. Поэтому перед началом расчета следует детально изучить конструкцию базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные и лишь после этого приступить к расчету.

 

9.2 Выбор главных размеров и расчет обмотки статора

 

Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины магнитопровода ld. Размеры D и ld связаны с мощностью, угловой скоростью и электромагнитными нагрузками выражением «машинной постоянной» (1.7).

В начале расчета двигателя все величины, входящие в (1.7), кроме синхронной угловой скорости, неизвестны. Поэтому расчет проводят, задаваясь на основании имеющихся рекомендаций значениями нагрузок А и Bd, коэффициентов, входящих в уравнение и приближенно определяют расчетную мощность Р/. От соотношения между А и Bd зависят рабочие и пусковые характеристики.

Коэффициент мощности (cosj) двигателя зависит главным образом от намагничивающего тока

.                                                 (8.1)

Подставив значения МДС магнитной цепи FЦ  и IН , получим

.                                            (8.2)

Равенство (8.2) показывает, что при увеличении Bd и уменьшении А  отношение  возрастает и следовательно cosj ухудшается. Из равенства (8.2) также следует, что для тихоходных машин (при большом р) cosj получается меньше, чем для быстроходных машин (при малом р), так как в первом случае отношение d/t  больше, чем во втором случае.

Максимальный вращающий момент МM, который определяет способность двигателя к перегрузке (по моменту), зависит от индуктивного сопротивления короткого замыкания xK=x1+x/2: чем меньше xK, тем больше   максимальный вращающий момент. Значение xK в относительных значениях можно выразить следующим образом

 

где U1 – номинальное фазное напряжение;

L -коэффициент, характеризующий рассеяние.

Для данной машины при постоянных значениях РН,U1,t,2р и произведения АBd, но при изменении  А/Bd получается, что при изменении числа витков обмотки статора w1 , значение L остается почти неизменным. Поэтому для уменьшения , если необходимо, например повысить МM, следует увеличить Bd  и уменьшить А.

Однозначное определение двух неизвестных D и ld без дополнительных условий невозможно. Таким условием является отношение ld/D или более употребительное в расчетной практике отношение l=ld/t. Внешний диаметр статора Da, определяющий высоту оси вращения h, значение которой при проектировании новых двигателей может быть принято только из стандарта высот, установленных ГОСТом.

Внешний диаметр статора должен также соответствовать определенным условиям, налагаемым требованиями раскроя листов электротехнической стали с наименьшими отходами при штамповке. С учетом этих требовании при ручном расчете асинхронного двигателя более целесообразным является выбор главных размеров, основанный на предварительном определении высоты оси вращения, увязке этого размера с внешним диаметром статора и последующем расчете внутреннего диаметра статора D.

 

8.3 Расчет обмотки статора

 

Следующий этап расчета включает определение числа пазов статора Z1 и числа витков в фазе обмотки статора w1. При этом число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка двигателя и индукция в воздушном зазоре как можно более близко совпадали с их значениями, принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

Чтобы выполнить эти условия, вначале выбирают предваритель­но зубцовое деление tZ1, в зависимости от типа обмотки, номиналь­ного напряжения и полюсного деления машины.

Двигатели с высотой оси вращения h>280 мм обычно выполняют с обмоткой из прямоугольного провода, но в многополюсном   исполнении при ³ 10 (в двигателях с h=280 и 315 мм) из-за малой высоты спинки статора размещение лобовых частей катушек из прямоугольного провода затруднено, поэтому такие машины выполняют с обмоткой из круглого провода, имеющей мягкие, легко поддающиеся формовке лобовые части.

Для машин с обмоткой из прямоугольного   провода   при UНОМ £ 660В в высоковольтных машинах tZ1 зависит от мощности и номинального напряжения.

Окончательное значение tZ1=pD/(2pmq) не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10% от рекомендованных  и в любом случае для двигателей с h³56 мм не должно быть менее 6¸7 мм.

Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12¸15 кВт в большинстве случаев имеют однослойную концентрическую обмот­ку из круглого провода. В машинах большей мощности обмотки выполняют двухслойными, а при механизированной укладке приме­няют одно-двухслойные или двухслойные концентрические обмот­ки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из прямоугольного провода выполняют только двухслойными, равнокатушечными.

В двухслойных обмотках асинхронных двигателей шаг выполня­ют в большинстве случаев с укорочением, близким к b = 0,8.

Плотность тока J1 с точки зрения повышения использования активных материалов должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки.

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линей­ной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя

 

J1 = (AJ)A.

 

Значения (AJ) для асинхронных двигателей различных исполне­ний и мощности приведены в [1].

Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8мм, однако в современных двигате­лях для повышения надежности обмотки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диаметра.

Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник делят на несколько элемен­тарных nЭЛ.

При проектировании машин с обмоткой из прямоугольного провода сечение каждого проводника не должно быть взято более 17¸20мм2, так как в этом случае становится заметным возрастание потерь на вихревые токи. Если расчетное значение qЭФ >20мм2, то прямоугольные провод­ники подразделяют на элементарные так, чтобы qЭЛ < 17¸20 мм2.

После окончательного выбора qЭЛ, nЭЛ и а следует уточнить плот­ность тока в обмотке, которая может несколько измениться по срав­нению с предварительно принятой при подборе сечений элементар­ных проводников.

 

8.4 Расчет размеров зубцовой зоны статора

 

Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбра­ны таким образом, чтобы, во-первых, площадь поперечного сече­ния паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполне­ния машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется типом обмотки, ко­торый, в свою очередь, зависит от мощности, номинального на­пряжения и исполнения машины. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора.

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является  значение коэффициента заполнения паза (2.2), который должен находиться в пределах kЗ =0,69¸0,71 для двигателей с 2р= 2 и  kЗ = 0,72¸0,74 для двигателей с > 4.

Если полученное значение ниже указанных пределов, то пло­щадь паза следует уменьшить. Индукция в зубцах и ярме статора при этом уменьшится. Уменьшение индукции ниже рекомендованных пределов показывает, что главные размеры двигателя завышены и активная сталь недоиспользована. В этом случае следует умень­шить длину сердечника или перейти на ближайшую меньшую высо­ту оси вращения.

Часто расчет показывает, что значение k3 оказывается выше ука­занных пределов. Это недопустимо, так как при чрезмерно высоких k3 проводники обмотки во время укладки приходится очень сильно уплотнять в пазах. Их изоляция может быть повреждена или, по ме­ньшей мере, ослаблена, что вызовет резкое уменьшение надежности обмотки. Из этого следует сделать вывод, что принятые главные размеры двигателя занижены. Необходимо просчитать другой вари­ант, увеличив или перейдя на бóльшую высоту оси вращения.

 

Лекция № 12. 8 Проектирование асинхронных машин

(продолжение)

 

Содержание лекции:

- расчет воздушного зазора;

- расчет ротора, магнитной цепи.

 

Цели лекции:

- обосновать выбор воздушного зазора;

- выявить критерии правильности произведенного выбора параметров асинхронных двигателей.

 

        

8.4 Выбор воздушного зазора

 

Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и маг­нитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соот­ветственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничиваю­щего тока двигателя, благодаря чему возрастает его соsj и умень­шаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.

 

8.5 Расчет ротора

 

8.5.1 Фазные роторы

 

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и столько же полюсов, сколько их имеет обмотка статора, т. е. т21 и  p2 =p1.

Число пазов ротора Z2 должно отличаться от числа пазов стато­ра. При расчете задаются обычно числом пазов на полюс и фазу ро­тора q2=q1± К. В большинстве случаев К=1 или К=½. При характерном для обмоток статора асинхронных двига­телей целом q1 обмотка ротора имеет целое или дробное число q2 со знаменателем дробности, равным 2. Обмотки ротора со знаменате­лем дробности, большим двух, встречаются редко (в основном в крупных многополюсных машинах).

Число витков в фазе обмотки ротора выбирают исходя из допус­тимого напряжения на контактных кольцах при пуске двигателя. ЭДС фазы обмотки ротора Е2 определяется магнитным потоком, который при постоянном уровне индукции в воздушном зазоре рас­тет с увеличением габаритов двигателя. Поэтому в крупных маши­нах напряжение на контактных кольцах может достигнуть слишком большого значения и привести к перекрытию или пробою изоляции колец.

Чтобы Е2 не достигала опасного значения, обмотку роторов крупных машин выполняют с малым числом витков в фазе. В совре­менных асинхронных двигателях наиболее распространенной об­моткой такого типа является двухслойная стержневая обмотка, при которой в пазу размещаются только два эффективных проводника. Для уменьшения количества межгрупповых соединений она выполняется волновой.

Эффективные проводники независимо от их размеров на элементарные не подразделяют, так как эффект вытеснения тока в обмотке роторов при номинальных режимах асинхронных двигателей из-за малой частоты (f2= sf1) не проявляется.

В фазных роторах с катушечной обмоткой выполняют прямоугольные открытые пазы, при стержневой обмотке — прямоугольные полузакрытые пазы с узким шлицем.

 

8.5.2 Короткозамкнутые роторы

 

Короткозамкнутые обмотки роторов, в отличие от всех других существующих обмоток, не имеют определенного числа фаз и полюсов. Один и тот же ротор может работать в машинах, статор которых выполнены на различные числа полюсов. Это, в частности, определило возможность использования короткозамкнутых роторов в двигателях с регулированием частоты вращения путем переключения числа полюсов обмотки статора. Обмоточный коэффициент такой обмотки равен единице.

При проектировании зубцовой зоны короткозамкнутых роторов особое вни­мание следует уделять выбору числа пазов ротора. Это объясняется тем, что в поле воздушного зазора машины кроме основной присутствует целый спектр гармоник более высокого порядка, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротоpa, поэтому ток в стержнях обмотки имеет сложный гармонический состав. В результате взаимодействия токов и полей высших гармоник возникают электромагнитные моменты, которые при неблагоприятном соотношении Z1 и Z2 могут существенно ухудшать механиче­скую характеристику двигателя, так как момент на валу машины является суммой моментов, обусловленных всеми взаимодействую­щими гармониками. В зависимости от соотношения Z1 и Z2 в той или иной степени проявляются синхронные или асинхронные мо­менты от высших гармоник. Их влияние на момент от первой гармонической приводит к по­явлению пиков и провалов в результирующей кривой момента.

Исследования, проведенные для изучения влияния соотношений чисел зубцов на статоре и роторе на кривую момента, а также на шумы и вибрации, позволили определить наилучшие сочетания Z1 и Z2, для короткозамкнутых двигателей с различными числами 2р. Ре­комендации по их выбору приводятся в литературе по проектированию.

Плотность тока в стержнях ротора машин закрытого обдуваемого исполнения при заливке пазов алюминием выбирается в пределах J2=(2,5¸3,5)106 А/м2, а при защищенном исполнении на 10¸15% выше, при этом для машин больших мощностей следует принимать меньшие значения плотности тока.

В обмотке ротора, выполненной из медных стержней, плотность принимают несколько большей: J2=(4,0¸8,0)106 А/м2 (большие значения соответствуют машинам меньшей мощности).

Плотность тока в замыкающих кольцах JКЛ выбирают в среднем на 15¸20 % меньше, чем в стержнях. Это объясняется двумя причи­нами. Во-первых, замыкающие кольца, имеющие лучшие условия охлаждения по сравнению со стержнями, являются своего рода радиаторами, которые отводят тепло стержней, усиливая их охлаждение. Во-вторых, в машинах, в которых для улучшения пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока, большое сопротивление замыкающих колец снижает кратность увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске.

Выбирая ту или иную конструкцию клетки, форму и размер­ные соотношения стержней, следует исходить из требований к пу­сковым характеристикам двигателей и возможности размещения паза на зубцовом делении ротора, при котором обеспечивается нормальный уровень индукции в зубцах и ярме. Кроме того, не­обходимо учитывать влияние размерных соотношений пазов на индуктивное сопротивление обмотки ротора. При любой конфи­гурации паза уменьшение ширины верхней части стержней и уве­личение их высоты приводят к увеличению пускового момента, но одновременно увеличивается коэффициент магнитной прово­димости паза и растет индуктивное сопротивление обмотки рото­ра. Это в некоторых случаях может играть положительную роль - как фактор, ограничивающий пусковые токи, но в то же время увеличение индуктивного сопротивления ротора приводит к ухудшению коэффициента мощности при номинальном режиме работы и к снижению МMAX.

 

8.6 Расчет магнитной цепи

 

Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого хода двигателей, при ко­тором для асинхронных машин характерно относительно сильное насыщение стали зуб­цов статора и ротора, что приводит к уплощению кривой поля в воздушном зазоре (рисунок 8.1). Поэтому за расчетную индукцию принимается не амплитудное значение, а ВРАСЧМАХcos35°=0,82ВМАХ.

При определении магнитных напряжений участков магнитной цепи с нелинейными  магнитными характеристиками влияние уплощения учитывается специальными кривыми намагничивания для зубцов и ярм асинхронных двигателей, построенными по основной кривой намагничивания с учетом указанных зависимостей.

Марку электротехнической стали рекомендуется выбирать в зависимости от высоты оси вращения проектируемого асинхронного двигателя [1].

Расчет магнитной цепи проводят по лекциям 6 и 7. После определения суммарного магнитного напряжения рассчитывается коэффициент насыщения магнитной цепи kμ=FЦ/ Fd  и намагничивающий ток

Намагничивающий ток выражается также в процентах или в долях номинального тока двигателя

Относительное значение I*μ служит определенным критерием правильности произведенного выбора и расчета размеров и обмотки двигателя. Так, если при проектировании четырехполюсного двигателя средней мощности расчет показал, что I*μ < 0,20¸0,18, в большинстве случаев это свидетельствует о том, что размеры машины выбраны завышенными и активные материалы недоиспользованы. Такой двигатель может иметь высокие КПД и cosj, но плохие показатели расхода материалов на единицу мощности, большие массу и габариты.

В небольших двигателях мощностью менее 2¸3 кВт  I*μ может досстигать значения 0,5¸0,6, несмотря на правильно выбранные размеры и малое насыщение магнитопровода. Это объясняется относительно большим значением магнитного напряжения зазора, характерным для двигателей малой мощности

 

8.7 Параметры асинхронной машины для номинального режима

 

Для удобства сопоставления параметров отдельных машин упрощения расчета характеристик параметры асинхронных машин выражают в относительных единицах.

Относительные значения одних и тех же параметров схемы заме­щения различных асинхронных двигателей нормального исполне­ния незначительно отличаются друг от друга. Так, относительные значения индуктивных сопротивлений рас­сеяния обмотки статора и приведенного сопротивления обмотки ро­тора большей частью находятся в пределах x1= 0,08¸0,14 и х'2 = 0,1¸0,16. Относительные значения сопротивлений взаимной индукции, как правило, в 30 ¸40 раз больше, чем x1.  Обычно х12* = 2¸4.

Относительные значения активных сопротивлений обмотки ста­тора и приведенного сопротивления обмотки ротора близки друг к другу и обычно составляют несколько сотых долей: r1* » r'2*» 0,02¸0,03; лишь в машинах малой мощности их значения несколько увеличи­ваются.

Сопротивление r12* обычно составляет 0,05¸0,2.

 

Лекция № 13. 9 Проектирование синхронных машин

 

Содержание лекции:

- типы синхронных машин;

- общие вопросы проектирования синхронных машин.

 

Цели лекции:

- выявить общие тенденции проектирования синхронных двигателей.

 

9.1 Общие сведения

 

Синхронные машины имеют широкое распространение и выпус­каются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энер­гетике их применяют в качестве генераторов на электростанциях, их мощность составляет 1500 МВт для турбогенераторов и 800 МВт для гидрогенераторов. В промышленных установках большое при­менение находят синхронные двигатели и генераторы.

Расчет синхронных машин каждого вида имеет свои особенно­сти. В данной лекции рассматриваются общие вопросы проектирования: расчет трехфазных синхронных машин - явнополюсных и неявнополюсных. При этом имеются в виду машины с неподвижным якорем и вращающимися полюсами.

         Расчет небольших машин с вращающим­ся якорем, выполняемых по типу машин по­стоянного тока, в основном не отличается от расчета явнополюсных машин с непод­вижным якорем. Такие машины на мощно­сти, обычно не превышающие 4¸5 кВт, из­готовлялись заводами в небольшом количе­стве при использовании штампов для листов якоря и полюсов, деталей и конструктивных узлов нормальных серийных машин постоян­ного тока.

         В настоящее время на электро­машиностроительных заводах организовано серийное производство нормальных явнополюсных синхронных машин. Они составляют единые серии для общего применения как генераторы, так и двигатели.

         Гидротурбинные генераторы (гидрогенераторы) и паротурбин­ные генераторы (турбогенераторы) используются как основные источни­ки энергии трехфазного переменно­го тока на гидравлических и тепло­вых электростанциях.

         Гидрогенераторы с горизонталь­ным и вертикальным валом мощ­ностью до нескольких тысяч кило­ватт при скорости вращения не ни­же 100 об/мин могут изготовляться на основе упомянутой серии машин 14¸20-го габаритов. Существуют и отдельные серии таких гидрогенера­торов.

         Крупные гидрогенераторы на де­сятки и сотни тысяч киловатт представляют собой машины индивиду­ального исполнения. Наиболее мощ­ные гидрогенераторы построены для Красноярской ГЭС на 500 МВт и 93,8об/мин.

         Потребность в турбогенераторах для тепловых электростанций с каждым годом возрастает. Мощность их колеблется от 0,75 до 500 МВт. Наиболее часто выпускаются турбо­генераторы на мощности от 100 МВт и выше.

         Синхронные компенсаторы в на­стоящее время также требуются все в большем количестве. Они строят­ся на мощности от 5 до 100 МВт.

         Следует также упомянуть неявнополюсные синхронные двигатели на 3 000 об/мин, изготовляемые с массивным ротором по типу турбогенераторов. Они получили название синхронных турбодвигателей (СТД).

         В задании на проект синхронной машины указываются следующие номинальные величины:

         а) мощность  для генера­тора - обычно полная (кажущаяся) мощность на зажимах (кВА или МВа), но также и активная мощ­ность (кВт или МВт); для двигате­ля - механическая мощность на ва­лу (кВт); для синхронного компен­сатора - реактивная мощность на его зажимах (кВА или МВА), причем его номинальной мощностью счи­тается реактивная мощность при опережающем токе;

         б) линейное  напряжение , В или кВ;

         в)   (обычно  для  работы машины с перевозбуждением:  для генератора при отстающем токе, для двигателя при опережающем токе);

         г)  число фаз т = 3;

         д) сопряжение фаз (обычно звезда, так как  при треугольнике ток в обмотке статора, наведенный третьей гармоникой поля попереч­ной   реакции  якоря,  понижает ис­пользование машины);

         е) частота тока f, гц;

         ж) скорость  вращения п, об/мин.

         В проектном задании могут быть также указаны специальные усло­вия, в которых должна работать синхронная машина.

         Для генератора, приводимого во вращение поршневым двигателем, может быть задано значение махо­вого момента GD2, превышающее обычное значение GD2 нормальных синхронных машин. То же может требоваться и для синхронного дви­гателя, который должен приводить во вращение, например, поршневой, компрессор.

         Для гидрогенераторов также бы­вает заданным маховой момент GD2. Кроме того, задается угонная скорость вращения % гидрогене­ратора. Значения GD2 и задают­ся заводом-поставщиком гидравли­ческой турбины и зависят от типа турбины.

         Согласно ГОСТ гидроге­нератор должен в течение 2 мин без вредных деформаций выдерживать повышенную скорость вращения, равную 1,75 номинальной. Указан­ная скорость вращения не должна быть менее скорости вращения, до­стигаемой гидроагрегатом при пол­ном сбросе нагрузки и при исправ­ной системе, регулирования плюс 15% номинальной скорости вращения.

         При полной угонной скорости вращения (для поворотнолопастных турбин при сохранении комбинатор­ной связи) напряжения в роторе не должны превосходить предела теку­чести и деформация обода ротора должна быть не более размера воз­душного зазора.

         Угонные скорости вращения нор­мальных серийных синхронных машин, а также турбогенераторов при­нимаются равными 1,2 пН.

        

9.2 Электромагнитные нагрузки

 

9.2.1 Гидрогенераторы

 

         Как указывалось в лекции 1 для оп­ределения главных размеров D и  необходимо правильно выбрать зна­чения индукции в воздушном зазо­ре  и линейной нагрузки А.         Значения  и А при номиналь­ной нагрузке для трехфазных явнополюсных машин в зависимости от полюсного деления t приведены в [2]. При этом рекомендуемые отношения A/ для соответствующего t дают значения переходного индуктивного сопротив­ления по продольной оси 0,25÷0,35 (в относительных единицах), что обычно удовлетворяет требова­ниям в отношении динамической устойчивости гидрогенераторов, работающих на длинные линии электропередачи.

         Для гидрогенераторов при  >200÷250 МВА, а в ряде случаев и при несколько меньших мощностях целесообразно перейти к непосред­ственному (внутрипроводниковому) охлаждению обмоток статора и ро­тора. Для обмотки статора может быть использовано водяное охлаждение, а для обмотки ротора - фор­сированное воздушное охлаждение. Разработаны конструкции обмоток ротора, позволяющие и для них осу­ществить водяное охлаждение. Для указанных машин можно значитель­но повысить линейную нагрузку А  до (1200¸1400)×102 А/м, тогда как ин­дукция в воздушном зазоре мо­жет быть повышена только до 1,1¸1,15 Тл, так как дальней­шее повышение  привело бы или к недопустимому насыщению зубцов статора, или к уменьшению ширины его пазов. При этом x'd достигает значений, равных 0,40÷0,50 (в от­носительных единицах), что считает­ся допустимым при современных системах возбуждения машин и способах его автоматического регу­лирования.

Если для статора гид­рогенератора применяется холодно­катаная листовая сталь (обычно при >150 МВт), то наибольшее рас­четное значение индукции в зубцах может быть повышено до 2,05Тл, тогда как индукция в ярме статора при номинальной нагрузке не должна быть больше 1,6 Тл. При при­менении холоднокатаной стали сегменты, из которых собираются паке­ты статора многополюсных гидрогенераторов, штампуются из листов таким образом, чтобы магнитные линии в зубцах были направлены вдоль прокатки листов.

 

         9.2.1 Турбогенераторы

 

         Турбогенераторы в настоящее время выполняются двухполюсными на 50 гц, следовательно, на 3 000 об/мин.     Для турбогенераторов при РН≈0,75÷50 (60) МВт обычно приме­няется косвенное воздушное охлаж­дение (обозначение Т2); при РН ≈50÷100 (150)МВт — косвенное водородное охлаждение (обозначе­ние ТВ); при ≈100÷200 МВт - косвенное водородное охлаждение статора и непосредственное водо­родное (форсированное) охлажде­ние обмотки ротора (обозначение ТВФ); при РН ≈150÷500 МВт - не­посредственное водяное охлаждение обмотки статора и непосредственное водородное охлаждение обмотки ро­тора (обозначение ТВВ). Сущест­вуют также турбогенераторы с не­посредственным водородным охлаж­дением обмоток статора и ротора. Разработаны в основном проекты турбогенераторов с полным водя­ным охлаждением обмоток статора и ротора при РН =МВт и выше, до 1 000 МВт.

         В [3] указываются номи­нальные мощности турбогенераторов РН, МВт и соответствующие им внут­ренние диаметры статора D, м, ли­нейные нагрузки А, А/м и макси­мальные индукции в зазоре ,Тл при номинальной нагрузке. Индукции в стальных участках магнитной цепи обычно возрастают вместе с мощностью машины.

         Для турбогенераторов, работаю­щих с номинальной нагрузкой и = 0,8, индукция в ярме стато­ра при горячекатаной стали выби­рается в пределах 1,4¸1,6 Тл, при холоднокатаной стали — в пре­делах 1,6¸1,75Тл. При холод­нокатаной стали сегменты пакетов статора турбогенератора штампуются таким образом, чтобы магнит­ные линии в ярме статора были направлены вдоль прокатки листов.

         Указанные значения ВС в ярме статора возрастают с мощностью машины. При водородном и непо­средственном охлаждении обмотки статора их можно брать ближе к высшим пределам, но не следует пе­реходить за эти пределы, так как при больших значениях ВС поток ярма будет интенсивно вытесняться в конструктивные части статора, что приведет к большим потерям в них.

         Наибольшая индукция в зубцах статора (в коронке зубца) Bzм при номинальной нагрузке турбогенера­тора выбирается в пределах 1,62¸2,05 Тл. Здесь при водородном и непосредственном охлаждении об­мотки статора можно брать Bzм   ближе к высшим значениям.

         Индукция в ярме ротора Вp при номинальной нагрузке турбогенера­тора получается в пределах 1,5¸1,8Тл (иногда для сохранения надлежащего значения Вр в цент­ральное отверстие бочки ротора за­бивается стальной стержень).

         Указания по выбору плотности тока для обмоток статора и ротора (возбуждения) даются в [3].

 

Лекция № 14. 10 Проектирование машин постоянного тока

 

Содержание лекции:

- типы машин постоянного тока;

 

Цели лекции:

- обосновать выбор номинального потока;

- выявить общие тенденции проектирования машин постоянного тока

                                     

10.1 Общие сведения

 

Машины постоянного тока могут быть разделены на две группы:

а) общепромышленного применения;

б) специализированного назначения.

          Все машины постоянного тока общепромышленного применения проектируются в виде серий, охватывающих определенные типы с за­ранее установленной шкалой номи­нальных скоростей вращения и мощ­ностей. Создание каждой новой серии представляет собой сложную научно-техническую и экономическую задачу, решение которой ве­дется на основе глубокого анализа тенденций развития электрома­шиностроения и прогнозов показателей технического уровня разра­батываемых машин, а также достижений в области проектирования и технологии. В серии должны быть учтены требования междуна­родной стандартизации и приняты рациональные принципы увязки мощностей с высотой оси вращения.

         Электродвигатели специализиро­ванного назначения имеют различ­ные механические характеристики, широкие пределы регулирования скорости вращения изменением как поля главных полюсов, так и напря­жения на якоре. К двигателям спе­циализированного назначения отно­сятся тяговые, крановые, судовые двигатели, двигатели для привода экскаваторов, прокатные двигатели и др. Эти двигатели выполняются с различным возбуждением (незави­симым, последовательным, смешан­ным). Генераторы специализированного назначения имеют различные внеш­ние характеристики и способы воз­буждения (независимое, параллель­ное, смешанное). К специализиро­ванным генераторам относятся ди­зель-генераторы, возбудители син­хронных машин, зарядные генерато­ры и др.

         Машины большой мощности вы­пускаются только в специализированном исполнении.

         Расчет каждого вида машин име­ет свои особенности. В серийном производст­ве каждому внеш­нему диаметру якоря данного габа­рита машины постоянного тока со­ответствует один внутренний диа­метр; станина и штамп для полюса сохраняются для нескольких номи­нальных мощностей и скоростей вра­щения, а число пазов якоря и их размеры могут изменяться с изме­нением длины якоря и номинального напряжения машины [1].

         Выбор правильных размеров се­рийных машин связан с рядом во­просов технологии и экономики про­изводства.

         Всякая электрическая машина должна быть так спроектирована и рассчитана, чтобы при номинальных условиях работы не был превзойден допустимый нагрев любой ее части [1]. Особое значение для машин постоянного тока имеет про­блема безыскровой коммутации.

         Все современные машины посто­янного тока, за исключением машин очень малой мощности (примерно менее 0,3 кВт), снабжаются для обеспечения безыскровой коммута­ции добавочными полюсами. Допу­стимое напряжение между соседни­ми коллекторными пластинами и удовлетворительная коммутация яв­ляются основными показателями, устанавливающими предел номи­нальной мощности и наибольшего напряжения, на которые можно по­строить машину постоянного тока.

         В машинах общепромышленного применения ограничивающим показателем ее использования является, как правило, нагрев.

Номинальная мощность должна быть, как правило, увязана со шка­лой мощностей машин единой серии, выпускаемых электропро­мышленностью [1].

         Номинальное напряжение уста­навливается в соответствии с ГОСТ:   для генераторов—115, 230 и 460 В;        для двигателей—110, 220 и 440 В.

         Пределы номинальных скоростей вращения связаны с номинальной мощностью. Для каждой машины имеются оптимальные пределы ско­рости вращения, обеспечивающие высокое использование активных материалов и наименьшую стои­мость конструкции.

         Как известно, мощность машины заданных габаритов пропорциональ­на скорости вращения. Однако при значительном возрастании скорости вращения выше оптимальной увели­чение номинальной мощности ограничивается из-за ухудшения комму­тации, чрезмерного роста потерь в стали и механических. Также возра­стают механические напряжения во вращающихся частях.

         При значительном снижении ско­рости вращения по сравнению с оптимальной номинальная мощность машины может также уменьшиться из-за ухудшения условий охлажде­ния. Следовательно, в обоих случа­ях отклонения от оптимальной ско­рости вращения использование ак­тивных материалов снижается.

         Для малых и средних машин мощностью до 200¸250 кВт окруж­ная скорость якоря обычно не пре­вышает 35 м/сек, для машин свыше 250 кВт — 45¸50 м/сек, и только для машин специализированного назначения, например для возбуди­телей к турбогенераторам, она до­стигает 80¸90 м/сек.

        

10.2 Электромагнитные нагрузки

 

В соответствии с государственными стандартами разработка любого изделия всех отраслей промышленности определяется тех­ническим заданием, в котором устанавливаются основное назначе­ние, технические характеристики, показатели качества и техни­ко-экономические требования, предъявляемые к проектируемому изделию, соответствие его мировому техническому уровню.

При задании указанных величин вся последовательность расчета и проектирования машины постоянного тока соответствует установ­ленным практикой электромашиностроения принципам проектиро­вания машин общего назначения. На основе электромагнитного, теп­лового и вентиляционного расчетов может быть спроектирована машина, соответствующая специальным требованиям к конструкции и ее характеристикам.

Главные размеры машины D и  (лекция 1) зависят от значений магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки яко­ря А. Согласно (1.7) увеличение электромагнитных нагрузок А и Bδ приводит к улучшению исполь­зования объема якоря. Чем больше выбраны значения  и А, тем меньше будут размеры машины. Однако для  и А есть свои пределы, которые не следует превышать по следующим сообра­жениям.

При чрезмерном значении  возникает сильное насыщение в зуб­цах якоря, что приводит к значи­тельному возрастанию МДС возбуж­дения, а следовательно, размеров и веса меди обмотки возбуждения. Кроме того, увеличиваются потери в стали якоря, обусловливая повы­шение нагрева якоря и снижение КПД машины. Снижается КПД также от увеличения электрических потерь в обмотке возбуждения.

При чрезмерных значениях А увеличивается реактивная ЭДС в коммутируемых секциях обмотки якоря, что ухудшает коммутацию машины. Кроме того, высокие зна­чения А вызывают повышенную ре­акцию якоря, что приводит к необ­ходимости увеличивать воздушный зазор машины, а вместе с этим и МДС обмотки возбуждения; нагрев якоря возрастает пропорционально увеличению А из-за роста удельной тепловой нагрузки поверхности яко­ря.

При выборе линейных нагрузок не­обходимо учитывать, что для хорошо охлаждаемых машин можно выбрать более высокие значения линейных нагрузок; для тихоход­ных машин, работающих с перегрузками и частными реверсами, не­обходимо принимать уменьшенные значения линейных нагрузок.

Таким образом, оптимальные значения электромагнитных нагрузок невозможно выбрать на начальном этапе расчета электрической машины. Этот выбор, как правило, основывается на данных, полученных в результате анализа ранее разработанных серий машин постоянного тока или путем расчета и сравнения ряда вариантов.

Рекомендуемые значения А и Bδ для машин общего назначения приведены в [1]. Выбранные значения электромагнитных нагрузок обычно коррек­тируются после расчета ряда вариантов выбора главных размеров, геометрии зубцовой зоны и обмоток.

Так как традиционный способ определения главных размеров машины через отношение длины якоря к его диаметру более удобен, в [1] приведены зависимости λ от диаметра якоря для машин постоянного тока серий 4П, 2П, П и ПН, полученные путем расчета указанного показателя реальных машин. При выборе отношения λ необходимо иметь в виду, что с увеличением длины машины умень­шается относительная длина лобовых частей, возрастает КПД, снижается момент инерции якоря, но при этом ухудшаются условия ох­лаждения и коммутации машины.

         Выбор плотности тока в якорной обмотке необходимо увязать с ее нагревом, т.е. со значениями удельной тепловой нагрузки якоря. Для этой цели в [1] приведена кривая допустимых значений произведения , где - плотность тока обмот­ки якоря, А/мм2.

         Размеры магнитной цепи маши­ны зависят в основном от выбран­ных значений индукций для ее от­дельных участков. Значения маг­нитных индукций в различных участках   можно   выбрать,   руководст­вуясь данными [1].

         При возрастании частоты  перемагничивания якоря значения индукций в зубцах и ярме якоря необходимо ограничить. Для этого мо­жно воспользоваться эмпирическими формулами, данными в  [1].

         Для сечений ярма якоря, ослаб­ленных отверстиями, предназначен­ными для крепления листов стали на роторном остове, или аксиальны­ми вентиляционными каналами, ин­дукция в ослабленном месте может быть повышена до 1,8 Тл, если эти места имеют в тангенци­альном направлении относительно короткую длину.

         Для главных полюсов целесооб­разно применять холоднокатаную электротехническую сталь мар­ки 3413, которая допускает более высокую магнитную индукцию, чем горячекатаная сталь (до 1,7 Тл). В этом случае из-за уменьшения ши­рины сердечника полюса средняя длина витка и вес меди обмотки воз­буждения тоже уменьшаются.

         Электромагнитная мощность. В (1.7) в качестве расчетной приня­та электромагнитная мощность Р'. Однако истинное значение электромагнитной мощности можно определить только после полного расчета электрической машины — на этапе расчета ее характери­стик. Поэтому мощность P/ определяют по номинальной (заданной) мощности PHOM  предварительно принятому значению КПД (ηНОМ).

Для электрических машин общего назначения можно опреде­лить электромагнитную мощность по формуле

                                            .                         

Расчетный коэффициент полюсного перекрытия ad, как следует из (1.7), оказывает влияние на степень использования машины: с увеличением αδ возраста­ет использование машины. Однако при чрезмерном увеличении αδ уменьшается ширина межполюсного окна (τ - bр), возрастает поток рассеяния главных полюсов, увеличивается проникновение поля главных полюсов в зону коммутации, уменьшается коммутационная надежность машины.

Для машин общего назначения с добавочными полюсами значе­ние αδ  устанавливается в пределах 0,55¸0,72, без добавочных полю­сов αδ = 0,6¸0,85.

 

Лекция № 15. 11 Общие вопросы проектирования трансформаторов

        

Содержание лекции:

- виды трансформаторов;

- основные материалы, применяемые в трансформаторостроении.

 

Цели лекции:

- изучить материалы, применяемые в трансформаторостроении, и влияние их на характеристики трансформаторов и главные размеры.

 

11.1 Современные тенденции в производстве трансформаторов

 

В промышленности используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВА и более.

Силовой трансформатор (мощностью от 6,3 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей является) одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, энергетики страны.

Определяя место силового трансформатора в электриче­ской сети, следует отметить, что по мере удаления от элек­тростанции единичные мощности трансформаторов умень­шаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. Поэтому особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети.

Коэффициент полезного действия трансформаторов очень велик и для большинства их составляет 98¸99% и более, однако необходимость многократной трансформации энер­гии (не ме­нее чем пяти-шестикратной трансформации) и установки в сетях трансформаторов с общей мощно­стью, в несколько раз превышающей мощность генераторов, приводит к тому, что общие потери энергии во всем парке трансформаторов достигают существенных значений. Поэтому одной из важнейших задач в настоящее время яв­ляется задача существенного уменьшения потерь энергии в трансформаторах, т.е. потерь холостого хода и потерь ко­роткого замыкания.

Уменьшение потерь холостого хода достигается главным образом путем все более широкого применения холоднока­таной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удель­ными потерями и низкой удельной намагничивающей мощ­ностью.

Современные конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы, стяж­кой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквоз­ных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой фор­мой сечения ярма в плоских магнитных системах. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода,

Уменьшение потерь короткого замыкания достигается главным образом понижением плотности тока за счет уве­личения массы металла в обмотках.

Сокращение расхода изоляционных материалов, транс­форматорного масла и металла, употребляемого на изготов­ление баков и систем охлаждения трансформаторов, может быть достигнуто путем снижения испытательных напряже­ний и уменьшения изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции и применения новых средств защиты трансформаторов от перенапряжений. Большой эф­фект в деле экономии конструктивных материалов дает так­же применение новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной циркуляцией масла в ка­налах обмоток и эффективных охладителях.

Наряду с масляными используются также и сухие транс­форматоры с естественным воздушным охлаждением. Они находят все более широкое применение в установках внутри производственных помещений, жилых и служебных зданий, т.е там, где установка масляных трансформаторов вследст­вие их взрыво- и пожароопасности недопустима.

При разработке трансформаторов и особенно автотранс­форматоров большой мощности (более 63000 кВА) возни­кает проблема ограничения добавочных потерь, возникаю­щих от вихревых токов, наводимых магнитным полем рас­сеяния в обмотках, и вихревых токов и гистерезиса, возникающих в элементах конструкции трансформатора. Эти потери в сумме могут достигать 25¸30 % полных по­терь короткого замыкания.

В качестве наиболее эффективных средств для уменьше­ния добавочных потерь применяют: рациональное размеще­ние витков обмоток для уменьшения поперечной (радиаль­ной) составляющей поля рассеяния, искусственную локали­зацию поля рассеяния при помощи установки магнитных экранов из электротехнической стали и замену некоторых стальных деталей деталями из немагнитных материалов.

В качестве материала обмоток в значительной части си­ловых трансформаторов общего назначения для мощностей до 16000¸25000 кВА применяется алюминиевый обмоточ­ный провод. В трансформаторах больших мощностей и трансформаторах специального назначения обмотки выпол­няются из медного обмоточного провода.

Задача проектирования рациональной серии трансфор­маторов с алюминиевыми обмотками заключается в выборе такого соотношения основных размеров, отличающихся от размеров трансформаторов с медными обмотками, при ко­тором наиболее полно использовалось бы положительное свойство алюминия — малая плотность и уменьшалось бы значение отрицательных свойств — относительно большого удельного электрического сопротивления, увеличенного объ­ема обмоток и пониженной механической прочности про­вода.

Для получения в эксплуатации полной взаимозаменяе­мости трансформаторов с медными и алюминиевыми обмот­ками целесообразно проектировать те и другие с одинако­выми параметрами — потерями и напряжением короткого замыкания, потерями и током холостого хода. Практика расчета серий «алюминиевых» трансформаторов показыва­ет, что взаимозаменяемость их с «медными» трансформа­торами может быть получена при одинаковых исходных дан­ных расчета, т.е. одинаковых марке стали, магнитной ин­дукции в стержне, коэффициенте заполнения сталью сечения стержня и т.д. При этом «алюминиевые» трансформаторы имеют одинаковую с «медными» трансформаторами массу стали, меньшую массу, но больший объем металла обмоток, большее сечение обмоток, большую высоту магнитной си­стемы.

Большой опыт выпуска трансформаторов с алюминиевы­ми обмотками, в частности в пределах номинальных мощно­стей от 10 до 16000кВА, показал, что эти трансформаторы обеспечивают полноценную замену трансформаторов с мед­ными обмотками, так как могут иметь те же параметры хо­лостого хода и короткого замыкания при одинаковой стои­мости всего трансформатора, т.е. являются равноценными с «медными» трансформаторами в технологическом и эконо­мическом отношении.

Важной задачей является совершенствование методов расчета трансформаторов. В условиях проектных органи­заций и трансформаторных заводов расчет силовых транс­форматоров выполняется с использованием ЭВМ. Разрабо­таны математические модели и комплекты стандартных программ, при помощи которых ведется расчет отдельных параметров - потерь и напряжения короткого замыкания, потерь и тока холостого хода, оптимальных размеров сече­ния стержня, тепловой расчет отдельных частей системы охлаждении трансформатора, его тепловой постоянной вре­мени и др.

Особо важное значение имеют комплекты программ для расчета поля рассеяния обмоток. Использование этих программ позволяет с приемлемой точностью выполнить подробный расчет поля рассеянии обмоток, электродинамических сил и добавочных потерь для каждого рассчитываемого трансформатора, что было практически недоступно при ручном методе расчета.

 

11.2 Основные материалы, применяемые в трансформаторостроении

 

Поиски новых материалов чаще всего имеют целью улучшение параметров трансформатора - уменьшение потерь энергии в трансформаторе, уменьшение его массы и размеров, повышение надежности работы. Возникает так­же вопрос о замене дорогих материалов более дешевыми и о сокращении расхода некоторых материалов, в частности цветных металлов.

Одним из основных активных материалов трансформа­тора является тонколистовая электротехническая сталь. В настоящее время в трансформаторостроении в основном применяется  холоднокатанная сталь с толщиной 0,35, 0,30 и 0,27 мм, имеющая значительно меньшие удель­ные потери и более высокую магнитную проницаемость, что позволило существенно уменьшить массу активных материалов при одновременном уменьшении потерь энергии в трансформа­торе. Вместе с этим было получено уменьшение расхода остальных материалов - изоляционных, конструкционных, масла и т.д., а также применение холоднокатаной стали позволило уменьшить внешние габариты и увеличить мощность трансформатора в одной единице, что особенно важно для тран­сформаторов большой мощности, внешние размеры кото­рых ограничиваются условиями перевозки по железным до­рогам.

Другой активный материал трансформатора - металл обмоток, в качестве которых применяется медь и алюминий. Замена медного обмоточного провода в обмотках сило­вых трансформаторов алюминиевым проводом затрудня­ется прежде всего тем, что удельное электрическое сопро­тивление алюминия существенно (примерно в 1,6 раза) больше удельного сопротивления меди.

Рационально спроектированные трансформаторы с алюминиевыми обмотками существенно отличаются по соотношению основных размеров от эквивалентных им по мощности и параметрам короткого замыкания и холостого хода трансформаторов с медными обмотками. Отличительными особенностями магнитной системы трансформатора с алюминиевыми обмотками являются при этом меньший диа­метр, большие высоты стержня и площадь окна магнитной системы. Алюминиевые обмотки имеют несколько большее число витков. Увеличение чисел витков и сечений витков алюминие­вых обмоток по сравнению с эквивалентными медными об­мотками приводит к увеличению стоимости работы по на­мотке обмоток и значительному увеличению расхода неко­торых изоляционных материалов — бумажно-бакелитовых цилиндров (примерно на 30¸25%), электроизоляционного картона и пропиточного лака (примерно 50¸60%). При большей высоте магнитной системы увеличиваются также высота бака и масса масла. Увеличение стоимости работы и материалов компенсируется уменьшением массы и стои­мости провода обмоток так, что общая стоимость рацио­нально спроектированного трансформатора с алюминиевы­ми обмотками практически не отличается от стоимости эк­вивалентного трансформатора с медными обмотками.

Основным направлением прогресса в производстве изо­ляционных материалов в настоящее время является полу­чение новых материалов с повышенными нагревостойкостью и механической прочностью.

Главным изоляционным материалом в силовых трансформаторах является трансформаторное масло - жидкий диэлектрик, сочетающий высокие изоляционные свойства со свойствами активной охлаждающей среды и теплоноси­теля. В отличие от других изоляционных материалов один и тот же объем масла не может использоваться в течение всего срока службы трансформатора, т.е. не менее 25 лет.

 

 

Лекция № 16. 11 Общие вопросы проектирования трансформаторов

(продолжение лекции 15)

 

Содержание лекции:

- определение основных размеров трансформатора;

 

Цели лекции:

- рассмотреть влияние различных факторов на главные размеры.

 

11.3 Основные размеры трансформатора

 

Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора.

Диаметр d окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из его основных размеров (рисунок). Вторым основным размером трансформатора являются осевой размер l (высота) его обмоток. Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковую высоту. Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка двух обмоток, или диаметр осевого канала между обмотками d12, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток а1 и a2 и осевого канала между ними а12.

Если эти три размера выбраны или известны, то осталь­ные размеры, определяющие форму и объем магнитной си­стемы и обмоток, например высота стержня lc, расстояние между осями соседних стержней С и т.д., могут быть най­дены, если известны допустимые изоляционные расстояния от обмоток ВН до заземленных частей и до других обмо­ток 12, а22, l0). Два основных размера, относящихся к обмоткам d12 и lc, могут быть связаны отношением средней длины окруж­ности канала между обмотками πd!2 к высоте обмотки l:

                                                                                         (11.1)

Приближенно произведение πd!2  можно приравнять к средней длине витка двух обмоток  или

Величина β определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки. Значение β может варьироваться в широких пределах и практически изменяется в масляных и сухих трансформаторах существующих серий в пределах от 1 до 3,5. При этом меньшим значениям β соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, большим - широкие и низкие. Это наглядно показано на рисунке 11.2, на котором представлены два трансформатора одинаковой мощности одного класса напряжения, рассчитанных   при   одинаковых исходных данных с, kc), с одинаковыми параметрами короткого замыкания к и ик) для значений  b=1,2 и 3,5.

Различным значениям β соответствуют и разные соотношения    между массами активных материалов - стали магнитной систе­мы и металла обмоток. Меньшим значениям β соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением β масса стали уве­личивается, масса металла обмоток уменьшается. Таким об­разом, выбор β существенно влияет не только на соотноше­ние размеров трансформатора, но и на соотношение масс активных и других материалов, а следовательно, и на стои­мость трансформатора.

Вместе с этим изменение β сказывается и на техни­ческих параметрах трансформатора: потерях и токе холо­стого хода, механической прочности и нагревостойкости обмоток, габаритных размерах.

 

Вывод формулы, связывающей диаметр стержня трансформатора с его мощностью

Мощность трансформатора на один стержень, кВА,

.                                                 (11.2)

Реактивная составляющая напряжения короткого за­мыкания, %,

                  

или

                                      (11.3)

где; ;

kpкоэффициент при­ведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффи­циент Роговского); линейные размеры выражены в метрах. Одновременно заметим, что напряжение витка транс­форматора, В, может быть записано в виде

                                    (11.4)

где ВС—максимальная индукция в стержне, Тл;

ПС=kcπd2/4—активное сечение стержня, м2;

 kc—коэффициент заполнения площади круга сталью.

Заменив в (11.2) напряжение обмотки U произведени­ем  и подставив значение тока обмотки I, определен­ное из (11.2), и значение uв по (11.4), получим

                        .           

Проведя сокращения и решив это уравнение относитель­но d, имеем окончательно

                                                                 (11.5)

где   .

Формула (11.5) позволяет определить главный размер трансформатора -диаметр стержня его магнитной сис­темы.

 Величины, входящие в подкоренное выражение форму­лы (11.5), впервые предложенной Г.Н.Петровым, можно подразделить на три категории:

 а) величины, заданные при расчете:  мощность обмоток на одном стержне трансфор­матора S', кВА, частота сети f, Гц, и реактивная состав­ляющая напряжения короткого замыкания uР%;

б) вели­чины, выбираемые при расчете, — отношение длины окруж­ности канала между обмотками (средней длины витка двух обмоток) к высоте обмотки β, максимальная индукция в стержне ВС,Тл, и коэффициент заполнения активной сталью площади круга, описанного около сечения стержня kС;

в) величины, определяемые в ходе последующего расчета,— приведенная ширина канала рассеяния аР,м, и коэффици­ент приведения идеализированного поля рассеяния к ре­альному kР (коэффициент Роговского).

Таким образом, определение диаметра, стержня по (11.5) связано с выбором некоторых исходных данных (β, ВС, kР) и предварительным определением данных обмоток трансформатора, получаемых обычно после завершения расчета обмоток ap и kр. Выбор исходных данных (β, ВС, kР) может быть сделан на основании исследования ряда вариантов или путем использования зара­нее разработанных рекомендаций [5]. Для опреде­ления аР и kР должны применяться приближенные методы.

Теория и практика проектирования силовых трансфор­маторов позволили установить, что выбор исходных дан­ных расчета оказывает существенное влияние на результа­ты расчета масс основных материалов трансформатора, параметров холостого хода и короткого замыкания и стои­мости. Поэтому выбор исходных данных должен произво­диться с учетом тех параметров, которые необходимо полу­чить или которые являются оптимальными для рассчиты­ваемого трансформатора. 

Помимо тех данных, которые обычно включаются в за­дание на расчет трансформатора, необходимо выбрать и ряд других, относящихся к магнитной системе, обмоткам и изоляции трансформатора.

         Для расчета магнитной системы необходимо выбрать ее принципиальную конструкцию — плоскую или простран­ственную, шихтованную из пластин или навитую из ленты. Следует также установить форму сечения ярма, число сту­пеней в стержне и ярме, форму стыков в углах магнитной системы, способ прессовки стержней и ярм. Должны быть выбраны марка стали, способ изоляции пластин (ленты).

         Для обмоток должны быть выбраны их принципиаль­ные конструкции -непрерывные катушечные, многослой­ные цилиндрические, винтовые и т. п., а также металл про­вода — медь или алюминий и его изоляция.

         Существенное значение имеет выбор главной изоляции обмоток, т.е. их изоляции от других обмоток и от зазем­ленных частей. Необходимо выбрать форму конструктив­ных деталей изоляции, их материал и размеры, а также и размеры изоляционных промежутков, масляных или воз­душных. Эти данные главной изоляции обмоток должны быть разработаны и надежно проверены экспериментально до начала расчета трансформатора.

         При выборе исходных данных должна быть учтена технология изготовления и обработки магнитной системы обмоток, изоляции, существующая в данное время или та, ко­торая должна быть вновь создана.

После выбора исходных данных может быть произведен полный расчет трансформатора с подробным расчетом маг­нитной системы и обмоток, с точным определением пара­метров холостого хода и короткого замыкания. Поскольку для выбора оптимального варианта надо рассмотреть их большое число, эта работа является чрезвычайно трудоем­кой даже при условии использования ЭВМ. Поэтому существуют обобщенные методы.

При расчете новых серий силовых трансформаторов па­раметры короткого замыкания и холостого хода обычно не задаются заранее и в процессе предварительного расчета решаются совместно две задачи - для каждого типа тран­сформаторов серии устанавливаются оптимальные разме­ры при оптимальных эксплуатационных параметрах, а именно - потерях короткого замыкания и холостого хода. Потери короткого замыкания и холостого хода должны обеспечивать наименьшую стоимость трансформации энергии, т.е. наиболее экономичную рабо­ту трансформатора в эксплуатации с учетом стоимости трансформатора, его установки и всех эксплуатационных затрат, включая потери энергии за определенный проме­жуток времени.

         В большинстве случаев при проектировании новых се­рий выбор активных материалов и конструктивных форм магнитной системы, обмоток и изоляции производится по соображениям, независимым от расчетных данных транс­форматоров серии, чем существенно упрощается задача расчета. В некоторых случаях при расчете серии произво­дится сравнение двух и более различных решений, напри­мер плоской и пространственной магнитных систем, мед­ных и алюминиевых обмоток и т.д. Существенно упроща­ется задача при расчете отдельного трансформатора изве­стной серии с заданными параметрами холостого хода и короткого замыкания.

Основным законом, на котором базируется проектиро­вание трансформаторов, является общеизвестный закон, связывающий мощность трансформатора с его линейными размерами.

 

 

Лекция № 17.  13 Системы автоматизированного     проектирования

электрических машин

 

Содержание лекции:

- задачи САПР;

- подсистемы САПР.

 

Цели лекции:

- рассмотреть общие тенденции развития САПР.

 

Системы автома­тизированного проектирования электрических машин (САПР ЭМ) призваны освободить инженеров от рутинной работы, обеспечив большую творческую отдачу инженерных кадров. Уже в недалеком будущем системы автоматизированного проектирования электрических машин (САПР ЭМ) будут занимать основ­ное место в конструкторских и технологических бюро электротехни­ческих заводов и НИИ.

Каждый день на заводах и НИИ электротехнической промыш­ленности ведется работа по созданию новых и модернизации выпус­каемых электрических машин. От интенсивности работ по созданию новой и модернизации старой продукции зависит экономическое положение заводов и НИИ. Однако большинство инженеров-элект­ромехаников ежедневно значительную часть времени тратят на стандартные расчеты и корректировку чертежей. Системы автома­тизированного проектирования электрических машин (САПР ЭМ) призваны освободить инженеров от рутинной работы, обеспечив большую творческую отдачу инженерных кадров.

В первые годы существования САПР ЭМ считали, что они, в основном, будут применяться при проектировании новых электри­ческих машин. Однако практика показала, что САПР ЭМ лишь час­тично могут заменить творческие коллективы ученых и инженеров, разрабатывающих новые машины, при этом САПР ЭМ работают в интерактивном режиме. Создание банков данных, машинную гра­фику, пересчет на основе базовой машины других машин серии САПР ЭМ могут взять на себя, и на этом пути получен значитель­ный экономический эффект. Растущие объемы выпуска различных модификаций основного исполнения, наличие мелких серий элект­рических машин, бесконечные пересчеты и необходимость строжай­шей экономии материальных ресурсов оправдывают расходы на САПР ЭМ, хотя каждая ЭВМ требует материальных затрат и увели­чивает стоимость выпускаемой продукции. САПР ЭМ необходимы в современном электромашиностроении, но они не заменяют твор­ческие коллективы ученых, инженеров-расчетчиков, конструкторов и технологов. САПР ЭМ дополняют научный потенциал НИИ, за­водов отрасли, обеспечивая сокращение сроков создания новых электрических машин, поднимая их технический уровень.

САПР ЭМ развиваются как открытые системы, т.е. они облада­ют свойством удобства включения новых расчетных методов и технических средств. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования - основной принцип построения и эксплуа­тации САПР ЭМ. Монополии человека в творческом начале и при­нятии основных решений ЭВМ не угрожают, а только расширяют возможности проектировщика.

Средства автоматизации проектирования непрерывно совершенствуются, обеспечивая применение САПР ЭМ и отдельных ее подси­стем на всех электромашиностроительных заводах.

Наибольшие достижения в создании САПР ЭМ достигнуты при создании САПР асинхронных двигателей (САПР АД). Система по­зволяет определить оптимальные размеры активной части машины, удовлетворяющие техническим и технологическим требованиям, выдавать отдельные чертежи конструкции (общий вид, узлы и дета­ли) на графопостроитель, корректировать конструкторско-технологическую документацию в процессе разработки и серийного произ­водства с минимальным использованием ручных работ. С помощью подсистемы оптимизационного расчетного проектирования, исходя из технического задания и критериев оценки технико-экономических показателей разрабатываемых двигателей, осуществляется определение оптимальных электромагнитных характеристик и геометрических размеров активной части машины. Подсистема расчетного проектирования используется также при разработке многочисленных модификаций двигателей.

При расчете двигателя используют более 100 исходных данных. Часть из них предопределена требованиями эксплуатации, материалами, используемыми в производстве, опытом проектирования предшествующих серий. Другая часть устанавливается на основании предварительных исследований. К ним относятся выбор класса нагревостоикости изоляции, степени унификации различных исполнений и др.

Задача оптимального расчетного проектирования является многокритериальной. В качестве основного критерия принимают критерий минимума суммарных затрат, учитывающий стоимость изготовления двигателя и расходы на его эксплуатацию. Кроме поиска оптимальных параметров машины по основному критерию осуществляется также дополнительный поиск по минимуму размеров сердечника статора. Возможно использование и других критериев: максимума полезной мощности, минимальной стоимости машины, минимума массы и др.

В математической модели асинхронного двигателя предусмотрены два вида ограничений: ограничения, вытекающие из требований стандартов (допустимые значения пускового и максимального моментов, пускового тока, температуры обмотки) и требований надежности (скорости нарастания температуры в режиме короткого замыкания); связь лимитеров с конструктивными и технологическими требованиями – минимальной шириной зубца, высотой ярма статора и т.д.

Узлы и детали всех двигателей, входящих в отрезки серии (группы смежных высот осей вращения), как правило, имеют геометрически подобные формы. Некоторые детали являются подобными для всех машин серии. Характерна также широкая унификация узлов, деталей, материалов в пределах одной высоты оси вращения, а по некоторым элементам – и в пределах ряда высот. Это позволяет обобщить геометрию конструкции, другими словами, создать ее математическую модель. Модель дает возможность по размерам активной части машины вычислять размеры сборочных единиц и отдельных деталей асинхронного двигателя.

Выбор основных параметров специальной электрической маши­ны (мощности, частоты вращения, массогабаритных показателей системы охлаждения и т. д.) должен производиться на основании общей оценки. Так, в основу выбора конструктивной схемы мало­шумного электромашинного преобразователя положен комплекс­ный подход к объединению двигателя и генератора в одном корпу­се, исключение резонансов конструкции с основными вибровозмущающими силами, композиционная обработка конструкций, умень­шающая влияние производственно-технологических факторов, т. е. разрабатывается методология обеспечения малошумности конст­рукции.

Алгоритм разработки конструктивной схемы включает взаимозависимый выбор размеров электромагнитного ядра электрической машины на основе технических требований, затем по результатам предварительных электромагнитных расчетов определяются разме­ры ротора. После чего в диалоговом режиме по выбранным крите­риям происходит корректировка размеров ротора. Аналогично про­исходит выбор размеров корпуса, но уже по своим критериям, и, наконец, выбор подшипниковых узлов.

Подсистема конструкторского проектирования предусматривает выпуск чертежей общего вида сборочных единиц и деталей, а также текстовой конструкторской документации.

Разработки общего вида ма­шины ведут на основе конструк­тивной схемы с использованием типовых фрагментов единиц и интерактивной графики. Конст­руктивная схема является осно­вой, на которой формируется общий вид путем добавления от­дельных фрагментов сборочных единиц. Разработку чертежей сбороч­ных единиц и деталей проводят на основе общего вида с использованием типовых фрагментов дета­лей.

В САПР ЭМ предусматривается разработка обширной биб­лиотеки фрагментов сборочных единиц и деталей. Каждый из фрагментов имеет свою математическую модель. Изменяя вход­ные (параметры) модели, можно получить фрагменты с необходи­мыми размерами. Библиотека фрагментов сборочных единиц и деталей позволяет конструктору значительно повысить произво­дительность труда и сократить сроки разработки чертежей. Этот этап работы обеспечивается пакетом графических подпрограмм функционального уровня и программой, связывающей параметры чертежа конструктивной схемы с координатами характерных гра­фических точек, необходимых для функционирования графиче­ских программ.

В состав подсистемы технологической подготовки производства электрических машин должны входить следующие пакеты приклад­ных программ (ППП):

- обеспечения технологичности конструкции, позволяющие анализировать технологические возможности производства;

- проектирования технологических процессов изготовления машины и подготовки управляющих программ для оборудования: токарных, фрезерных и электроэрозионных станков;

-     конструирование средств технологического оснащения для производства специального мерительного (скобы, пробки) и режущего (сверла, фрезы) инструмента, а также вырубных и гибочных штампов.

В рамках исследования по искусственно­му интеллекту сформировалось самостоятельное направление — эк­спертные системы (ЭС) или инженерия знаний. В задачу этого направления входят, в частности, исследование и разработка про­грамм (устройств), использующих знания и процедуры вывода для решения задач, являющихся трудными для людей-экспертов. ЭС системы  не только исполняют заданные про­цедуры, но и генерируют решения но­вых конкретных задач. Интерес к ЭС со стороны пользователей вызван, по крайней мере, тремя причинами. Во-первых, они ориентированы на решение широкого круга задач в неформализованных областях; на приложе­ния, которые до недавнего времени считались малодоступными для вычислительной техники. Во-вторых, с помощью ЭС специалисты, не знающие программирования, могут самостоятельно разрабатывать интересующие их приложения, что позволяет резко расширить сферу использования вычислительной техники. В-третьих, ЭС при решении практических задач достигают результатов, не уступаю­щих, а иногда и превосходящих возможности людей-экспертов, не оснащенных ЭС.

Традиционное программирование в качестве основы для разра­ботки программы использует алгоритм, т.е. формализованное зна­ние. ЭС не отвергают и не заменяют традиционного подхода к про­граммированию, они отличаются от традиционных программ тем, что ориентированы на решение неформализованных задач и обла­дают следующими особенностями:

- алгоритм решений не известен заранее, а строится самой ЭС с помощью символических рассуждений, базирующихся на эвристи­ческих приемах;

- ясность полученных решений, т.е. система «осознает» в тер­минах пользователя, как она получила решение;

-  способность анализа и объяснения своих действий и знаний;

- способность приобретения новых знаний от пользователя-эксперта, не знающего программирования, и изменения, в соответ­ствии с ним, своего поведения.

Проектирование и конструирование электрических машин пере­живают революционные изменения и будущие книги по проектиро­ванию электрических машин должны будут воплотить все успехи в электромашиностроении и новейшие достижения в вычислительной технике.

 

Список литературы

 

Основная

 

1. Проектирование электрических машин. Учебник для вузов (Под редакци­ей Копылова И.П.).-М.: Энергоатомиздат, 1993.кн.1.-464 с, кн.2.-384 с.

2. Проектирование электрических машин. Учебник для вузов (Под редакци­ей Копылова И.П.).-М.: Высш. школа, 2002.-757с.

3. Абрамов А.И., Извеков В.И., Серихин Н.А. Проектирование турбогенераторов. Учебник для электромеханических и электротехнических вузов.- М.: Высшая школа, 1990.-336 с.

4. Абрамов И.А., Иванов-Смоленский А.В. Проектирование гидрогенераторов и синхронных компенсаторов.-М.: Высш. школа,1978.-312 с.

5. Тихомиров М.П. Расчет трансформаторов. -М. .-Энергия, 1976.-516с.

 

Дополнительная

 

1. Гольдберг О.Д., Турин Я.С., Свириденко И.С. (под. ред. Гольдберг О.Д.). Проектирование электрических машин (учебник для вузов). -М. Высшая шко­ла, 1984.

2. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин. - М. Высшая шко­ла, 1982. –272с.

         3. Азбукин Ю.И., Аврух В.Ю. Модернизация турбогенераторов. - М.: Энер­гия, 1980.-232 с.