Определение основных размеров двигателя

7.1 Активный объем постоянного магнита

Размеры синхронных двигателей с постоянными магнитами, как и генераторов, определяются объемом постоянных магнитов. Обычные расчетные формулы для определения размеров машины с электромагнитным возбуждением здесь применимы только в принципе. При выводе расчетной формулы для определения объема постоянного магнита считается, что магниты в двигателе используются оптимально. Тогда согласно рабочей диаграмме на рис. 16 D АОС должен быть наибольшим. Треугольник АОС пропорционален произведению E₀I_п, где I_п - ток короткого замыкания «исходного» генератора (некоторого фиктивного расчетного генератора).

Характеристика короткого замыкания G_к.з. проходит так, что точка B пересечения ее с прямой возврата делит отрезок AC в отношении .

Как уже было получено, электромагнитная мощность синхроннго двигателя

(1)

Из построений на рис. 8-11 следует, что

. (2)

Подставив последнее выражение в (1), получим:

(3)

Обозначив отношение

(4)

и используя выражение (3), получим:

(5)

Подставив вместо и их значения (из выражений в относительных единицах), получим:

(6)

Произведение представляет собой объем всех магнитов машины; с учетом этого

(7)

если принять q=45^о, что соответствует запасу по статической устойчивости (без учета реактивного момента), то

(8)

Активный объем постоянного магнита определяется выражением

. (9)

Электромагнитная мощность P в выражении (9) измеряется в вольт-амперах; имеют размерности вб/м² и а/м соответственно.

Выбираем предварительно x= 0, 4.

k выбираем равным 1, 1.

Величины зависят от выбранного материала. В качестве материала постоянного магнита могут быть взяты сплавы типа магнико и алнико. Сплавы магнико и со столбчатой структурой, обладающие анизотропными свойствами, являются наиболее подходящим материалом для магнитной системы.

Имея объем постоянного магнита, мы должны определить размеры магнита и ротора в целом. В решении этой задачи имеется некоторая свобода.

Для случая звездообразного ротора с магнитом-звездочкой по аналогии с определением размеров магнита для генераторов диаметр магнита D_м может быть определен с помощью выражения

(10)

Величина коэффициента заполнения k_з.м зависит от числа полюсов 2p. Можно предварительно принять при 2p=8 величину k_з.м=0, 65. При этом следует учитывать, что пространство магнита должно быть достаточным для размещения намагничивающей обмотки. Величина выбирается в пределах

При выборе величины необходимо учитывать то обстоятельство, что линейные скорости магнита не должны превосходить допустимых.

Д.С. Уриновским применительно к магнитной системе явнополюсной конструкции даются следующие рекомендации по высоте магнита и площади его поперечного сечения :

(11)

, (12)

где

(13)

- воздушный зазор, мм.

В формуле (13) выражается в сантиметрах; объем постоянного магнита имеет размерность см³; - проводимость короткого замыкания - выражается в относительных единицах; выражается в Тл, а - в А/м; выбирается по рабочей диаграмме магнита в относительных единицах для известного и оптимально использованного магнита.

Из графика:

(А)

U=0.474 (В)

Ширина полюса магнита должна выбирать исходя из условия обеспечения минимального объема ротора. Исходя из рассмотрения соотношения между площадью, занятой торцовыми частями магнитов, и площадью описанного вокруг них многоугольника с числом сторон, равным , находят, что максимальное использование объема ротора получается при соотношении

(14)

По известным и определяется и длина магнита :

(15)

Высота нейтрального сечения магнита принимается равной

(16)

После того как размеры магнита установлены, можно найти диаметр и длину ротора.

На каждом полюсе крепится полюсный башмак, набираемый из листов электротехнической стали. В полюсных башмаках расположена пусковая (депмферная) клетка.

1. Диаметр ротора равняется

= 471* ()

2. Диаметр магнита:

=0.1 (м)

3. Воздушный зазор:

Δ =0, 01+0, 03 =0, 00024 (м).

4. Высота и площадь поперечного сечения магнита:

={ }=2.9 (см)=0.029(м).

19.9* (м)

5. Ширина полюса:

=0.024(м).

6. Длина магнита:

7. Высота нейтрального сечения магнита

=0.0132 (м)

8. Диаметр ротора:

(см)=0.1164(м)

9. Зазор между полюсными башмаками

=2.4*

10. Внутренний диаметр якоря

=0.1168(м)

11. Магнитный поток в воздушном зазоре:

=0, 65*1, 4*19, 9* =1, 8* (Вб)

12. Ширина зубца статора:

13. Высота спинки ярма:

14. Внешний диаметр статора:

=0.15 (м)

15. Число витков на фазу:

16. Число зубцов статора:

17. Зубцовое деление статора:

18. Число активных проводников:

19. Окончательное значение:

20. Плотность тока в обмотке якоря:

21. Площадь поперечного сечения эффективного проводника:

22. Сечение эффективного проводника (окончательное):

23. Плотность тока в обмотке (окончательное):

[15]