Голоколос Д. А.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКРАНИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕРМЕТИЧНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ФГБОУ ВПО Комсомольский-на-Амуре Государственный Технический Университет, Комсомольск-на-Амуре, Россия

D. A. Golokolos

THE ESTIMATION OF SHIELDING ELEMENTS INFLUENCES ON ELECTROMECHANICAL CONVERTERS CHARACTERISTICS.

Komsomolsk-on-Amur State Technical University, Komsomolsk-on-Amur, Russia.

Целью данного исследования является возможность повышения удельных нагрузок и мощности за счет интенсификации охлаждения элементов погружных капсулированных двигателей.

Типичная конструкция герметичного электродвигателя представлена в работе [2].

Для аналитического определения параметров тонкостенного экранирующего элемента ( может быть использован подход, сводящийся к решению полевой задачи в постановке С.В. Поклонова [2]. С учетом отмеченных конструктивных особенностей, при выводе основных соотношений для потерь в замкнутом экране статора принимаются следующие допущения [1]:

1. Магнитное поле, связанное с экраном ограничено расчетной длиной воздушного зазора.

2. Магнитное поле равномерно по длине зазора и имеет только нормальную составляющую, неизменную по всей толщине экрана и изменяющуюся гармонически по окружности воздушного зазора.

3. Индукция магнитного поля в лобовых частях экрана равна нулю.

4. Магнитная проницаемость экрана равна магнитной проницаемости воздуха.

5. Существует только одна гармоническая всех известных и определяемых величин.

6. Индуктивное сопротивление экрана пренебрежимо мало.

7. Экран не образует во всей длине статора (до места замыкания) токоведущих контуров с массивными деталями статора.

Рис.1. Развертка экрана статора

На рисунке 2 изображена и цилиндрический экран электродвигателя, разрезанный по образующей и развернутый. Там же выделены активная часть экрана, равная длине активной части статора , и лобовые части экрана длиной .

Из решения системы дифференциальных уравнений аналитически можно получить потери в замкнутом экране статора:

где

– коэффициент краевого эффекта, характеризующий отношение потерь в замкнутом экране к потерям в таком экране, у которого лобовые части были бы сверхпроводящими.

Из уравнения (2) можно определить длину одностороннего вылета замкнутого экрана , при которой коэффициент , а следовательно и потери в экране будут минимальными. При дальнейшем увеличении длины вылета потери в экране практически не изменяются.

Из этого же уравнения также следует, что коэффициент будет максимальным, т.е. равным единице в том случае, если экран замкнут в непосредственной близости от сердечника статора .

Выражения (1,2) использованы для расчета активных потерь в экранирующем элементе для двигателя мощностью 4 кВт при длине одностороннего вылета экрана мм, число пар полюсов обмотки статора равно двум, относительная длина активной части экрана составляет . При расчете принимались следующие материалы экрана:

1. Нержавеющая нихромовая сталь Х20Н80 (ГОСТ 12766.5-90) с удельным электрическим сопротивлением .

2. Бронза БрАЖН (ГОСТ 613-79), удельное электрическое сопротивление

.

3. Железо (ГОСТ 13610-79), удельное электрическое сопротивление

.

Удельные потери в экране статора рассчитаны для магнитной индукции в зазоре Тл и толщины экрана мм. Результаты расчета представлены на рисунках 3-4.

Как видно из графиков (рис. 2-4), потери обратно пропорциональны удельному электрическому сопротивлению материала экрана, который оказывает существенное влияние на их величину. При этом величина удельных потерь составляет от 6-8 % при экране из нержавеющей стали, до 70-80 % при экране из железа, что ухудшает эксплуатационные характеристики двигателя. При одинаковых значениях индукции и толщины экрана, потери для экрана из нержавеющей стали и железа, т.е. при изменении от 1,15·10^-6 Ом·м до 0,098·10^-6 Ом·м отличаются почти на порядок.

Рис. 2. Удельные электрические потери в экране из нержавеющей нихромовой стали.

c

Удельные потери

876543210

0

10

20

30

40

50

Удельные потери

Рис. 3. Удельные электрические потери в экране из бронзы.

Рис. 4. Удельные электрические потери в экране из железа.

Удельные потери

908070605040302010_0

Значительно меньшее влияние на величину потерь в рассмотренном диапазоне оказывают индукция в воздушном зазоре и толщина экрана . И если уменьшение индукции в воздушном зазоре не целесообразно, так как она определяет передаваемую от статора к ротору электромагнитную мощность, то толщина экрана должна выбираться наименьшей, но при этом должна обеспечиваться необходимая механическая прочность.

Выводы:

1. Экран целесообразно выполнять из немагнитного материала с относительно высоким удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим уменьшение индуцированных вихревых токов, например, из нержавеющих нихромовых сталей типа ХН70 и ХН78Т.

2. Потери в экране пропорциональны величине полюсного деления . Однако уменьшение полюсного деления приводит к увеличению отношения длины статора к величине полюсного деления а при большом значении отношения двигатель должен изготавливаться с массивным ротором. Сердечник ротора при этом выполняется как одно целое с валом для обеспечения жесткости вала по критической частоте вращения.

3. Относительная величина потерь в экране может достигать значений, соизмеримых с номинальной мощностью, что указывает на необходимость дальнейших теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку и уточнение методик расчета элементов капсулированных электродвигателей.

4. При использовании герметичных электромеханических преобразователей в автоматизированных электротехнических комплексах система управления электродвигателем должна синтезироваться с учетом параметров экранирующих элементов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агеев В. Д. Исследование потерь мощности в экранах экранированных асинхронных двигателей / В. Д. Агеев // Электричество – 1974. – № 12. – С. 63-65.

2. Поклонов С. В. Асинхронные двигатели герметичных электронасосов / С. В. Поклонов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. – 64 с.