1.3. Электромагнитные нагрузки

Электромагнитные нагрузки определяют степень использования магнитных и электропроводящих материалов и, в конечном счете, определяют, при заданных мощностях машины, объем активного ядра ее и размеры в целом.

К электромагнитным нагрузкам относят магнитную индукцию В [Тл], линейную электрическую нагрузку А [А/м] и плотность тока J [А/мм²].

1.3.1. Магнитная индукция

В качестве исходного расчетного значения принимают максимальное значение магнитной индукции В_δ в воздушном зазоре δ между полюсным наконечником и внутренней расточкой статора. Принципиально, распределение индукции вдоль расточки в пределах полюсного деления τ=πD/2р желательно иметь в форме синусоиды. С этой целью воздушный зазор делают неравномерным за счет скоса полюсного наконечника от середины к его краям. В середине, т.е. по оси полюсного наконечника, зазор минимальный

δ_min = δ, а по краям в 1,5 раза больший, то есть δ_mах≈1,5 δ_min. Этого добиваются, устраивая наружную поверхность полюсного наконечника в виде дуги с радиусом R_р, меньшим радиуса расточки R_р <( D - 2 δ)/2.

Расчетное значение индукции в пределах полюсного деления, необходимое для определения ЭДС Е, находят как среднеквадратичное значение. Для этого величину В_δ уменьшают на коэффициент полюсного перекрытия α_δ = /τ и на коэффициент формы k_B поля (среднеквадратичного значения индукции в пределах полюсного наконечника, деленного на В_δ). В результате, в расчетную формулу ЭДС входят два коэффициента: α_δ и k_В:

, (1.1)

где [ Вб], размеры (м), - длина сердечника статора.

Предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия для синхронных явнополюсных машин α_δ ≈ 0,68 ÷ 0,73.

Коэффициент формы поля k_В для асинхронных машин с неравномерным воздушным зазором (δ_mах/ δ>1) k_В = 1,14 ÷ 1,16, а произведение α_δ · k_В ≈ 0,76 (в среднем).

Магнитная индукция в зазоре В_δ выбирается на основе опыта проектирования и не превышает 1 Тл, а ее среднее значение можно принять

В_δ ≈ 0,85 ÷ 0,9 Тл.

Оценку допустимости принятого в начале проектирования значения В_δ проверяют, рассчитывая величину индукции в различных ферромагнитных участках магнитной цепи, не допуская их магнитного насыщения. Если насыщение будет повышенным, то это приведет к необходимости увеличения МДС возбуждения и самой обмотки возбуждения.

1.3.2. Линейная нагрузка

Линейную токовую нагрузку определяют как суммарный ток пазовой части статора, деленный на длину расточки статора, А/м,

(1.2)

где N - число проводников всей обмотки статора в пазах статора; N=2mw;

w – число витков фазы обмотки статора; I – ток проводника (ток фазы).

Линейную нагрузку можно определить как отношение суммарного тока проводников, расположенных в одном пазу, к пазовому делению:

(1.3)

Если обмотка состоит из параллельных ветвей, то ток фазы I_н.ф.=I При >1 ( целое число) находят число эффективных проводников в пазу

, (1.4)

здесь Ζ₁ – число пазов на статоре (зубцов)

Ζ₁ = 2 p· q· m, (1.5)

при этом q = 2,3,4 – число пазов на полюс и фазу (число катушек в катушечной группе, укладываемых в пазы под одной парой полюсов). Для судовых генераторов А ≈ (400 ÷ 550)·10²А/м.

Стремление повысить линейную нагрузку с целью уменьшения затраты материалов приводит:

а) к возрастанию потерь, снимаемых с единицы поверхности обмоток, а следовательно, и к увеличению их нагревания;

б) к изменению электрических параметров обмотки; при прочих равных условиях реактивность обмоток возрастает пропорционально отношению А/ В_δ;

в) к нарушению экономического соотношения между потерями в меди и в железе.

Таким образом, величина выбираемой нагрузки должна находиться в определенных пределах, выбор которых зависит от мощности, скорости и ряда других условий. При выборе А обычно пользуются кривыми зависимости А от полюсного деления τ для различной полюсности (с учетом, естественно изоляции обмоток). Однако нагревостойкость изоляции более влияет на другой параметр удельных нагрузок – на плотность тока J (А/мм²).