МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА РОТОРА

СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

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

Рис. 8.42. Шихтованный ротор синхронной машины

Рис. 8.43. Ротор синхронной машины

в виде сварного магнитного колеса

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

8.6.1. Расчет дискового ротора

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

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

, (8.71)

где , м, — по рис. 8.34.

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

. (8.72)

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

, (8.73)

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

Радиальное напряжение на поверхности радиуса , Па,

. (8.74)

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

, (8.75)

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

. (8.76)

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

. (8.77)

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

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

Из (8.71)

кг/м;

по (8.72)

Н/м;

по (8.73)

Н/м.

Радиальное напряжение по (8.74)

Па.

По (8.76)

.

Тангенциальное напряжение по (8.75) и (8.77)

Па;

Па.

8.6.2. Расчет ротора в виде магнитного колеса

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

Центробежная сила обода, Н,

, (8.78)

где — масса обода, кг:

; (8.79)

— средний радиус обода, м.

Центробежная сила полюсов с обмотками, Н,

, (8.80)

где — масса всех полюсов с обмотками, кг:

. (8.81)

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

Сила, растягивающая втулку, Н,

, (8.82)

где — расчетный коэффициент:

; (8.83)

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

Сила, передаваемая на втулку, Н,

. (8.84)

Напряжения при максимальной частоте вращения, Па:

в ободе на растяжение без учета спиц

; (8.85)

во втулке

; (8.86)

в швах А

; (8.87)

в швах Б

,

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

Можно принять

м. (8.88)

Напряжения при номинальной частоте вращения в швах Б, Па:

на растяжение

; (8.89)

на срез

, (8.90)

где — коэффициент перегрузки; ;

;

на срез (приведенное)

. (8.91)

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

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

Последовательно применяя (8.78)—(8.91), получаем

кг;

м;

Н;

Н;

м²;

м;

м²;

м;

м;

м²;

;

Н;

Н;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Н·м;

;

Па.

Все напряжения находятся в допустимых пределах.