Классификация бесконтактных электрических машин и их физическая структура, страница 7

пакета якоря между рабочим зазором и корпусом для полюса одной полярности; Я<тв, Км, /?овт, Кл — соответственно магнитные сопротивления для потоков рассеяния вокруг 0В (Фдв), между полюсными выступами 7 и 8 (Фт), между втулками 6 и 9 (Фовт), между торцами пакета якоря 2 и выступающими за пределы ак­тивной зоны (I) участками полюсов 7 и 8 (Ф,г)- В общем случае при р пар полюсов схема замещения содержит р активных парал­лельных ветвей с МДС Раа и Р'аа, соответствующих якорной зоне.

Схемы замещения рассчитывают известными методами теории цепей. Главная трудность связана с нахождением магнитных соп­ротивлений (или проводимостей) участков. Как известно, магнит­ное сопротивление /?=(/('р,5), где /—средняя длина магнитной линии в пределах участка; ц—магнитная проницаемость; 5— среднее сечение участка. Поскольку машины с когтеобразными полюсами должны работать при слабо насыщенных сердечниках с высокими ц, главную роль в схеме замещения играют сопротив­ления участков, где поток замыкается по воздуху. Если можно заранее предугадать примерную форму линий магнитного поля, магнитные сопротивления участков рассчитывают методом веро­ятных путей потоков по их геометрическим размерам (см. § 2.7). Пусть, например, /вт — осевая длина цилиндрической расточки втулки 9, 0»т — ее диаметр, а зазор 61 мал, что позволяет счи­тать линии поля в нем радиально направленными. Тогда для за­зора б) магнитное сопротивление ^«^^/(рояРвАт.). В общем случае для нахождения К предварительно строится топография поля на соответствующем участке. Наиболее эффективно такое построение проводится путем моделирования магнитного поля подобным электрическим полем на электропроводной бумаге (для двумерного поля) или в электролитических ваннах (для трехмер­ного поля). Для нахождения К используются также численные решения на ЭВМ уравнений магнитостатики, а в отдельных слу­чаях—их аналитические решения. Распределение магнитного поля в пространстве вокруг ненасыщенных сердечников может, в частности, находиться решением уравнения Лапласа для ска­лярного магнитного потенциала У²^^ (Н==—^гаДум) с гранич­ными условиями на поверхности ненасыщенного сердечника <рм== =соп51, ((9ф»1/3т)=0, где т—касательное направление к поверх­ности (последнее условие означает, что магнитные линии нор­мальны к поверхности сердечника).

Машины с внешнезамкнутым потоком отличаются относитель­ной простотой конструкции ротора и высокой надежностью, не уступающей надежности короткозамкнутых асинхронных машин.

Недостатки машин связаны с наличием тяжелого стального наружного корпуса, являющегося магнитопроводом, значительны­ми потоками рассеяния, большим диаметром и соответственно объемом обмоток возбуждения, что приводит к повышенным по­терям на возбуждение. Ппи реализации высокооборотных конст-

рукций могут возникать трудности, связанные  с деформацией (отгибом) и прочностью осевых когтеобразных выступов из-за больших центробежных сил!

Генераторы с внешне'?амкнутым потоком благодаря высокой надежности представляют интерес для транспортных установок. В частности, наряду с другими типами генераторов их используют для электроснабжения железнодорожных вагонов. При мощностях порядка 10...12 кВ-А и частотах вращения 1000...2000 об/мин их удельная масса составляет 15...20 кг/(кВ-А). Так, в Физико-энер­гетическом институте АН Латвийской ССР был разработан гене­ратор для железнодорожных вагонов ГЭВ-1. Мощность генерато­ра 5=17,5 кВ-А, КПД ^==0,85, частота вращения п==900... 3400 об/мин, удельная масса от*==18,2 кг/(кВ-А). В нашей стра­не создавались также опытные серии бесконтактных синхронных двигателей СО мощностью 2,2... 5,5 кВт и СДБ мощностью 1,5... 40 кВт для нефтепромысловых установок. Параметры некоторых двигателей приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

(   Хотя бесконтактные синхронные двигатели с внешнезамкнутым . потоком уступают по удельной массе, стоимости и КПД асин­хронным двигателям, они позволяют улучшить режим энергосетей и повысить экономичность их работы, поскольку синхронные дви­гатели могут работать с со5(р==1 и даже генерировать реактив­ную мощность в сеть, чем обеспечивается существенное увеличе­ние соз (р сети в целом.

Массогабаритные показатели БСМ с внешнезамкнутым пото­ком существенно улучшаются с увеличением их частоты враще­ния. Для придания ротору необходимой механической прочности в высокооборотных конструкциях пространство между полюсными выступами заливается прочной немагнитной сталью или ротор выполняют из сварных биметаллических дисков, содержащих не­магнитные и магнитные участки. Последние сопрягаются последо­вательно между собой вдоль оси и образуют профили, соответст­вующие когтеобразным выступам. Общий вид генератора с рото­ром подобного типа показан на рис. 3.12. Биметаллические диски Д свариваются между собой по окружности на поверхности рото­ра. Такая конструкция ротора отличается простотой и высокой

прочностью, благодаря чему допустимые окружные скорости до­стигают 350 м/с при п» 12 000 ...24 000 об/мин. У машин со свар­ным ротором из биметаллических дисков при п=12000... 24000 об/мин и мощностях 200...400 кВ-А и более удельная мас­са снижается до лг*«2...3 кг/(кВ-А).                      __(

Возможно применение машин с внешнезамкнутым потоком в тех случаях, когда в полость ротора через подшипниковые узлы могут попадать химически активные пары или газы (например, при использовании для вра­щения генератора турбинно­го привода на химически активном рабочем теле и т. п.). Благодаря размеще­нию обмоток якоря и воз­буждения примерно на од­ном уровне они легко экра­нируются изнутри  тонко­стенным   цилиндрическим экраном от воздействия хи­мически активных веществ. Генераторы с внешнезамкну­тым потоком мощностью от