ПРОЕКТНО-ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕООБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ С ВОЗБУЖДЕНИТЕМ ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Данная методика, представленная в виде формуляра, составлена на основании теории электрических машин, а также с использованием накопленного опыта работы за период 1980-2015 гг. кафедры электромеханики и технологии электротехнических производств.
Исходные данные
Номинальная частота вращения, об/мин……………………………….... 
Номинальный момент, Нм…………………………………………… 
Номинальное фазное напряжение, В………. 
Число фаз ………………………………………………………….. 
Постоянные магниты: остаточная индукция, Тл 
Постоянные магниты: коэрцитивная сила (по индукции), А/м 
ЭДС машины выбирается:
- для генератора на 2-10% выше номинального напряжения;
- для двигателя соответственно на столько же меньше номинального напряжения,
или задается ее значение из условий регулирования частоты вращения
Главные размеры
Число пар полюсов - р 
Наружный диаметр статора, м 
Толщина магнита, м 
Длина пакета статора, м
,
где для двигателей с 2 
=4, 6 имеем 
[1].
Диаметр расточки статора [2], м определяем исходя из машинной постоянной:
.
Расчетный коэффициент полюсной дуги 
.
Коэффициент формы поля (предварительно) 
=1,2.
Обмоточный коэффициент (предварительно) 
=0,95.
Допускаемая линейная нагрузка (при числе полюсов 4 и 6) А, А/м
Таблица 1
| ||||
А, А/м 
|
Длина пакета ротора, м 
Расчетная длина, м 
Магнитная индукция в воздушном зазоре на холостом ходу, Тл
.
Размер воздушного зазора, м 
Коэффициент изменения магнитного потока при нагрузке 
=1,1
Магнитная индукция в воздушном зазоре при нагрузке (предварительно), Тл
Полюсное деление, м
.
Наружный диаметр ротора по магнитам, м 
Полюсное деление по магниту м
Расчетная полюсная дуга, м
.
Ширина магнита, м 
.
Площадь магнита на полюсном делении, 
Магнитное поле и магнитная цепь
О тносительная проницаемость материала магнита
.
Коэффициент рассеяния магнита 
МДС магнита, А
Коэффициент насыщения магнитной цепи
где
- магнитная индукция, длина и магнитная проницаемость участка с номером 
магнитной цепи,
- коэффициент воздушного зазора.
Предварительно принимаем
.
Магнитная индукция в воздушном зазоре на холостом ходу, Тл
.
Магнитная индукция в воздушном зазоре при нагрузке, Тл
Магнитный поток в воздушном зазоре на полюсном делении в режиме холостого хода, Вб
Коэффициент изменения магнитного потока при нагрузке =1,1
Магнитный поток в воздушном зазоре на полюсном делении при номинальной нагрузке
(предварительно), Вб.
Число пазов на полюс и фазу 
Общее число пазов статора
Пазовое деление статора, м
.
Магнитный поток на зубцовом делении, Вб
.
Коэффициент заполнения пакета сталью 
= 0.95.
Высота ярма статора, м
,
где 
=(1,4 – 1,6) Тл - допускаемая индукция в ярме статора.
Минимальная ширина зубца статора, м
,
где 
=(1,7 – 1,9) Тл - допускаемая индукция в зубце статора.
Высота паза статора, м
.
Магнитная индукция в зубце статора, Тл
.
Магнитная индукция в ярме статора, Тл
Магнитная индукция в ярме ротора, Тл
.
Расчет обмотки статора
Выбираем 2-х слойную петлевую обмотку. Шаг обмотки и обмоточные коэффициенты:
;
; (
).
(при отсутствии скоса пазов).
При наличии скоса:
где 
, м – величина скоса пазов статора;
Циклическая частота, Гц
.
Число витков обмотки статора
,
где
- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;
- коэффициент формы поля возбуждения, предварительно
принимаем 
;
Число катушек обмотки статора 
Число параллельных ветвей обмотки статора 
Число витков в катушке
,
Поперечные размеры паза (рис.1), м:
а) б)
Рис.1. Геометрия пазов статора
Свободная площадь паза статора, 
,
Число эффективных проводников в пазу
Коэффициент заполнения паза 
Площадь сечения изолированного провода,
.
Число элементарных проводников 
Сечение одного элементарного проводника,
.
Диаметр изолированного проводника, мм
.
Принимаем стандартный провод марки ПЭТВ F с диаметром голого провода, мм 
Сечение голого провода, 
Диаметр изолированного проводника, мм 
Коэффициент заполнения паза
Площадь сечения эффективного провода,
Ток и электромагнитный момент
Допускаемая линейная нагрузка (при числе полюсов 4 и 6) А, А/м
Таблица 2
|
| ||||
| А, А/м
|
Допускаемое произведение линейной нагрузки на плотность тока при числе полюсов 4 и 6 (
), 
Таблица 3
|
| ||||
 
|
Допускаемая плотность тока, 
|
| ||||
| 9,1 | 8,2 | 7,7 | 7,1 |
Номинальный фазный ток, А
Амплитуда МДС якоря, А
Продольная составляющая МДС якоря, А
,
где
,
- угол установки датчика положения ротора,
- фазовый сдвиг первых гармоник тока и напряжения, обычно равный нулю.
Продольный ток статора, А
.
Поперечный ток статора, А
.
Продольное потокосцепление обмотки статора, Вб
.
Поперечное потокосцепление обмотки статора, Вб
.
Средняя длина витка обмотки статора, м
Длина лобовой части, м
,
где
, если 
и 
при 
;
.
Общая длина проводников фазы, м
Омическое сопротивление фазы обмотки статора, Ом
Электромагнитный момент двигателя, Нм
,
где
- магнитные потери в ярме и зубцах статора, Вт,
- угловая скорость вращения ротора, рад/с.
Электромагнитный момент двигателя в стопорном режиме, Нм
.
Номинальная первичная мощность двигателя, Вт
Потери и КПД
Электрические потери в обмотке статора, Вт
Потери в стали ярма статора, Вт
,
где
,
Например, 
Вт/кг для стали марки 2013,
вес ярма статора, кг
,
кг/м3,
.
Потери в стали зубцов статора, Вт
где
,
вес стали зубцов статора, кг
.
Суммарные потери в стали, Вт
.
Механические потери, Вт
Общие потери при номинальной нагрузке, Вт
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гурин Я.С. Проектирование серий электрических машин. – М.: Энергия, 1978. – 480 с.
2. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков Б.К. и др.; Под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергия, 1980. – 496 с.
3. Отчеты по НИР Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова за период 1978-2008 гг.
[i] Составитель д.т.н. проф. В.А. Нестерин