Пересчет обмоточных данных электродвигателей при ремонте

Пересчет обмоточных данных электродвигателей необходим, чтобы проверить, соответствуют ли обмоточные данные электродвигателя каталожным, не подвергался ли электродвигатель перемотке уже после его изготовления. Полученные обмоточные данные сравнивают с каталожными, а определенные расчетом электромагнитные нагрузки сопоставляют с табличными. Только в случае полного совпадения всех необходимых значений или при малых расхождениях между ними можно приступить к ремонту электродвигателя.

Резкое отклонение некоторых расчетных значений от табличных или каталожных указывает на допущенную ошибку при изготовлении электродвигателя на заводе, при его ремонте или при перемотке на новые параметры, т. е. на несоответствие паспорта электродвигателя его обмоточным данным.

Обязательного проверочного расчета требует, например, перевод электродвигателей на другие изоляционные материалы и обмоточный провод.

Электродвигатели старой серии, А при переходе со старой изоляции (электрокартон и лакоткань) и провода марки ПБД или ПЭЛБО на новый вид изоляции (пленко-электрокартон или пленка) и эмалевый провод после пересчета могут быть выполнены на большую мощность (при тех же габаритах). И наоборот, перевод электродвигателя серии 4А на устаревшие типы изоляционных и активных материалов повлечет за собой уменьшение мощности электродвигателя.

Кроме того, заказчик часто требует изменить паспортные данные электродвигателя для использования его в новых условиях, на другой рабочей машине или при другом значении номинального напряжения.

Связь между размерами, удельными электромагнитными нагрузками и мощностью электродвигателя вытекает из уравнения полной расчетной мощности S и выражается зависимостью.

где т — число фаз; / — сила тока якоря, фазы статора машины, А; Е — электродвижущая сила фазы электродвигателя, В.

Электродвижущая сила

где kf— коэффициент формы поля;/— частота тока статора (/= рп/60), Гц. Здесь п — частота вращения поля, мин^-1; р — число пар полюсов; w — число витков одной параллельной ветви фазы обмотки статора; к^ — обмоточный коэффициент (для синхронных и асинхронных электродвигателей к_о6 < 1); Ф — магнитный поток на полюс машины, Вб.

Магнитный поток.

где F_c — площадь поперечного сечения магнитного потока, м²; В — расчетное значение магнитной индукции в воздушном зазоре электродвигателя, Т.

Для электродвигателей имеем.

где а/ — коэффициент полюсного перекрытия; т — полюсное деление,! = nD/2p. Здесь.

D — внутренний диаметр статора (диаметр расточки статора), м; /^! — расчетная длина сердечника статора, м; ifg — фактическое значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Т.

Наиболее важными параметрами электродвигателя, которые следует тщательно рассчитывать и проверять, являются значения линейной нагрузки и магнитная индукция в воздушном зазоре электродвигателя.

Линейная нагрузка — эффективное значение силы тока, приходящееся на единицу длины расточки статора электродвигателя; определяется зависимостью.

Полученные выражения (15.1 — 15.5) показывают, что мощность электродвигателя при заданной частоте вращения пропорциональна размерам двигателя. Однако для геометрически подобных электродвигателей с учетом того, что.

где Д — плотность тока, А/м , — полная площадь поперечного сечения проводников.

обмотки, м²,

получаем новое значение F^= BAF_CF_M при одинаковых плотностях тока в обмотках и магнитных индукциях в сердечнике двигателя.

Повышение мощности электродвигателя при известных размерах сердечника и заданной частоте вращения может быть достигнуто за счет увеличения магнитной индукции. Однако это приводит к возрастанию потерь в стали, увеличению силы намагничивающего тока, повышению потерь в обмотках возбуждения от намагничивающего тока, снижению cos ср, КПД и изменению электрических свойств электродвигателя.

Увеличение же линейной нагрузки приводит к возрастанию нагрева обмоток, изменению электрических параметров обмоток и нарушению оптимального (с экономических позиций) соотношения между потерями в стали и в обмотке.

Таким образом, выбор удельных электромагнитных нагрузок — самая ответственная часть расчета электродвигателей при ремонте. Практикой электромашиностроения установлены оптимальные значения удельных электромагнитных нагрузок. Магнитная индукция в воздушном зазоре электродвигателя колеблется в пределах от 0,3 до 1,0 Т; в теле статора — от 1,0 до 1,5 Т, в зубцах статора — от 1,3 до 2,0 Т. Среднее значение линейной нагрузки для обмоток электродвигателей составляет (100…600)* 10² А/м. Чем больше размеры электродвигателя, выше частота его вращения, лучше охлаждение, тем большими принимают значения магнитной индукции и линейной нагрузки.

Линейная нагрузка тесно связана с плотностью тока. Крупные электродвигатели имеют плотность тока 2…3 А/мм², средние — 3…4 А/мм², малые — 6…7 А/мм². Выбор плотности тока определяется типом и размерами машины, ее напряжением, системой вентиляции и т. п.

При отсутствии паспорта, а иногда и самой обмотки электродвигателя расчетчик должен определить и сообщить потребителю оптимальную частоту вращения двигателя, при которой наиболее полно используется сталь сердечника и отсутствуют отрицательные явления (шум, прилипания и заедания на определенной частоте вращения и т. п.). В подавляющем большинстве случаев оптимальная частота вращения совпадает с паспортной. Оптимальную частоту вращения.

(число полюсов 2р) определяют следующим образом. Магнитный поток двигателя находят по формуле (15.4). С другой стороны, магнитный поток машины.

где В_а — магнитная индукция в теле статора, Т; И_а — высота тела статора, м; /'— расчетная длина сердечника статора, м; Г = I - 0,5п_кЬ_к. Здесь / — линейный размер двигателя; п_к — число вентиляционных каналов; Ь_к — ширина вентиляционных каналов, м; — коэффициент использования магнитного потока статора.

Приравнивая выражения (15.4) и (15.6), получаем.

Критерием возможности перемотки электродвигателя постоянного тока на заданную частоту вращения служит окружная скорость якоря v" (и коллектора v_K).

где /)" — внешний диаметр якоря, м.

Значение v_K вычисляют по той же формуле (15.8), подставив в нее соответствующее значение диаметра коллектора.

Допустимо иметь: v" < 17 м/с для электродвигателей с ременной передачей; v" < 45…50 м/с для остальных электродвигателей; v" < 60…90 м/с для турбогенераторов.

Возможность выполнения машины постоянного тока на заданное напряжение определяется значением среднего напряжения между двумя коллекторными пластинами

где U — заданное напряжение, В; к — число коллекторных пластин.

Число эффективных проводов в пазу.

где N_H и yV_CT — соответственно новое и старое число эффективных проводов в пазу; U_H и ?/_ст — новое и старое напряжения двигателя, В.

Площадь поперечного сечения провода и его диаметр

где <7_Н и q_CT — соответственно новое и старое сечение провода, мм²; d_HHd_CT — диаметры нового и старого проводов, мм.

Размеры и число катушек при пересчете остаются неизменными.

Пересчет электродвигателя на другую частоту вращения требует изменения числа витков в катушках, а также числа полюсов электродвигателя, что, в свою очередь, приводит к изменению магнитной индукции в теле статора. При этом значение индукции может оказаться недопустимо большим, и вследствие этого сталь машины перегреется.

При уменьшении частоты вращения индукция может оказаться очень малой, что приведет к недоиспользованию активной стали электродвигателя. Для сохранения магнитной индукции в теле статора в определенных пределах при пересчете обмотки на другую частоту вращения в формулу вводят поправочный коэффициент, равный 0,85…0,65.

Чем более значительна разница между старой и новой частотами вращения, тем меньшим принимают значение поправочного коэффициента.

При пересчете двигателя на повышенную частоту вращения новое число эффективных проводов N_H и их площадь поперечного сечения q_H определяют из следующих выражений:

где Лрр п_н — старая и новая синхронные частоты вращения двигателя; N_CT — старое (прежнее) число эффективных проводов.

Пренебрегая некоторым увеличением механических потерь электродвигателя за счет повышения его частоты вращения, можно определить новое значение активной мощности.

При уменьшении частоты вращения двигателя новое число эффективных проводов и площадь их поперечного сечения определяются из нижеследующих выражений.

Пренебрегая в данном случае уменьшением механических потерь, получим новое значение мощности.

При изменении частоты вращения машины изменяются размеры катушек и число катушечных групп.

Новые шаг обмотки и число пазов на полюс и фазу определяют по следующим формулам:

гдеу_юу_ст — соответственно новый и старый шаги обмотки; г_н, г_ст — соответственно старое и новое число пазов на полюс и фазу.