Синхронный генератор
Расчет параметров синхронного генератора. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал. Обмотка статора и демпферная обмотка. Расчет магнитной цепи. Активное и индуктивное сопротивление обмотки для установившегося режима. Потери и КПД.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.07.2014 |
| Размер файла | 336,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
синхронный генератор статор обмотка
Введение
1. Исходные данные
2. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал.
2.1 Конфигурация
2.2 Главные размеры
2.3 Сердечник статора
2.4 Сердечник ротора
2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
3. Обмотка статора
4. Демпферная (пусковая) обмотка
5. Расчет магнитной цепи
5.1 Воздушный зазор
5.2 Зубцы статора
5.3 Спинка ст
5.4 Зубцы полюсного наконечника
5.5 Полюсы
5.6 Спинка ротора
5.7 Воздушный зазор в стыке полюса
5.8 Общие параметры магнитной цепи
6. Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима
7. Расчет магнитной цепи при нагрузке
8. Обмотка возбуждения
9. Параметры обмоток и постоянные времени. Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме
9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме
9.2 Сопротивление обмотки возбуждения
9.3 Сопротивления пусковой обмотки
9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора
9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности
9.6 Постоянные времени обмоток
10. Потери и КПД
11. Характеристики машин
11.1 Отношение короткого замыкания
11.2 Угловые характеристики
12. Тепловой расчет синхронной машины
12.1 Обмотка статор
12.2 Обмотка возбуждения
12.3 Вентиляционный расчет
13. Масса и динамический момент инерции
13.1 Масса
13.2 Динамический момент инерции ротора
Литература
ВВЕДЕНИЕ
На современных электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Первичными двигателями для них являются паровые турбины или гидротурбины. Большинство турбогенераторов быстроходные, т.е. имеют максимальное число оборотов 3000. Генераторы небольших мощностей, соединенные с дизелями и другими поршневыми машинами, изготавливают на 750-1500 об/мин. Большие скорости вращения ротора отражаются на его конструкции - это цилиндрическая цельнокованая поковка из специальной легированной стали. Вдоль поверхности ротора фрезеруют радиальные пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Пазы закрываются клиньями, а в лобовой части обмотка укрепляется бандажными кольцами.
Для АЭС ввиду низких параметров пара целесообразно применять четырехполюсные генераторы с частотой вращения 1500 об/мин. Гидрогенераторы большой и средней мощности выполняются с вертикальным валом, в верхней части которого располагается генератор, а в нижней - гидротурбина. Мощность гидротурбины и ее скорость определяются величиной напора и расхода воды. Гидрогенераторы при больших мощностях изготавливаются на 60-125 об/мин, т.е. они являются тихоходными машинами. Находят применение капсульные гидрогенераторы с горизонтальным валом, заключенные в водонепроницаемую оболочку, которая обтекается потоком воды, приводящим в движение колесо гидротурбины.
В нашей стране синхронные генераторы с постоянными магнитами нашли применение в ветроэнергетике, в авиации, но при этом практически не используются в различных системах автономного электроснабжения. Не ведутся работы по проектированию и изготовлению синхронных генераторов с постоянными магнитами на мощности более 2 кВт. Исключением является лишь электроагрегат ОАО «Новая Эра», который, правда, может быть использован только в исключительных случаях. В мощных синхронных генераторах зарубежные фирмы используют генераторы с постоянными магнитами в основном как подвозбудитель для питания регулятора напряжения. Такая схема обеспечивает лучшие характеристики при пуске мощных асинхронных двигателей и быстрое восстановление напряжения, позволяет добиться 300-процентной стойкости к коротким замыканиям. Отметим, что в рекламных проспектах зарубежные фирмы часто необоснованно называют подобные системы синхронными генераторами с постоянными магнитами. На самом деле у таких генераторов система возбуждения электромагнитная, а синхронный генератор с постоянными магнитами используется лишь как подвозбудитель.
Считается перспективным направлением разработка электрогенераторных агрегатов с синхронным генератором с постоянными магнитами и с выходным электронным блоком, как имеющих лучшие массогабаритные характеристики, более высокий КПД, динамические характеристики, позволяющие приводному агрегату работать при различных частотах вращения.
Опыт разработок синхронных генераторов с постоянными магнитами (СГПМ) показал, что наибольший эффект достигается у генераторов с большими частотами вращения. Поэтому не случайно они находят применение в авиации с приводом от авиационных двигателей.
В ряде случаев конструкторы отказываются от изготовления генератора в виде самостоятельного агрегата и поэлементно размещают его внутри первичной силовой установки, например в турбине, с применением внутриканального охлаждения. Такая схема была разработана, например, в ОАО «Новая Эра». При этом вес собственно генератора при частоте вращения 72000 об/мин и мощности 100 кВт составил всего 15 кг. Такие высокие показатели были достигнуты при использовании мощного водяного охлаждения. Для стабилизации напряжения и частоты на выходе генератора подключается специальный электронный блок.
В данной работе представлен расчет параметров синхронного генератора, который выполнен в защитном исполнении IP23, самовентиляцией IC01. Он рассчитан на продолжительный режим работы. Ток возбуждения регулируют изменением угла зажигания тиристоров преобразователя возбудительного устройства.
Обмотка возбуждения синхронного генератора получает выпрямленный ток через тиристорный и диодный преобразователи, соединенные параллельно на стороне выпрямленного тока. Тиристорный преобразователь питается от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора синхронного генератора, и в номинальном режиме несет на себе около 30 % нагрузки возбуждения.
1. ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
|
№ |
Наименование заданных параметров и их условные обозначения |
Синхронный генератор |
|
|
1 |
Номинальный режим работы |
Продолжительный |
|
|
2 |
Номинальная мощность Р2, кВт |
75 |
|
|
3 |
Номинальное напряжение (линейное) Uл.н, В |
400 |
|
|
4 |
Номинальная частота вращения n, об/мин |
1000 |
|
|
5 |
Частота f, Гц |
50 |
|
|
6 |
Коэффициент мощности cos? |
0,8 |
|
|
7 |
Способ соединения фаз статора |
звезда |
|
|
8 |
Способ возбуждения |
От специальной обмотки вложенной в пазы статора |
|
|
9 |
Степень защиты от внешних воздействий |
IP 23 |
|
|
10 |
Способ охлаждения |
IC01 |
|
|
11 |
Исполнение по способу монтажа |
IM001 |
|
|
12 |
Климатические условия и категория размещения |
У2 |
|
|
13 |
Форма выступающего конца вала |
Цилиндрическая |
|
|
14 |
Способ соединения с приводным механизмом |
Упругая муфта |
2. МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ МАШИНЫ. РАЗМЕРЫ, КОНФИГУРАЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ
2.1 Конфигурация
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
2.1.1 Количество пар полюсов (9.1)
р=60f/n1=60•50/1000=6.
2.1.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (рисунок 11.1)
ху*=0,12 о.е.
2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки (11.1)
кн=
2.1.4 Предварительное значение КПД (рисунок 11.2)
з'=0,95о.е.
2.2 Главные размеры
2.2.1 Расчетная мощность (1.11)
Р'=кнР2/( з cosц)=1,08•75/0,8=101,25 кВА
2.2.2 Высота оси вращения (таблица 11.1)
h=450 мм
2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности (таблица 9.2)
h1=9 мм.
2.2.4 Наружный диаметр корпуса (1.27)
Dкорп=2•(h-h1)=2•(450-9)=882 мм.
2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (таблица 9.2)
Dн1==882-2*16=850 мм.
2.2.6 Выбираемый диаметр сердечника статора (§ 11.3)
Dн1=740 мм.
2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора (§ 11.3)
D1=43+0,72• Dн1?43+0,72*850=655 мм.
2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора (рис. 11.3)
А'1=51,5 А/мм.
2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок 11.4)
В'б=0,83 Тл.
2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11.3)
В'б0=В'б/кн=0,83/1,08=0,77 Тл.
2.2.11 Полюсное деление статора (1.5)
мм.
2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси (рис. 11.5)
хd*=2,2 о.е.
2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11.4)
Хad=хd* - ху*=2,2-0,12=2,08 о.е.
2.2.14 Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса (§ 11.3)
к'=1,05.
2.2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора (11.2)
мм.
2.2.16 Форма зазора эксцентричная по рисунку 11.8
2.2.17 Отношение максимальной величины зазора к минимальной (§ 11.3)
/б'=1,5.
2.2.18 Расчетный воздушный зазор (11.13)
б=0,75* б'+0,25* б''=0,75*0,38+0,25*0,567=0,43 мм.
2.2.19 Коэффициент полюсной дуги действительный (§ 11.3)
б=0,73-3,33?10-5•Dн1=0,73-3,33•10-5•850=0,7.
2.2.20 Коэффициент полюсной дуги расчетный (рисунок 11.9)
б'=0,66.
2.3 Сердечник статора
Марка стали 2411, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм.
2.3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 9.3)
кс=0,95.
2.3.2 Коэффициент формы поля возбуждения (рисунок 11.9)
кв=1,05.
2.3.3 Обмоточный коэффициент (§ 9.3)
коб1=0,92
2.3.4 Расчетная длина сердечника статора (1.31)
мм.
2.3.5 Конструктивная длина сердечника статора (1.33)
?1 = ?1+nк1 •?к1=400+6•10=460 мм.
2.3.6 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора (9.2)
л=?1/D1=400/655=0,61.
2.3.7 Проверка по условию л< лmax (рисунок 11.10)
лmax=084.
2.3.8 Количество пазов на полюс и фазу (§ 11.3)
q1=4 .
2.3.9 Количество пазов сердечника статора (9.3)
z1=2рm1q1=2•3•3•4=72.
2.3.10 Проверка правильности выбора значения z1 (11.15)
z1/gm1=72/(2•3)=12- целое число.
2.4 Сердечник ротора
Марка стали Ст 3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляционного покрытия и насаживаются непосредственно на вал, кс=0,98.
2.4.1 Длина сердечника ротора (11.20)
?2=?1+(10ч20)=460+15=475 мм.
2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
Марка стали Ст 3, толщина листов 1 мм, листы без изоляционного покрытия и насаживаются непосредственно на вал кс=0,98.
2.5.1 Длина шихтованного сердечника полюса (11.19)
?п=?1+(10ч15)=460+15=475 мм.
2.5.2 Магнитная индукция в основании сердечника полюса (§ 11.3)
В'п=0,83 Тл.
2.5.3 Предварительное значение магнитного потока (9.14)
Ф'=В'бD1?'110-6/р=0,83•655•400•10-6/6=0,072 Вб.
2.5.4 Ширина дуги полюсного наконечника (11.25)
bн.п=бф=0,7•342,3=240 мм.
2.5.5 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре (11.26)
= =324,7мм.
2.5.6 Высота полюсного наконечника (§ 11.3)
h'н.п=10 мм.
2.5.7 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентричным зазором (11.29)
hн.п=h'н.п+Rн.п - мм.
2.5.8 Поправочный коэффициент (11.24)
ку=1,25•hн.п+25=1,25•32+25=64.
2.5.9 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11.22)
у'=1+ку35б/ф2=1+64•35•0,43/342,32=1.
2.5.10 Ширина сердечника статора (11.21)
bп=у'Ф'•106/(кс?пВ'п)=1•0,0725•106/(0,95•475•1,5)=107 мм.
2.5.11 Высота выступа у основания сердечника (11.32)
h'п=10,5б'+0,18D1=10,5•0,38+0,18•655=122 мм.
2.5.12 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора (11.33)
D'2=dв=кв мм.
2.5.13 Высота спинки ротора (11.34)
hс2=0,5D1-б-h'п-0,5D'2=0,5•655-0,43-122-32-0,5•194=76 мм.
2.5.14 Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу (11.35)
h'с2=hс2+0,5D'2=76+0,5•194=173 мм.
2.5.15 Магнитная индукция в спинке ротора (11.36)
Вс2= Тл.
Рисунок2.1 - Эскиз ротора
3. ОБМОТКА СТАТОРА
3.1 Принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из провода марки ПЭТП-155, укладываемую в прямоугольные открытые пазы
3.2 Коэффициент распределения (9.9)
кр1=;
3.3 Укорочение шага (§ 9.3)
в'1=0,8.
3.4 Шаг обмотки (9.11)
уп1=в1z1/(2p)=0,8•72/(6)=9,6
Принимаем уп1=10.
3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам (11.37)
в1=2руп1/z1=6*10/72=0,89.
3.6 Коэффициент укорочения (9.12)
ку1=sin(в1•90?)=sin(0,833•90)=0,97.
3.7 Обмоточный коэффициент (9.13)
коб1=кр1•ку1=0,96•0,97=0,93.
3.8 Предварительное количество витков в обмотке фазы (9.15)
w'1=.
3.9 Количество параллельных ветвей обмотки статора (§ 9.3)
а1=1.
3.10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу (9.16)
N'п1=;
Принимаем Nп1=14.
3.11 Уточненное количество витков (9.17)
.
3.12 Количество эффективных проводников в пазу (§ 11.4)
Nд=1.
3.13 Количество параллельных ветвей фазы дополнительной обмотки
ад=2.
3.14 Количество витков дополнительной обмотки статора (11.38)
.
3.15 Уточненное значение магнитного потока (9.18)
Ф=Ф'(w'1/w1)=0,0725(167/168)=0,072 Вб.
3.16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре (9.19)
Вб=В'б(w'1/w1)=0,83•(167/168)=0,825 Тл.
3.17 Предварительное значение номинального фазного тока (9.20)
А.
3.18 Уточненная линейная нагрузка статора
А
3.19 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора (9.13)
Вс1=1,4 Тл.
3.20 Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами (9.16)
В'з1max=1,7 Тл.
3.20 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора (9.22)
t1=рD1/z1=3,14•655/72=28,6 мм.
3.21 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте (9.47)
b'з1min= мм.
3.22 Предварительная ширина полуоткрытого паза в штампе (9.48)
b'п1=t1min-b'з1min=27,5-14=13,5 мм.
3.23 Высота спинки статора (9.24)
hc1= мм.
3.24 Высота паза (9.25)
hn1=(Dн1-D1)/2-hc1=(850-655)/2-58,8=38,7 мм.
3.25 Изоляция обмотки статора (приложение 30)
hи=14,2 мм.
3.26 Двусторонняя толщина корпусной изоляции (§ 9.4)
2bи=4,3 мм.
3.27 Высота шлица (§ 9.4)
hш=1 мм.
3.28 Высота клина (§ 9.4)
hк=3,5 мм.
3.29 Предварительная ширина паза в штампе (9.48)
b'п1=t1min-b'з1min=27,5-14=13,5 мм.
3.30 Припуск на сборку сердечника по ширине (§ 9.4)
bc=0,35 мм.
3.31 Припуск на сборку сердечника по высоте (§ 9.4)
hc=0,35 мм.
3.32 Количество эффективных проводников по ширине паза (§ 9.4)
Nш=1.
3.33 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (9.50)
b'эф=(b'n1-2bи1-bc)/Nш=(13,5-4,3-0,35)/1=8,85 мм.
3.34 Количество эффективных проводников по высоте паза (9.52)
Nв=Nп1/Nш=14/1=14.
3.35 Допустимая высота эффективного проводника (11.49)
h'эф=(с0hn1-hи-hk-hш-hс)/Nв=(0,9•38,7-14,2-3,5-1-0,35)/14=1,13 мм.
3.36 Площадь эффективного проводника (9.53)
S'эф=h'эф•b'эф=1.13•8.85=10 мм2.
3.37 Количество элементарных проводов в эффективном (§ 9.4)
с=2.
3.38 Меньший размер неизолированного элементарного провода (9.54)
а'=(h'эф/са)-Ди=1.13/1-0,15=0.98 мм;
где Ди=0,15 мм - двухсторонняя толщина изоляции провода (приложение 3).
3.39 Больший размер неизолированного элементарного провода (9.55)
b'=(b'эф/сb)-Ди=8.85/1-0,15=8.7 мм.
3.40 Размеры провода (приложение 2)
а х b=1 х 8.5;
S=7.8 мм2.
3.41 Размер по ширине паза в штампе (9.57)
bn1=Nшсb(b+Ди)+2bи+bс=1•1•(8,5+0,15)+4,3+0,35=13,3 мм.
3.42 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части (9.85)
bз1min=t1min-bn1=27,5-13,3=14,2 мм.
3.43 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора (9.59)
Вз1max=t1Bб/(bз1minkc)=28,6•0,825/(14,2•0,95)=1,75 Тл.
3.44 Размер основной обмотки статора (11.50)
hп.о=Nв.осо.в(а+Ди.а)+hи.о=30*1*(1+0,15)+14,2=48,7 мм.
3.45 Изоляция обмотки статора (приложение 28)
hи.д=1,8 мм.
3.46 Размер дополнительной обмотки статора (11.51)
hп.д=Nв.дсд.в(а+Ди.а)+hи.д=1•2•(1+0,15)+1,8=4,1 мм.
3.47 Уточненная высота паза статора в штампе (11.52)
hп1=hп.о+hп.д+hк+hш+hс=48,7+4,1+3,5+1+0,35=57,65 мм.
3.48 Среднее зубцовое деление статора (9.40)
tср1=р(D1+hп1)/z1=3,14(655+58)/72=31.
3.49 Средняя ширина катушки обмотки статора (9.41)
bср1=tср1•уп1=31•10=310 мм.
3.50 Средняя длина одной лобовой части обмотки (9.60)
?л1=1,3bср1+hп1+50=1,3•310+58+50=511 мм.
3.51 Средняя длина витка обмотки (9.43)
?ср1=2(?1+?л1)=2(460+511)=1942 мм.
3.52 Длина вылета лобовой части обмотки (9.63)
?в1=0,4bср1+hп1/2+25=0,4•310+58/2+25=178 мм.
3.53 Плотность тока в обмотке статора (9.39)
J1=I1/(S•c•a1)=113,7/(2•7,8•1)=3,64 А/мм2.
3.54 Определяем значение А1J1 (§11.4)
А1J1=557,1•3,64=2028 А2/см•мм2.
3.55 Допустимое значение А1J1 (рисунок 11.12)
А1J1=2300>2028 А2/см•мм2.
4. ДЕМПФЕРНАЯ (ПУСКОВАЯ) ОБМОТКА
4.1 Суммарная площадь поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (11.53)
S2У=0,015фА1/J1=0,015•342,8•557,1/3,64=787 мм2.
4.2 Зубцовое деление полюсного наконечника ротора (§ 11.5)
t'2=28,6 мм.
4.3 Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (11.54)
N'2=1+(bн.п-20)/t'2=1+(240-20)/28,6=9,7?10 шт.
4.4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (11.55)
d'с=1,13 мм.
4.5 Диаметр и сечение стержня (§ (11.5)
dс=11 мм; S=95 мм2.
4.6 Определяем отношение ( § 11.5)
h'н.п >2d.
32 мм > 2*11=22 мм.
4.7 Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника
bз2min=12 мм.
4.8 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (11.56)
t2=(bн.п - dc - 2bз2min)/(N2-1)=(240-11-2•12)/(10-1)=25,6 мм.
4.9 Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (11.57)
dп2=dс+(0,1ч0,15)=11+0,1=11,01 мм.
4.10 Размеры шлица паза демпферной обмотки (§ 11.5)
bш2 х hш2=3 х 3 мм.
4.11 Предварительная длина стержня демпферной обмотки (11.58)
?'ст=?1+0,2ф=460+0,2•342,8=528,6 мм.
4.12 Площадь поперечного сечения (11.59)
S'с=0,5S2У=0,5•787=393,5 мм2.
4.13 Высота короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)
h'с=2•dс=2•11=11 мм.
4.14 Ширина короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)
?'с=0,7•dс=0,7*10=7,7 мм.
4.15 Определяем размеры и сечение короткозамыкающих сегментов (приложение 2)
hc х ?с=35 х 10 мм;
Sс=348,1мм2.
Рисунок 4.1 - Эскиз демпферной обмотки
5. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
5.1 Воздушный зазор
5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (11.60)
Sб=б'ф(?'1+2б)=0,66•342,8(401,6+2•0,43)=91056 мм2.
5.1.2 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (11.61)
Вб=Ф•106/Sб=0,072•106/91056=0,79 Тл.
5.1.3 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения статора (9.116)
кб1=1+.
5.1.4 Общий коэффициент воздушного зазора (9.120)
кб=кб1=1,67.
5.1.5 МДС для воздушного зазора (9.121)
Fб=0,8кбВб•103=0,8•0,43•1,67•0,825•103=473,9 А.
5.2 Зубцы статора
5.2.1 Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца (9.122)
t1(1/3)=р(D1+(2/3)hп1)/z1=3,14(655+(2/3)•57,7)/72=30,2 мм.
5.2.2 Ширина зубца (9.126)
bз1(1/3)=t1(1/3)-bп1=30,2-13,3=16,9 мм.
5.2.3 Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11.64)
Sз1(1/3)= мм2.
5.2.4 Магнитная индукция в зубце статора (11.65)
Вз1(1/3)=Ф•106/Sз1(1/3)=0,072•106/51000=1,41 Тл.
5.2.5 Напряженность магнитного поля (приложение 9)
Нз1=4,32А/см.
5.2.6 Средняя длина пути магнитного потока (9.124)
Lз1=hп1=57,7 мм.
5.2.7 МДС для зубцов (9.125)
Fз1=0,1Нз1Lз1=0,1•4,32•57,7=25 А.
5.3 Спинка статора
5.3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (11.66)
Sc1=hc1?c1kc=58,8•402•0,95=22456 мм2.
5.3.2 Расчетная магнитная индукция (11.67)
Вс1=Ф•106/2(Sc1)=0,072•106/(2•22456)=1,6 Тл.
5.3.3 Напряженность магнитного поля (приложение (12)
Нс1=15,6 А/см.
5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока (9.166)
Lс1=р(Dн1-hс1)/4р=3,14(850-58,8)/(4•3)=207 мм.
5.3.5 МДС для спинки статора (11.68)
Fс1=0,1•Нс1Lс1=0,1•15,6•207 =32,3 А.
5.4 Зубцы полюсного наконечника
5.4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (11.69)
Вз2= Тл.
5.4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (приложение 21)
Нз2=18,7 А/см.
5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (11.70)
Lз2=hш2+dп2=3+11,01=14 мм.
5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника (11.71)
Fз2=0,1Hз2Lз2=0,1•18,7•14=26,2 А.
5.5 Полюсы
5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника (11.72)
b''п=0,5•(b'н.п - bп)=0,5•(240-107)=66,5 мм.
5.5.2 Высота широких полюсных наконечников (11.83)
hн=(2hн.п+h'н.п)/3=(2•32+10)/3=24,7 мм.
5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11.84)
ан.п=[р(D1-2б''-h'н.п)/2р]-b'н.п=[3,14•(655-2•0,57-10)/(2•3)] - 240=97 мм.
5.5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния (11.85)
лн.п=
.
5.5.5 Длина пути магнитного потока (11.87)
Lп=h'п+0,5hн.п - Lз2=122+0,5•32 - 14=124 мм.
5.5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11.88)
лп.с=.
5.5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11.89)
лп.в=37bп/?п=37•107/3475=8,3.
5.5.8 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11.90)
лп=лн.п+лп.с+лп.в=50,7+48,6+8,3=107,6.
5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора (11.91)
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=473,9 +25+323=822 А.
5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов (11.92)
Фу=4лп?н.пFбзс•10-11=4•107,6•475•822•10-11=Вб.
5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока (11.93)
у=1+Фу/Ф=1+0,00168/0,072=1,023.
5.5.12 Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11.94)
Sп=кс?пbп=0,95•475•107=48300 мм2.
5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса (11.95)
Фп=Ф+Фу=0,072+0,00168=0,0737 Вб.
5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса (11.96)
Вп=Фп/(Sп•10-6)=0,0737/(48300•10-6)=1,53 Вб.
5.5.15 Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (приложение 21)
Нп=32,1 А/см.
5.5.16 МДС для полюса (11.104)
Fп=0,1•Lп•Нп=0,1•124•32,1=40 А.
5.6 Спинка ротора
5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11.105)
Sс2=?2h'с2кс=475•173•0,98=80532 мм2.
5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора (11.106)
Вc2=уФ•106/(2Sс2)=1,023•0,072•106/(2•80532)=0,46 Тл.
5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора (приложение 21)
Нc2=3,68 А/см.
5.6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11.107)
Lс2=[р(D2+2hc2)/(4p)]+0,5h'с2=[3,14•(194+2•76)/(4•3)]+0,5•173=177 мм.
5.6.5 МДС для спинки ротора (9.170)
Fc2=0,1•Lc2•Hc2=0.1•177•3,68=30 А.
5.7 Воздушный зазор в стыке полюса
5.7.1 Зазор в стыке (11.108)
бп2=2?п•10-4+0,1=2•475•10-4+0,1=0,195 мм.
5.7.2 МДС для зазора в стыке между сердечником полюса и полюсным наконечником (11.109)
Fп2=0,8бп2Вп•103=0,8•0,195•1,53•103=239 А.
5.7.3 Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11.170)
Fпс=Fп+Fс2+Fп2+Fз2=40+30+239+26=335 А.
5.8 Общие параметры магнитной цепи
5.8.1 Суммарная МДС магнитной цепи (11.111)
FУ(1)=Fбзс+Fпс=531 +335=866 А.
5.8.2 Коэффициент насыщения (11.112)
кнас=FУ/(Fб+Fп2)= 866 /(474 +239)=1,21.
Рисунок 5.1-Частичная характеристика намагничивания
Рисунок 5.2 -Характеристика холостого хода
6. АКТИВНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОБМОТКИ СТАТОРА ДЛЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА
6.1 Активное сопротивление обмотки фазы (9.178)
r1= Ом.
6.2 Активное сопротивление в относительных единицах (9.179)
r1*=r1I1/U1=0,367•113,7•/400=0,018 о.е.
6.3 Проверка правильности определения r1* (9.180)
r1*= о.е.
6.4 Активное сопротивление демпферной обмотки (9.178)
rд= Ом.
6.5 Размеры паза
bп1=13,3 мм; hш1=1 мм; hк1=3,5 мм; h2=2,55 мм; hп1=58 мм; h3=5 мм;
h1=14мм.
6.6 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага (9.181, 9.182)
кв1=0,4ч0,6в1=0,4+0,6•0,833=0,9;
к'в1=0,2ч0,8в1=0,2+0,8•0,833=0,87.
6.7 Коэффициент проводимости рассеяния (9.187)
лп1=
.
6.8 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния (11.118)
лд1=.
6.9 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки (9.191)
лл1=0,34.
6.10 Коэффициент зубцовой зоны статора (11.120)
квб=.
6.11 Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную проницаемость рассеяния между коронками зубцов (§ 11.7)
кк=0,16.
6.12 Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов (11.119)
лк=0,04+кк+0,07.
6.13 Суммарный коэфициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора (11.121)
л1=лп1+лл1+лд1+лк=0,756+2,13+1,6+0,31=4,8.
6.14 Индуктивное сопротивление обмотки статора (9.193)
ху=1,58f1?1w21л1/(pq1•108)=1.58•50•460•1682•4,8/(3•4•108)=0,41 Ом.
6.15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9.194)
ху*=х1I1/U1=0,41•113,7•/400=0,116 о.е.
6.16 Проверка правильности определения х1*(9.195)
ху*= о.е.
7 Расчет магнитной цепи при нагрузке
7.1 Амплитуда МДС обмотки статора (11.125)
Fa=0,45m1w1коб1I1кфа/р=0,45•3•168•0,93•113,7•1/3=3198 А.
7.2 Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах (11.127)
Fа*= о.е.
7.3 Поперечная составляющая МДС реакции якоря, с учетом насыщения, отнесенная к обмотке возбуждения (11.128)
Faq/cosш=хqkaqFa*=0,64•0,35•3,7=0,83 о.е.
7.4 ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС
Eaq/cosш=1 о.е.
7.5 Направление вектора ЭДС Ебd, определяемое построением вектора Еaq/cosш
ш=65?;
cosш=0,42;
sinш=0,91.
7.6 Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля (11.130)
F'ad=xdkadFa*sinш+kqdFa*cosшф/д=
=0,95•0,87•3,7•0,91+0,0032•3,7•0,42•343/0,43=6,75 о.е.
7.7 Продольная составляющая ЭДС
Eбd=Фбd=0,96 о.е.
7.8 МДС по продольной оси
Fбd=0,65 о.е.
7.9 Результирующая МДС по продольной оси (11.131)
Fба*=Fбd*+F'ad*=0,65+6,75=7,4 о.е.
7.10 Магнитный поток рассеяния
Фу=0,083о.е.
7.11 Результирующий магнитный поток (11.132)
Фп*=Фбd*+Фу*=0,96+0,083=1,04 о.е.
7.12 МДС, необходимая для создания магнитного потока
Fп.с=0,52 о.е.
7.13 МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.133)
Fп.и*=Fбф*+Fпс*=7,4+0,52=7,92 о.е.
7.14 МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.134)
Fп.н=Fпн*FУ(1)=7,92•866=6858,7А.
8. ОБМОТКА ВОЗБУЖДЕНИЯ
8.1 Напряжение дополнительной обмотки (1.135)
Ud=U1wd/w1=400•6/168=14,3 В.
8.2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения (11.136)
?'ср.п=2,5(?п+bп)=2,5•(475+107)=1455 мм.
8.3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения (11.173)
S'= мм2.
8.4 Предварительное количество витков одной полюсной катушки (11.138)
w'п= .
8.5 Расстояние между катушками смежных полюсов (11.139)
ак= мм.
Принимаем неизолированную шинную медь. Обмотка выполнена по ширине катушки из неизолированной меди, намотанной на узкую сторону (на ребро).
8.6 Предврительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро по ширине (11.145)
b'==
мм.
8.7 Предврительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро по толщине (11.145)
а= мм.
8.8 По приложению 2 выбираем размеры провода
а х b=3,28 х 35 мм2;
S=112,5 мм2.
8.9 Минимальный допустимый радиус закругления проводника (11.147)
rmin=0,05•b2/a=0,05•352/3,28=18,6 мм.
8.10 Фактический средний радиус закругления проводника, навиваемого на ребро (11.148)
r1=0,5•(bп+2(bз+bи))=0,5•(107+7)=57 мм.
8.11 Размер полюсной катушки по ширине (рисунок 11.22 б)
bк.п=35мм.
8.12 Раскладка витков по катушке (рисунок 11.22 б)
Nв=wп=16.
8.13 Размер полюсной катушки по высоте (11.150)
hк.п=1,03[Nва+(Nв-3)hи+h'и]=1,03[14•3,28+(14-3) 0,3+2]=52,7 мм.
8.14 Средняя длина витка катушки (11.151)
?ср.п=2(?п+b-r)+2р(r1+bк.п)=2(475+107-57)+2•3,14•(57+35)=1200мм.
8.15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке (11.153)
Iп.н=Fп.к/wп=6858.7/16=428.7 А.
8.16 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения (§ 11.9)
ап=1.
8.17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения (11.154)
Jп=Iп.н/(апS)= 490/(1•112.5)=4,3 А/мм2.
8.18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения (11.155)
Lп=2рwп?ср.п•10-3=2•3•16•1200•10-3=100.8 м.
8.19 Массам меди обмотки возбуждения (11.156)
mм.п=гм•8,9LпS•10-3=8,9•100.8•112.5•10-3=101 кг.
8.20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20? С (11.157)
rп=Lп/см20апS=100.8/57•1•112.5=0,02 Ом.
8.21 Максимальный ток возбуждения (11.158)
Iпmax=Uп/rпmт=12.3/(0,02•1,38)=445,6 А.
8.22 Коэффициент запаса возбуждения (11.159)
Iпmax/Iп.н=445.6/428.7=1.04.
8.23 Номинальная мощность возбуждения (11.160)
Рп=UI12.3•445.6=5481 Вт.
9. ПАРАМЕТРЫ ОБМОТОК И ПОСТОЯННЫЕ ВРЕМЕНИ. СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК СТАТОРА ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ
9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме
9.1.1 Коэффициент продольной реакции якоря (таблица 11.4)
кнас(0,5)=.
9.1.2 МДС для воздушного зазора
Fб(1)=474 о.е.
9.1.3 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря (11.162)
хad*= о.е.
9.1.4 Коэффициент поперечного реакции якоря (таблица 11.4)
кaq=0,35.
9.1.5 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря (11.163)
хaq*=о.е.
9.1.6 Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси (11.164)
хd*=хad*+ху*=5.24+0.116=5.356 о.е.
9.1.7 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси (11.165)
хq*=хaq*+ху*=2.81+0.116=2.93 о.е.
9.2 Сопротивление обмотки возбуждения
9.2.1 Активное сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора (11.166)
о.е.
9.2.2 Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения (11.167)
лпУ=лн.п+0,65лпс+0,38лп.в=50.7+0,65•48.6+0,38•8,3=110.
9.2.3 Индуктивное сопротивление обмотки возбужденя (11.168)
хп*=1,27кadхad*(1+
о.е.
9.2.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения (11.169)
хпу*=хп* - хad*=5.86-5.24=0,62 о.е.
9.3 Сопротивления пусковой обмотки
9.3.1 Относительное зубцовое деление демпферной обмотки (11.170)
t2*=рt2/ф=3,14•25,6/343=0,23 о.е.
9.3.2 Коэффициент распределения демпферной обмотки (11.171)
кр2=.
9.3.3 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника (11.172)
лдз=t2/gdб=25.6/(16.5•0.43)=3.61.
9.3.4 Коэфициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов (11.173)
лdп=(0,785.
9.3.5 Коэффициенты (рисунок 11.23)
Сd=0.8;
Cq=3.1.
9.3.6 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по продольной оси (11.174)
лдлd=0,019фCd/N2=0,019•343•0.8/9=0.58.
9.3.7 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по поперечной оси (11.175)
лдлq=0,019фCq/N2=0,019•343•3.1/9=2.24.
9.3.8 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси (11.176)
лдd=.
9.3.9 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси (11.177)
лдq=.
9.3.10 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.178)
хдd*=о.е.
9.3.11 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.179)
хдq*=о.е.
9.3.12 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси (11.181)
rcd*=
о.е.;
где м0=4р?10-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха.
9.3.13 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси (11.182)
rcq*=0,75rcd*=0,011 о.е.
9.3.14 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси (11.183)
rkd*=
о.е.
9.3.15 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси (11.184)
rkq*=1,5rkd*=0,003 о.е.
9.3.16 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.185)
rдd*=rcd*+rkd*=0,015+0,003=0,018 о.е.
9.3.17 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.186)
rдq*=rcq*+rkq*=0,011+0,005=0,016 о.е.
9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора
9.4.1 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.188)
x'd*=xу*+ о.е.
9.4.2 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.189)
х'q*=xq*=2.93 о.е.
9.4.3 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.190)
x''d*=xу*+о.е.
9.4.4 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.191)
x''q*=xу*+о.е.
9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности
9.5.1 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при работе машины на малое внешнее сопротивление (11.194)
х2*=о.е.
9.5.2 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении (11.195)
х2*=0,5(х''d*+х''q*)=0,5(0,19+0.152)=0,171 о.е.
9.5.3 Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности (11.196)
9.5.4 Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности при рабочей температуре (11.197)
r0*=r1*(20)•mт=0,18•1,38=0,25 о.е.
9.6 Постоянные времени обмоток
9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной (11.198)
Тd0=xn*/w1rп*=5.86/2*3.14*50*0.002=9.3 с.
9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной (11.199)
Т'd=Td0•xd*/xd*=9.3•0.67/5.356=1.16 с.
9.6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси
с.
9.6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси
с.
9.6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения
с.
9.6.6 Демпферная обмотка при короткозамкнутых обмотках статора и возбуждения
с.
9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутых обмотках статора
с.
9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора (11.205)
Ta=x2*/w1r1*=0,171/(314•0,18)= 0,003 с.
10. ПОТЕРИ И КПД
10.1 Расчтная масса стали зубцов статора (9.260)
mз1=7,8z1bз1срhn1?1kc•10-6=7,8•72•14•38,7•460•0,95•10-6=133 кг.
10.2 Магнитные потери в зубцах статора (9.251)
Pз1=2,7В2з1срmз1=2,7•1,412•133=714 Вт.
10.3 Масса стали спинки статора (9.261)
mc1=7,8р(Dн1-hc1)hc1?1kc•10-6=7,8•3,14•(850-58,8) 58,8•460•0,95•10-6=498 кг.
10.4 Магнитные потери в спинке статора (9.254)
Рс1=3В2с1mc1=2,7•1,62•498=3442 Вт.
10.5 Амплитуда колебаний индукции (11.206)
В0=в0кбВб=0,35•1,67•0,79=0,49 Тл.
10.6 Среднее значение удельных поверхностных потерь (11.207)
рпов=к0(z1n1•10-4)1.5(0,1В0t1)2=1,4•(72•1000•10-4)1,5(0,1•0,49•28,6)2=53,1 Вт/м2.
10.7 Поверхностные потери машины (11.208)
Рпов=2рфб?прповкп•10-6=2•3•343•0,7•475•53,1•0,6•10-6=21,8 Вт.
10.8 Суммарные магнитные потери (11.213)
РсУ=Рс1+Рз1+Рпов=3442+714+21,8=4177,8 Вт.
10.9 Потери в обмотке статора (11.209)
Рм1=m1I21r1mт+m1(I'пн/)2rdmт=
=3•113,72•0,367•1,38+3(428,7/)20,006•1,38=21164 Вт.
10.10 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора (11.214)
Рп=I2пнrпmт+2Iпн=428,72•0,02+2•428,7=4533 Вт.
10.11 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке (11.216)
Рдоб=0,005Рн =0,005•101.25•=5151.25 Вт.
10.12 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (11.211)
Р'мх= Вт.
10.13 Потери на трение щеток о контактные кольца (11.212)
Рт.щ=2,6IпнD1n1•10-6 =2,6•428,7•655•1000•10-6=730 Вт.
10.14 Механические потери (11.217)
Рмх=Р'мх+Ртщ=2248+730=2978 Вт.
10.15 Суммарные потери (11.218)
РУ=РсУ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх=
=4178+121164+5151.25+4533+2978=138004 Вт.
10.16 КПД при номинальной нагрузке (11.219)
з=1-РУ/(Р2н+РУ)=1-36003/(630000+138004)=94,6 %.
11. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН
11.1 Повышение напряжения на зажимах генератора
11.2 Значение ОКЗ (11.227)
ОКЗ=Е'0*/хd*=1,13/5,356=0,21 о.е.
11.3 Кратность установившегося тока к.з. (11.228)
Ik/I1н=ОКЗ•Iпн*=0,21•3,8=0,8 о.е.
11.4 Наибольшее мгновенное значение тока (11.229)
iуд=1,89/х''d*=1,89/0,19=9,9 о.е.
11.5 Статическая перегружаемость (11.223)
S=E'00*kp/xdcosцн=4,29•1,02/2,356•0,8=1,02 о.е.
11.6 Угловые характеристики
11.6.1 Определяем ЭДС
Е'0*=4,2о.е.
11.6.2 Определяем уравнение (11.221)
Р*=(Е'0*/хd*)sinи+0,5(1/хq*-1/xd*)sin2и=
=(4,2/5,356)•sinи+0,5(1/2,93-1/5,356)sin2и=0,78sinи+0,26sin2и.
11.7 Приведенное сопротивление обмотки возбуждения
11.8 Приведенное сопротивление демпферной обмотки по продольной оси
11.9 Приведенное сопротивление демпферной обмотки по поперечной оси
11.10 Проводимисть обмотки статора по продольной оси
11.11 Приведенная проводимость обмотки возбуждения
11.12 Приведенная проводимость успокоительной обмотки (пусковой) по продольной оси
11.13 Полная приведенная проводимость по продольной оси
11.14 Полное приведенное сопротивление по продольной оси
11.15 Проводимость обмотки статора по поперечной оси
11.16 Приведенная проводимость пусковой обмотки по поперечной оси
11.17 Полная приведенная проводимость по поперечной оси
11.18 Полное приведенное сопротивление по поперечной оси
11.19 Пусковой ток статора прямого следования
11.20 Пусковой ток статора обратного следования
11.21 Полный пусковой ток статора
11.22 Активная составляющая пускового тока статора прямого следования
11.23 Пусковой момент
Рисунок 11.1 Угловая характеристика генератора
12. ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТЫ
12.1 Тепловой расчет
12.1.1 Потери в основной и дополнительной обмотках статора (11.247)
Р'м1=m1m'[I'2r1+(Iпн/)rd]=
=3М1,48[113,72•0,367+(428,7/)2•0,006)=22698 Вт;
где m'т=1,48 - коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В § 5.1.
12.1.2 Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)
Sn1=рD1?1=3,14•655•М460= мм2.
12.1.3 Условный периметр поперечного сечения (9.381)
П1=2(hn1+bп1)=2(38,7+13,3)=104 мм.
12.1.4 Условная поверхность охлаждения пазов (9.382)
Sи.п1=z1П1?1=72•104•М460=мм2.
12.1.5 Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)
Sл1=4рD1?л1=4М3,14М650•178=14,5 мм2.
12.1.6 Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине (9.384)
Sмаш=рDн1(?1+2?п1)=3,14М850•(460+2М178)=21,8 мм2.
12.1.7 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали (9.386)
рп1= Вт,
где к=0,76 - коэффициент (таблица 9.25).
12.1.8 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения пазов (9.387)
ри.п1= Вт.
12.1.9 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки (9.388)
рл1== Вт.
12.1.10 Окружная скорость ротора (9.389)
v2= м/с.
12.1.11 Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины (9.390)
Дtп1=єС,
где б1=13М10-5 Вт/мм2Мград- коэффициент теплоотдачи поверхности статора.
12.1.12 Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов (9.392)
Дtи.п1= єС.
12.1.13 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри (9.393)
Дtл1=рл1/б1=0,00823/13М10-5=63,3 єС.
12.1.14 Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов (9.395)
Дtи.л1= єС.
12.1.15 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя (9.396)
Дt'1=(Дtп1+Дtи.п1)+(Дtл1+Дtи.п1) =
=(92,3+48,8) +(63,3+128,6)=167,8 С.
12.1.16 Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри машины (9.397)
Р'У=к(Р'м1+РсУ)+Р'м1+Р'м2+РмхУ+Рд=0,76(22698Вт.
12.1.17 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха (9.399)
Дtв=єС.
12.1.18 Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха (9.400)
Дt1=Дt'1+Дtв=167,8+21,5=189,3єС.
12.2 Обмотка возбуждения
12.2.1 Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов (11.249)
Sп2=2р?ср.пhк=6•1200•52,7=3,8• мм2.
12.2.2 Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки (11.250)
рп=кРп/Sп2=0,76•4533/3,8•=9• Вт/мм2.
12.2.3 Коэффициент теплоотдачи катушки (§ 11.13)
бТ=(3+0,42•34.2)•10-5=17.4• Вт/(мм2 ?С).
12.2.4 Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки (11.251)
Дtпл=рп/бТ=9•/17.4•=51.7 ?С.
12.2.5 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины
?С.
12.2.6 Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха
12.3 Вентиляционный расчет
12.3.1 Необходимый расход воздуха (5.28)
Vв= м3/с.
12.3.2 Коэффициент, зависящий от частоты вращения
12.3.3 Приближенный расход воздуха (5.44)
V'в=к1(Dн2/100)3М10-3=5,6(653/100)2 10-2=1,49 м3/с;
12.3.4 Напор воздуха
Па
13. МАССА И ДИНАМИЧЕСКИЙ МОМЕНТ ИНЕРЦИИ
13.1 Масса
13.1.1 Масса стали сердечника статора (11.255)
mс1У=mз1+mс1=133+498=631 кг.
13.1.2 Масса стали полюсов (11.256)
mсп=7,8•10-6кс?п(bпh'п+ккbнпhнп)2р=
=7,8•10-6•0,95•475•(107•122+0,8•240•32)•6=405,4 кг.
13.1.3 Масса стали сердечника ротора (11.257)
mс2=6,12кс10-6?1[(2,05hс2+D2)2-D2]=
=6,12•0,97•10-6•460[(2,05•76+194)-194]=336,4 кг.
13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора (11.258)
mсУ=mс1У+mсп+mс2=631+405,4+336,4=1372,8 кг.
13.1.5 Масса меди обмотки статора (11.259)
mм1=8,9•10-6m1(a1w1?ср1S0+adwd?срдSэфд)=
=8,9•10-6•3(1•168•1942•7,8+2•6•1942•10)=74,2 кг.
13.1.6 Масса меди демпферной обмотки (11.260)
mмд=8,9•10-62р(N'2S?'ст+b'нпSс+0,6SсСп)=
=8,9•10-6•6(9•95•528,6+240•348,1+0,6•348,1•2)=28,6 кг.
13.1.7 Суммарная масса меди (11.261)
mмУ= mм1+ mмд+ mмп =74,2+28,6+101=203,8 кг.
13.1.8 Суммарная масса изоляции (11.262)
mи=(3,8D1.5н1+0,2Dн1?1)10-4=(3,8•8501,5+0,2•850•460)•10-4=17,2кг.
Подобные документы
Расчет обмотки статора, демпферной обмотки, магнитной цепи. Характеристика холостого хода. Векторная диаграмма для номинальной нагрузки. Индуктивное и активное сопротивление рассеяния пусковой обмотки. Характеристики синхронного двигателя машины.
курсовая работа [407,0 K], добавлен 11.03.2013Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Размеры короткозамыкающего кольца, овальных закрытых пазов и магнитной цепи. Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя. Расчет параметров номинального режима работы.
курсовая работа [344,0 K], добавлен 23.02.2014Расчет и оптимизация геометрических и электрических параметров трехфазных обмоток статора синхронного генератора. Конструирование схемы обмотки, расчет результирующей ЭДС с учетом высших гармонических составляющих. Намагничивающие силы трехфазной обмотки.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 24.04.2014Магнитная цепь двигателя, определение ее размеров, конфигурации, подбор и обоснование необходимых материалов. Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Активное и индуктивное сопротивления обмоток. Тепловой и вентиляционный расчеты.
курсовая работа [372,5 K], добавлен 26.12.2015Расчет пазов и обмотки статора, полюсов ротора и материала магнитопровода синхронного генератора. Определение токов короткого замыкания. Температурные параметры обмотки статора для установившегося режима работы и обмотки возбуждения при нагрузке.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 20.06.2014Выбор и обоснование основных размеров. Расчет обмотки статора и возбуждения, пусковой обмотки, магнитной цепи, параметров и постоянных времени. Масса активных материалов. Определение потерь и коэффициента полезного действия. Характеристики генератора.
курсовая работа [654,6 K], добавлен 25.03.2013Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Тепловой и вентиляционный расчеты, расчет массы и динамического момента инерции.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 22.03.2018Расчет площади поперечного сечения провода обмотки статора, размера его зубцовой зоны, воздушного зазора, ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, потерь, пусковых характеристик с целью проектирования трехфазного асинхронного двигателя.
курсовая работа [945,2 K], добавлен 04.09.2010Расчет основных размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, ротора и намагничивающего тока. Расчет параметров схемы замещения. Индуктивное сопротивление фазы обмотки. Учет влияния насыщения на параметры. Построение пусковых характеристик.
курсовая работа [894,9 K], добавлен 07.02.2013Расчет и обоснование номинальной величины асинхронного двигателя. Размеры и зубцовая зона статора. Воздушный зазор и полюса ротора. Определение основных паромеров магнитной цепи. Превышение температуры обмотки статора. Характеристики синхронной машины.
курсовая работа [585,7 K], добавлен 21.02.2016
