Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Синхронные машины применяют во многих отраслях народного хозяйства, в частности, в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях, двигателей в установках, не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.

Наиболее распространена конструктивная схема синхронной машины с вращающимся ротором, на котором расположены явно выраженные полюсы.

Синхронные генераторы предназначены для выработки трехфазного переменного тока, напряжением 400 В, частотой 50 Гц на стационарных дизель-электрических станциях.

В учебном пособии [2] описываются схемы самовозбуждения и автономного компаундирования синхронных генераторов посредством полупроводниковых выпрямителей. Излагаются элементы расчета и проектирования этих схем. В вводной главе рассматриваются свойства и приводятся эксплуатационные и конструктивные параметры полупроводниковых выпрямительных элементов, а также дается пример расчета селенового выпрямителя.

Вторая часть учебного пособия [3] по курсу «электрические машины» посвящена теории синхронных машин. В главах 2-4 изложены вопросы, относящиеся ко всем бесколлекторным электрическим машинам переменного тока. В остальных главах освещается теория синхронных машин.

В [4] рассмотрено построение робастных регуляторов систем возбуждения синхронного генератора, работающего на энергосистему на основе Н - теории, с использование программ MATLAB. Каждый регулятор имеет простую структуру динамического звена с постоянными параметрами, и для его реализации требуется только одна из измеряемых выходных демпфирующих электромеханические процессы управляемых переменных.

В [5] обосновывается возможность применения для оценки качества выходного напряжения коммутируемого Синхронного генератора с переменной скоростью вращения вала математического аппарата, используемого при анализе электромагнитных процессов в силовых цепях непосредственных преобразователей частоты на основе переключающих функций и матриц. Полученные соотношения устанавливают связь между коэффициентом несинусоидальности формы кривой выходного напряжения такого генератора и числом секций его обмотки возбуждения, что имеет практическое значение при проектировании электромеханических преобразователей энергии такого типа.

1. Исходные данные

Назначение …………………………………………………………Генератор

Номинальный режим работы……….................... Продолжительный

Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт.......... 315

Количество фаз статора m_1………………………..… 3

Способ соединения фаз статора…………..................Y

Коэффициент мощности cos………………………….0,8 (отстающий)

Частота сети f, Гц……………………...……..................50

Номинальное линейное напряжение U, В...…………...400

Синхронная частота вращения n₁, об/мин..…….……...1500

Способ возбуждения………....от специальной обмотки, заложенной в пазы статора

Степень защиты от внешних воздействий…………..…IP23

Способ охлаждения……………………...…...................IС01

Исполнение по способу монтажа…………………........IM1001

Климатические условия и категория размещения….…У2

Форма выступающего конца вала…….………….........Цилиндрическая

Способ соединения с приводным механизмом....… ...Упругая муфта

Количество пар полюсов р …………………...... B

2. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал

2.1 Главные размеры

Принимаем для двигателя изоляцию класса нагревостойкости B

2.1.1 Количество пар полюсов (9.1)

2.1.2 Предварительное значение индуктивного сопротивления рассеяния (о.е.) (рис. 11-1)

2.1.3 Коэффициент

2.1.4 Предварительное значение КПД (рис 11-2)

2.1.5 Расчетная мощность (1.12)

кВт

2.1.6 Высота оси вращения (табл. 11-1)

мм

2.1.7 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности (табл. 9-2)

мм

2.1.7 Наружный диаметр корпуса (1-27)

мм

2.1.9 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (табл 9.2)

мм

2.1.10 Выбираемый диаметр сердечника статора (§ 11-3)

D_н1=700мм

2.1.11 Внутренний диаметр сердечника статора (§ 11-3)

D₁=6+0.69D_H1=6+0.69•700=489 мм

2.1.12 Предварительное значение линейной нагрузки статора

А/см

2.1.13 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок 11-4)

=0,85 Тл

2.1.14 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11-3)

Тл

2.1.15 Полюсное деление статора (1-5)

мм

2.1.16 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси (рис. 11-5)

о.е

2.1.17 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11-4)

 о.е

2.1.18 Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса (§ 11-3)

=1,05

2.1.19 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора (11-2)

мм

2.1.20 Уточненная величина воздушного зазора (§ 11-3)

мм

2.1.21 Форма зазора эксцентричная по рисунку 11-8

2.1.22 Отношение максимальной величины зазора к минимальной (§ 11-3)

2.1.23 Воздушный зазор по оси полюса (11-13)

мм

2.1.24 То же под краем полюсного наконечника (11-14)

мм

2.1.25 Коэффициент полюсной дуги действительный (§ 11-3)

2.1.26 Коэффициент полюсной дуги расчетный (рис. 11-9)

2.2 Сердечник статора

Сердечник собирается из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционное покрытие для уменьшения потерь от вихревых токов.

Марка стали 2312, изолировка листов лакировка.

2.2.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 9-3)

2.2.2 Коэффициент формы поля возбуждения (рис.11-9)

2.2.3 Обмоточный коэффициент (§ 11-3)

2.2.4 Расчетная длина сердечника статора (1.31)

мм

2.2.5 Длина пакета стали (§ 11-3)

мм

2.2.6 Количество пакетов стали в сердечнике статора (§ 11-3)

2.2.7 Длина вентиляционного канала (§ 11-3)

мм

2.2.8 Количество радиальных вентиляционных каналов сердечника статора (11-17)

2.2.9 Конструктивная длина сердечника статора (1-33)

2.2.10 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора (9-2)

2.2.11 Проверка по условию л< л_max (рис. 11-10)

л_max=0,98

2.2.12 Количество пазов на полюс и фазу (§ 11-3)

q₁=5

2.2.13 Количество пазов сердечника статора (9-3)

2.2.14 Проверка правильности выбора значения z₁ (11-15)

- целое число,

где К - целое число;

g - общий наибольший делитель чисел z₁ и p;

m₁ - количество фаз.

2.3 Сердечник ротора

Сердечник ротора собирают из штампованных многогранных стальных листов марки Ст3 толщиной 1,5 мм без изоляционного покрытия

2.3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 11-3)

2.3.2 Длина сердечника ротора (11.20)

мм

2.4 Сердечник полюса и полюсный наконечник

Полюса изготавливают из листов стали марки Ст3 толщиной 1,5 мм без изоляционного покрытия.

2.4.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 11-3)

2.4.2 Длина шихтованного сердечника полюса (11-19)

мм

генератор магнитный цепь обмотка статор

2.4.3 Магнитная индукция в основании сердечника полюса (§ 11-3)

Тл

2.4.4 Предварительное значение магнитного потока (9.14)

Вб.

2.4.5 Ширина дуги полюсного наконечника (11-25)

мм.

2.4.6 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре (11-26)

мм.

2.4.7 Ширина полюсного наконечника (11-28)

мм

2.4.8 Высота полюсного наконечника (§ 11-3)

h'_н.п=18 мм.

2.4.9 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентричным зазором (11-29)

мм

2.4.10 Поправочный коэффициент (11-24)

2.4.11 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11-22)

2.4.12 Ширина сердечника полюса (11-21)

мм

2.4.13 Предварительная высота полюсного сердечника (11-32)

мм

2.4.14 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора (11-33)

мм.

2.4.15 Высота спинки ротора (11.34)

мм

2.4.16 Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу (11.35)

мм

2.4.17 Магнитная индукция в спинке ротора (11.36)

Тл.

3. Обмотка статора

3.1 Принимаем двухслойную обмотку из жестких катушек из провода марки ПЭТП-155, укладываемую в прямоугольные открытые пазы.

3.2 Коэффициент распределения (9-9)

где =60/q₁.

3.3 Укорочение шага (§ 9.4)

в₁=0,8 о.е

3.4 Шаг по пазам (9.10)

р. паз

3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам (11-37)

3.6 Коэффициент укорочения (9.12)

k_у1=sin(в₁·90°)=sin(0,8·90)=0,95

3.7 Обмоточный коэффициент (9-13)

3.8 Предварительное количество витков в обмотке фазы (9-15)

3.9 Количество параллельных ветвей обмотки статора (§ 9-3)

а₁=2

3.10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу (9-16)

Принимаем N'_п1=35

3.11 Уточненное количество витков (9.17)

.

3.12 Количество эффективных проводников дополнительной обмотки в пазу (§ 11-4)

N_д=1 при мм

3.13 Предварительное количество элементарных проводников дополнительной обмотки в одном эффективном (§ 11-4)

3.14 Количество параллельных ветвей фазы дополнительной обмотки

а_д=2

3.15 Количество витков дополнительной обмотки статора (11-38)

3.16 Уточненное значение магнитного потока (9-18)

Вб

3.17 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре (9-19)

Тл

3.18 Предварительное значение номинального фазного тока (9-20)

А.

3.19 Уточненная линейная нагрузка статора (9.21)

А/см.

Погрешность 4% < 10%

3.20 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора (таблица 9-13)

В_с1=1,4 Тл

3.21 Предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора (таблица 9.16)

В'_з1max =1,8 Тл

3.22.1 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора (9-22)

мм

3.22.2 Зубцовое деление статора в наиболее узком месте (9-46)

мм

3.23 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте (9-47)

мм

3.24 Предварительная ширина полуоткрытого паза в штампе (9-48)

мм

3.25 Высота спинки статора (9-24)

мм

3.26 Высота паза (9.25)

мм

3.27 Изоляция обмотки статора (таблица 9-17)

h_и=12,4 мм

3.28 Двусторонняя толщина корпусной изоляции (§ 9-4)

2b_и=4,1 мм

3.29 Высота шлица (§ 9-4)

h_ш=1 мм

3.30 Высота клина (§ 9-4)

h_к=3 мм

3.31 Ширина зубца в наиболее узком месте (§ 9-4)

b_з1min=13 мм

3.32 Предварительная ширина паза в штампе (9-48)

мм

3.33 Припуск на сборку сердечника по ширине (§ 9-4)

b_c=0,35 мм

3.34 Припуск на сборку сердечника по высоте (§ 9-4)

h_c=0,3 мм

3.35 Количество эффективных проводников по ширине паза (§ 9-4)

N_ш=1

3.36 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (9-50)

мм

3.37 Количество эффективных проводников по высоте паза (9.51)

3.38 Допустимая высота эффективного проводника (11-49)

мм

3.39 Площадь эффективного проводника (9-53)

S'_эф=а'_эф•b'_эф=0,8 • 8,55= 6,84мм²

3.40 Количество элементарных проводов в эффективном (§ 9-4)

с = 1

мм²

3.41 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора (9-59)

Тл

3.42 Среднее зубцовое деление статора (9-40)

мм

3.43 Средняя ширина катушки обмотки статора (9-41)

b_cр1=t_ср1у_п1=28 12=336м

3.44 Средняя длина одной лобовой части обмотки (9-60)

мм

3.45 Средняя длина витка обмотки (9-43)

?_ср1=2 (?₁+?_л1)=2 (365+537)=1804 мм

3.46 Длина вылета лобовой части обмотки (9-63)

мм

3.47 Плотность тока в обмотке статора (9-39)

А/мм²

3.48 Определяем значение А₁J₁ (§11-4)

А²/см•мм²

3.49 Допустимое значение А₁J₁ (риc. 11-12)

А²/см•мм²,

4. Демпферная (пусковая) обмотка

4.1 Суммарная площадь поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (11-53)

мм²

4.2 Зубцовое деление полюсного наконечника ротора (§ 11-5)

мм

4.3 Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (11-54)

шт.

4.4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (11.55)

мм

4.5 Диаметр и сечение стержня (§11-5)

d_с=8мм; S=50,24 мм²

4.6 Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника

b_з2min = 10 мм

4.7 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (11-56)

мм

4.8 Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (11-57)

мм

4.9 Размеры шлица паза демпферной обмотки (§ 11-5)

мм

4.10 Предварительная длина стержня демпферной обмотки (11-58)

мм

4.11 Площадь поперечного сечения (11-59)

мм²

4.12 Высота короткозамыкающих сегментов (§ 11-5)

h'_с = 2 • d_с = 2 • 8= 16мм

4.14 Ширина короткозамыкающих сегментов (§ 11-5)

мм

4.15 Определяем размеры и сечение короткозамыкающих сегментов

h_c х l_с=20 х 10 мм

S_с = 198,1 мм².

5 Расчет магнитной цепи

При

5.1 Воздушный зазор

5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (11-60)

мм²

5.1.2 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (11-61)

Тл

5.1.3 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения статора (9-116)

5.1.4 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения ротора (9-117)

5.1.5 Коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного зазора (9-118)

5.1.6 Общий коэффициент воздушного зазора (9-120)

5.1.7 МДС для воздушного зазора (9-121)

А

5.2 Зубцы статора

5.2.1 Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца (9-122)

мм

5.2.2 Ширина зубца (9-126)

5.2.3 Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11-64)

мм²

5.2.4 Магнитная индукция в зубце статора (11-65)

Тл

5.2.5 Напряженность магнитного поля (приложение 9)

Н_з1=16,1А/см

5.2.6 Средняя длина пути магнитного потока (9-124)

L_з1 = h_п1 = 44 мм

5.2.7 МДС для зубцов (9-125)

F_з1=0,1Н_з1L_з1=0,1 • 16,144= 70,84 А

5.3 Спинка статора

5.3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (11-66)

мм²

5.3.2 Расчетная магнитная индукция (11-67)

Тл

5.3.3 Напряженность магнитного поля (приложение 12)

Н_с1 = 31,3 А/см

5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока (9-166)

мм

5.3.5 МДС для спинки статора (11-68)

F_с1 = 0,1 • Н_с1 L_с1 = А

5.4 Зубцы полюсного наконечника

5.4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (11-69)

Тл

5.4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (приложение 21)

Н_з2 = А/см

5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (11-70)

мм

5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника (11-71)

F_з2=0,1 H_з2 L_з2 = А

5.5 Полюсы

5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника (11-72)

мм

5.5.2 Высота полюсного наконечника (11-83)

мм

5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11-84)

мм

5.5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне широких пакетов полюсных наконечников (11-5)

5.5.5 Длина пути магнитного потока в полюсе при наличии демпферной обмотки (11-87)

мм

5.5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11-88)

5.5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11-89)

5.5.8 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11-90)

5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора (11-91)

А

5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов (11-92)

Вб

5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока (11-93)

5.5.12 Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11 94)

мм²

5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса (11-95)

Вб

5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса (11-96)

Тл

5.5.15 Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (приложение 21)

Н_п = 31А/см

5.5.16 МДС для полюса (11-104)

А

5.6 Спинка ротора

5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11-105)

мм²

5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора (11-106)

Тл

5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора (приложение 21)

Н_c2 = 22,3 А/см

5.6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11-107)

мм

5.6.5 МДС для спинки ротора (9-170)

А

5.7 Воздушный зазор в стыке полюса

5.7.1 Зазор в стыке (11-108)

мм

5.7.2 МДС для зазора в стыке между сердечниками полюса и ротора (11-110)

А

5.7.3 Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11-117)

А

5.8 Общие параметры магнитной цепи

5.8.1 Суммарная МДС магнитной цепи (11-111)

А

5.8.2 Коэффициент насыщения (11-112)

Аналогичным образом выполнены расчеты магнитной цепи при других значениях магнитного потока. Результаты расчетов сведены в таблицу 5.1, по которым построена характеристика холостого хода, приведенная на рисунке.

Таблица 5.1

Наименование участка	Средняя длина пути магнитного потока	Площадь поперечного сечения участка	Ф,Е, о.е.	0,5	1	1,1	1,2	1,3
			Ф, Вб
			Е, В	115,5	231	254,1	277	300
			Коэф-т	В, Тл	Н, А/см	F, А	В, Тл	Н, А/см	F, А	В, Тл	Н, А/см	F, А	В, Тл	Н, А/см	F, А	В, Тл	Н, А/см	F, А
Зазор между сердечником и полюсным наконечником	2,8	82300	1,045	0,295	-	1112	0,59	-	2224	0,649	-	2446,4	0,708	-	2668,8	0,767	-	2891,2
Зубцы статора	31	48660	0,95	0,8	2,92	9,052	1,6	14,5	45	1,76	23	71,3	1,92	46	142,6	2,08	97,5	302,25
Спинка статора	232,5	23250	0,95	0,84	2,08	48,36	1,68	20,1	467	1,848	43,1	1002,1	1,016	111	2580,75	2,184	194	4510,4
Зубцы полюсного наконечника	9,1	-	0,98	0,7	5,84	5,31	1,4	20,9	19	1,54	33,2	30,212	1,68	53	48,23	1,82	140	127,4
Сердечник полюса	122	53250	0,98	0,785	6,68	81,496	1,57	37	451,5	1,727	94	1146,8	1,884	178	2171,6	2,04	342	4172,4
Зазор в стыке полюса и сердечника ротора	0,186	-	-	0,78	-	422	1,57	-	844	1,727	-	928,4	1,884	-	1012,8	2,04	-	1097,2
Спинка ротора	104	34220	0,98	0,61	4,97	51,688	1,22	13,4	140	1,342	17,6	183	1,464	25,3	263,12	1,586	40	416
, А	1169,41	2720,5	3519,78	5392,15	7703,95
, о.е.	0,327	0,76	0,98	1,51	2,15
, Вб
, о.е.	0,015	0,036	0,046	0,071	0,101
, Вб	0,054	0,114	0,132	0,164	0,202
, о.е.	0,696	1,456	1,69	2,1	2,59
, Вб	-	-	-	0,0957	0,104
, Вб	0,696	1,456	1,69	0,13	0,153
, о.е.	0,696	1,456	1,69	1,666	1,97
, А	479	1003	1141,65	1324,15	1640,6
, о.е.	0,1338	0,2802	0,3189	0,3699	0,4583
, А	1648,4	3723,5	4661,4	6716,3	9344,6
, о.е.	0,46	1,04	1,3	1,8	2,61

Рисунок 5.1. Характеристика холостого хода генератора

6 Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима

6.1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20 °С (9-178)

Ом,

где _м20=57 см/мкм - удельная электрическая проводимость меди.

6.2 Активное сопротивление обмотки в относительных единицах (9.179)

о.е.

6.3 Проверка правильности определения r_1* (9-180)

о.е.

6.4 Активное сопротивление демпферной обмотки (9-178)

Ом

6.5 Размеры паза

мм, мм, мм, мм, мм,

мм.

6.6 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага (9-181, 9-182)

6.7 Коэффициент проводимости рассеяния (9-186)

6.8 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния (11 118)

6.9 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки (9 191)

6.10 Коэффициент зубцовой зоны статора (11-120)

6.11 Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную проницаемость рассеяния между коронками зубцов (рисунок 11-16)

6.12 Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов (11-119)

6.13 Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора (11-121)

6.14 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9-193)

6.15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9-194)

о.е.

6.16 Проверка правильности определения х_1*(9-195)

о.е.

7. Расчет магнитной цепи при нагрузке

7.1 По данным таблицы 5.1 строим частичные характеристики намагничивания в о.е.

Рисунок 7.1. Частичные характеристики намагничивания генератора.

7.2 Строим векторную диаграмму Блонделя по следующим исходным данным:

; ; (отстающий),



Рисунок 7.2 Векторная диаграмма

7.3 ЭДС, индуктированная магнитным потоком воздушного зазора (рисунок 7.2)

E_д=1,06о.е.

7.4 МДС для воздушного зазора (рисунок 7.2)

F_д=0,8о.е.

7.5 МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора (рисунок 7.1)

F_дзс=0,9о.е.

7.6 Предварительный коэффициент насыщения магнитной цепи статора (11-126)

7.7 Поправочные коэффициенты, учитывающие насыщение магнитной цепи (рис. 11-17)

;

;

7.8 Коэффициенты реакции якоря (табл. 11-4)

;

.

7.9 Коэффициент формы поля реакции якоря (§11-8)

7.10 Амплитуда МДС обмотки статора (11-125)

А.

7.11 Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах (11-127)

о.е.

7.12 Поперечная составляющая МДС реакции якоря, с учетом насыщения, отнесенная к обмотке возбуждения (11-128)

о.е.

7.13 ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС (рисунок 7.1)

о.е.

7.12 Направление вектора ЭДС , определяемое построением вектора (рисунок 7.2)

7.14 Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля (11-130)

о.е.

7.15 Продольная составляющая ЭДС, наводимая в обмотке статора результирующим потоком по продольной оси (рисунок 7.2)

о.е.

7.16 МДС по продольной оси, необходимая для создания ЭДС (рисунок 7.1)

о.е.

7.17 Результирующая МДС по продольной оси (11-131)

7.18 Магнитный поток рассеяния при действии МДС (рисунок 7.1)

о.е.

7.19 Результирующий магнитный поток (11-132)

о.е.

7.20 МДС, необходимая для создания магнитного потока (рисунок 7.1)

о.е.

7.21 МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11-133)

о.е.

7.22 МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11-134)

А

8 Обмотка возбуждения

8.1 Напряжение дополнительной обмотки статора (11-135)

В

8.2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения (11-136)

мм

8.3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения (11-173)

мм²,

где для класса В (§ 4-1).

8.4 Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения (рис. 11-21)

А/мм²

8.5 Предварительное количество витков одной полюсной катушки (11-138)

8.6 Расстояние между катушками смежных полюсов (11-139)

мм

Принимаем медный провод ПЭВП прямоугольного сечения с двусторонней толщиной изоляции 0.15 мм, катушка многослойная.

8.7 По приложению 2 выбираем размеры провода

а х b = мм²;

а' х b' = мм²;

S = мм².

8.8 Предварительное наибольшее количество витков в одном слое (11 140)

,

где - толщина изолирующей шайбы из приложения 23.

8.9 Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной катушки (11-141)

8.10 Раскладка и уточнение числа витков катушки (рис. 11.22 а)

Всего слоев, N_ш=23

слоев по витков

слоев по витков

слоев по витков

слоев по витков

4 слоев по витков

N_B=10

w_П=205

8.11 Размер полюсной катушки по ширине (11-142)

мм

8.12 Размер полюсной катушки по высоте (11-143)

мм.

8.14 Средняя длина витка катушки (11-144)

мм.

8.15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке (11-153)

А.

8.16 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения (§ 11-9)

а_п=1.

8.17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения (11-154)

А/мм²

8.18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения (11-155)

м

8.19 Массам меди обмотки возбуждения (11-156)

кг

8.20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20? С (11-157)

Ом,

где См/мкм - удельная электрическая проницаемость меди при 20°С.

8.21 Максимальный ток возбуждения (11-158)

А

8.22 Коэффициент запаса возбуждения (11-159)

8.23 Номинальная мощность возбуждения (11-160)

Вт

9. Параметры обмоток и постоянные времени

9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

9.1.1 Коэффициент продольной реакции якоря (таблица 11-4)

9.1.2 Коэффициент насыщения при Е = 0,5

9.1.3 МДС для воздушного зазора при Е = 1,0 (таблица 5.1)

F_д(1) = 2429 А

9.1.4 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря (11-162)

о.е.

9.1.5 Коэффициент поперечного реакции якоря (таблица 11-4)

9.1.6 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря (11-163)

о.е.

9.1.7 Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси (11 164)

о.е.

9.1.8 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси (11 165)

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)

.

9.2.3 Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения (11-168)

о.е.

9.2.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения (11 169)

о.е.

9.3 Сопротивления пусковой обмотки

9.3.1 Относительное зубцовое деление демпферной обмотки (11-170)

о.е.

9.3.2 Коэффициент распределения демпферной обмотки (11-171)

9.3.3 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника (11-172)

9.3.4 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов (11-173)

9.3.5 Коэффициенты (рис.11-23)

С_d=1,2;

C_q=3,3;

9.3.6 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по продольной оси (11-174)

9.3.7 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по поперечной оси (11-175)

9.3.8 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси (11-176)

9.3.9 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси (11-177)

9.3.10 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11-178)

о.е.

9.3.11 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11-179)

о.е.

9.3.12 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси (11-181)

о.е.;

где м₀=4р?10^-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха.,

- удельное значение сопротивления стержня при t = 115°С.

9.3.13 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси (11-182)

о.е.

9.3.14 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси (11-183)

о.е.

9.3.15 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси (11-184)

о.е.

9.3.16 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11-185)

о.е.

9.3.17 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11-186)

о.е.

9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора

9.4.1 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11-188)

о.е.

9.4.2 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11-189)

о.е.

9.4.3 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11-190)

о.е.

9.4.4 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11-191)

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)

о.е.

9.5.2 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении (11-195)

о.е.

9.5.3 Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности (11-196)

где С = 0,355 - коэффициент при наличии демпферной обмотки (§ 11-10).

9.5.4 Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности при рабочей температуре (11-197)

о.е.

Все значения активных и индуктивных сопротивлений синхронного генератора находятся в пределах указанных в (§ 11-10)

9.6 Постоянные времени обмоток

9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной (11-198)

с.

9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной (11-199)

с

9.6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси (11-200)

с

9.6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси (11-201)

с

9.6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения (11-202)

с

9.6.6 Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых обмотках возбуждения и статора (11-203)

с

9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора (11-204)

с

9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора (11-205)

с

Все значения полученных постоянных времени обмоток находятся в пределах указанных в (§ 11-10).

10. Потери и КПД

10.1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца (9-128)

мм

10.2 Ширина зубца в наиболее широкой части (9-129)

мм

10.3 Ширина зубца в средней части (9-130)

мм

10.4 Расчетная масса стали зубцов статора (9-260)

кг

10.5 Магнитные потери в зубцах статора (9-251)

Вт

10.6 Масса стали спинки статора (9-261)

кг

10.7 Магнитные потери в спинке статора (9-254)

Вт

10.8 Амплитуда колебаний индукции (11-206)

Тл

10.9 Среднее значение удельных поверхностных потерь (11-207)

Вт/м²

10.10 Поверхностные потери машины (11-208)

Вт,

где = 0,6 - коэффициент при (§11-11).

10.11 Суммарные магнитные потери (11-213)

Вт

10.12 Потери в обмотке статора (11-209)

Вт

10.13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора (11-214)

Вт.

10.14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке (11-216)

Вт

10.15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (11-211)

Вт

10.16 Потери на трение щеток о контактные кольца (11-212)

Вт

10.17 Механические потери (11-217)

Вт

10.18 Суммарные потери (11-218)

Вт

10.19 КПД при номинальной нагрузке (11-219)

%

11. Характеристики машин

11.1 Изменение напряжения генератора (11-220)

%

11.2 Отношение короткого замыкания

11.2.1 Значение ОКЗ (11-227)

о.е.

11.2.2 Кратность установившегося тока к.з. (11-228)

о.е.

11.2.3 Наибольшее мгновенное значение тока (11-229)

о.е.

11.2.4 Статическая перегружаемость (11-223)

о.е.

11.3 Угловые характеристики

11.3.1 Определяем ЭДС

о.е.

11.2.2 Определяем уравнение (11-221)

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)

Вт,

где m'_т=1,4 - коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В § 5-1.

12.1.2 Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9-379)

мм²

12.1.3 Условный периметр поперечного сечения (9-381)

мм

12.1.4 Условная поверхность охлаждения пазов (9-382)

мм²

12.1.5 Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9-383)

мм²

12.1.6 Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине (9-384)

мм²

12.1.7 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора (9-386)

Вт,

где k = 0,84 - коэффициент (табл. 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)

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)

= Вт

12.1.10 Окружная скорость ротора (9-389)

м/с.

12.1.11 Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины (9-390)

°С,

где б₁=23М10^-5 Вт/мм²Мград - коэффициент теплоотдачи поверхности статора.

12.1.12 Односторонняя толщина изоляции в пазу статора (§ 9-13)

мм

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов (9-392)

°С.

12.1.13 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя (9-393)

°С

12.1.14 Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов (9-395)

°С

12.1.15 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя (9-396)

12.1.16 Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри машины (9 397)

12.1.17 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха (9-399)

°С

12.1.18 Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха (9-400)

°С

12.2 Обмотка возбуждения

12.2.1 Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов (11-249)

мм²

12.2.2 Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки (11-250)

Вт/мм²

12.2.3 Коэффициент теплоотдачи катушки (§ 11-13)

Вт/(мм² ?С)

12.2.4 Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки (11-251)

?С

12.2.5 Перепад температуры в наружной внутренней изоляции многослойных катушек (11-252)

°С,

где = 0,2 мм - односторонняя толщина изоляции катушки,

Вт/(мм²·°С) - эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции.

12.2.5 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины (11-253)

?С

12.2.6 Среднее превышение температуры обмотки над температурой охлаждающего воздуха (11-254)

°С

12.3 Вентиляционный расчет

Система вентиляции радиальная.

12.3.1 Необходимый расход воздуха (5.28)

м³/с

12.3.2 Расход воздуха (5-44)

м ³/с.

12.3.3 Напор воздуха (5-41)

Па

13 Масса и динамический момент инерции

13.1 Масса

13.1.1 Масса стали сердечника статора (11-255)

кг.

13.1.2 Масса стали полюсов (11-256)

13.1.3 Масса стали сердечника ротора (11-257)

13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора (11-258)

кг.

13.1.5 Масса меди обмотки статора (11-259)

13.1.6 Масса меди демпферной обмотки (11-260)

13.1.7 Суммарная масса меди (11-261)

кг

13.1.8 Суммарная масса изоляции (11-262)

кг

13.1.9 Масса конструкционных материалов (11-264)

кг

13.1.10 Масса машины (11-265)

кг

13.2 Динамический момент инерции ротора

13.2.1 Радиус инерции полюсов с катушками (11-266)

13.2.2 Динамический момент инерции полюсов с катушками (11-267)

кг/м ²

13.2.3 Динамический момент инерции сердечника ротора (11-268)

13.2.4 Масса вала (11-269)

кг

13.2.5 Динамический момент инерции вала (11-270)

кг•м²

13.2.6 Суммарный динамический момент инерции ротора (11-271)

кг•м²

14 Механический расчет вала.

14.1 Расчет вала на жесткость

14.1.1 Данные для расчета

D_н2=456 мм, l₂=420 мм, д=2,8мм, муфта МУВП1-100, m=151,6 кг: r=150мм

Рис.14.1 Эскиз вала

141.2 Сила тяжести (3-3)

Н

14.1.3. Таблица 14.1

Участок b
di мм	Ji мм 4	Yi мм	Y 3i мм3	мм3		Y 2i мм2
1140	188 ·10 5	31	30 ·10 3	30 ·10 3	0.0016	961	961	0,000051
1154	276 ·10 5	11	1368 · 10 3	1338 · 10 3	0,048	12300	11300	0,00041
1168	391 ·10 5	441	85766 ·10 3	84398 ·10 3	2,158	194500	182200	0,00466
Sb= 2,2076	S0= 0.00512
Участок а
di мм	Ji мм 4	Xi мм	X 3i мм3	мм3
140	188 ·10 5	31	30 ·10 3	30 ·10 3	0.0016
168	391 ·10 5	401	64481 ·10 3	64451 ·10 3	1.64
Sa= 1.65

14.1.4 Прогиб вала на середине сердечника от силы тяжести по (3-5)

14.1.5 Номинальный момент вращения (3-1б)

Н

14.6 Поперечная сила (3-7)

Н

14.1.7 Прогиб вала от поперечной силы (3-8)

14.1.8 Расчетный эксцентриситет сердечника ротора (3-9)

мм

14.1.9 Сила одностороннего магнитного притяжения (3-10)

Н

14.1.10 Дополнительный прогиб от силы тяжести (3-11)

мм

14.1.11 Установившийся прогиб вала (3-12)

14.1.12 Результирующей прогиб вала (3-13)

мм

14.1.13 Сила тяжести упругой муфты (§ 3-3)

Н

14.1.14 Прогиб от силы тяжести упругой муфты (3-14)

мм

14.2 Определение критической частоты вращения

14.2.1 Первая критическая частота вращения

об/мин

n_кр должно превышать максимальную рабочую частоту на 30%, донное условие выполняется.

14.3 Расчет вала на прочность

14.3.1 Изгибающий момент (3-17)

Н

14.3.2 Момент кручения (3-19)

Н

14.3.3 Момент сопротивления при изгибе (3-20)

мм

14.3.4 Приведенное напряжение (3-21)

П

а

Значение у_пр ни при одном сечении вала не должно превышать 0,7у_Т=245 ·10 ⁶ Па,. Данное условие выполняется.

Список литературы

1. Гольдберг О. Д., Гурин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. - 430 с.

2. Юдицкий С. Б. Синхронные машины с полупроводниковыми выпрямителями: Учебное пособие. - М.: Госэнергоиздат.

3. Бергер А. Я., Титов Н. П. Электрические машины. Синхронные машины: Учебное пособие. - Л.: Энергия.

4. Борцов Ю. А., Бурмистров А. А. Робастные регуляторы возбуждения мощных синхронных генераторов // Электричество. - 2003. - № 7. - С.46- 48.

5. Семергей С.В. Оценка качества выходного напряжения коммутируемого синхронного генератора // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2004. - № 4. - С.32 - 34.

6. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 1. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение, 1979 - 728 с.

7. ГОСТ 183-74. Электрические машины вращения. Общие технические требования

8. Копылов И.П., Клоков Б. К., Морозкин В. П., Токарев Б. Ф. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов. 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высшая школа, 2002. -757 с.

Размещено на Allbest.ru