Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание
|
[1] Аннотация [2] Введение [3] Задание на курсовую работу [4] 2 Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы [5] 2.1 Конфигурация [6] 2.2 Главные размеры [7] 2.3 Сердечник статора [8] 2.4 Сердечник ротора [9] 2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
[10]
[11]
[12] [13] 5.1 Воздушный зазор [14] 5.2 Зубцы статора [15] 5.3 Спинка статора [16] 5.4 Зубцы полюсного наконечника [17] 5.5 Полюсы [18] 5.6 Спинка ротора [19] 5.7 Воздушный зазор в стыке полюса [20] 5.8 Общие параметры магнитной цепи
[21]
[22]
[23]
[24] [25] 9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме [26] 9.2 Сопротивления обмотки возбуждения [27] 9.3 Сопротивления демпферной обмотки [28] 9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора [29] 9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности [30] 9.6 Постоянные времени обмоток
[31]
[32]
[33] [34] 12.1 Тепловой расчет обмотки статора [35] 12.2 Тепловой расчет обмотки возбуждения [36] 12.3 Вентиляционный расчет
[37] [38] 13.1 Масса [39] 13.2 Динамический момент инерции ротора
[40] [41] Литература |
В данной курсовой работе мы производим расчет параметров синхронного генератора СГ2 с номинальной мощностью 100 кВт, линейное напряжение 400 В, частота вращения 1500 об/мин, который выполнен в защитном исполнении IP23, по способу монтажа IM1001, с косвенным воздушным охлаждением, имеющих изоляцию класса нагревостойкости F. Он рассчитан на продолжительный режим работы. Произведен расчет магнитной цепи генератора, демпферной и статорной обмоток. Определены размеры, конфигурация и материалы магнитной цепи, рассчитаны все сопротивления и постоянные времени всех обмоток. Также вычислены потери и КПД машины, масса и динамический момент инерции, составлены тепловой и вентиляционный расчеты.
Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве генераторов на электростанциях, их мощность составляет 1500 МВт для турбогенераторов и 800 МВт для гидрогенераторов. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы.
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важное значение для экономики нашей страны.
При создании электрической машины рассчитывают размеры статора и ротора, выбирают типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при ее изготовлении трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Синхронные двигатели предназначены для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, таких, как компрессоры, насосы, шаровые мельницы, вентиляторы, двигатель-генераторные установки и т. п.
Двигатели изготовляют с неявнополюсным и с явнополюсным ротором.
Генераторы переменного тока, как правило являются синхронными машинами. Конструкция синхронного генератора в основном определяется типом привода. В зависимости от этого различают турбогенераторы, гидрогенераторы и дизель-генераторы. Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, гидрогенераторы – гидротурбинами, дизель-генераторы – двигателями внутреннего сгорания.
Синхронные машины используются также в электрических системах для генерирования реактивной мощности в целях улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения; в этом случае их называют синхронные компенсаторы.
Вариант №16
Исходные данные для проектирования синхронного генератора серии СГ2:
Номинальная мощность Рном = 100 кВт;
Номинальное напряжение (линейное) Uном = 400 В;
Номинальная частота вращения nном = 1500 об/мин;
Способ соединения фаз статора – звезда;
Способ возбуждения - от специальной обмотки, вложенной в паз статора;
Способ охлаждения - IC01;
Степень защиты от внешних воздействий - IP23;
Исполнение по способу монтажа - IM1001;
Климатические условия и категория размещения - У2;
Форма выступающего конца вала - цилиндрическая;
Способ соединения с приводным двигателем - упругая муфта;
Частота сети – 50 Гц;
Коэффициент мощности – 0,8;
Количество фаз – 3.
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]
р=60∙f/n1=60∙50/1500=2
2.1.2 Индуктивное сопр-ние рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]
х'σ*=0,08 o.e.
2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]
кн=
2.1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]
η'=0,92
2.2.1 Расчетная мощность [1-12]
Р'=кнР2/cosφ=1.05∙100/0.8=131.25 кВт
2.2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]
h=315 мм
h1=7 мм
2.2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]
Dкорп=2(h-h1)=2(315-7)=616 мм
2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [таб л. 9-2]
Dн1max=590 мм
2.2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]
Dн1=590 мм
2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]
D1=6+0.69Dн1=6+0.69*590=413 мм
2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора [рис. 11-3]
А'1=390 А/см
2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в но минальном режиме, [рис. 11-4]
В'б=0,83 Тл
2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздуш ном зазоре машины при х.х. [11-3]
В'б0=В'б/кн=0,83/1,05=0,79 Тл
2.2.11 Полюсное деление статора [1-5]
мм
2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси [рис. 11-5]
хd*=2.4 о. е.
2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси [11-4]
хad*=хd* - хσ*=2,4-0,08=2.32 о. е.
2.2.14 Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердеч ника ротора или полюсного наконечника и полюса [§ 11-3]
к'=1,07
2.2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора [11-2]
мм
2.2.16 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]
б=2.3 мм
2.2.17 В машинах с h=315-450 мм по [§ 11-3] применяем эксцентричную форму воздушного зазора по [рис. 11-8]
2.2.18 Отношение максимальной величины зазора к минимальной [§ 11-3]
б''/б'=1,5
2.2.19 Воздушный зазор по оси полюса [11-13]
б'=б/1,125=2.3/1,125=2.05 мм
2.2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]
б''=б/0,75=2.3/0,75=3.1 мм
2.2.21 Коэффициент полюсной дуги действительный [§ 11-3]
α=0,73-8.57∙10 -5∙Dн1=0,73-8.57∙10-5∙590=0.67
2.2.22 Коэффициент полюсной дуги расчетный [рис. 11-9]
α'=0,66
Марка стали 2312, 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 [рис. 11-9]
кв=1,16
2.3.3 Обмоточный коэффициент [§ 9-3, стр. 119]
коб1=0,91
2.3.4 Расчетная длина сердечника статора [1-31]
мм
2.3.5 Количество пакетов стали в сердечнике статора [11-16]
nn1=1
2.3.6 Конструктивная длина сердечника статора [1-33, § 9-3]
ℓ1=ℓ'1=140 мм
2.3.7 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора [9-2]
λ=ℓ1/D1=140/413=0,34
2.3.8 Проверка по условию λ< λmax [рис. 11-10]
λmax=1,1>0,34= λ
2.3.9 Количество пазов на полюс и фазу [§ 11-3]
q1=5
2.3.10 Количество пазов сердечника статора [9-3]
z1=2∙р∙m1∙q1=2∙2∙3∙5=60
2.3.11 Проверка правильности выбора значения z1 [11-15]
z1/g∙m1=K,
где К – целое число,
g – общий делитель чисел z1 и p
60/2∙3=10 – целое число
Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффици ент заполнения сердечника ротора сталью кс=0,98
2.4.1 Длина сердечник ротора [11-20]
ℓ2=ℓ1+15=140+15=155 мм
Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффици ент заполнения сердечника полюса и полюсного наконечника сталью кс=0,98
2.5.1 Длина шихтованного сердечника полюса [11-19]
ℓп=ℓ1+15=140+15=155 мм
2.5.2 Магнитная индукция в основании сердечника полюса [§ 11-3]
В'п=1,45 Тл
2.5.3 Предварительное значение магнитного потока [9-14]
Ф'=В'б∙D1∙ℓ'1∙10-6/р=0,83∙413∙140∙10-6/2=0,024 Вб
2.5.4 Ширина дуги полюсного наконечника [11-25]
bн.п=α∙=0.67∙324.2=217 мм
2.5.5 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре [11-26]
мм
2.5.6 Ширина полюсного наконечника, определяемая хордой [11-28]
b'н.п=2Rн.пsin(0.5bн.п/Rн.п)=2∙199∙sin(0,5∙217/199)=206.6 мм
2.5.7 Высота полюсного наконечника у его края [§ 11-3]
h'н.п=11 мм
2.5.8 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентрич ным зазором [11-29]
hн.п=h'н.п+Rн.п - мм
2.5.9 Поправочный коэффициент [11-24]
кσ=1,25∙hн.п+25=1,25∙32+25=75
2.5.10 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов [11-22]
σ'=1+кσ∙35∙б/2=1+75∙35∙2,3/324,22=1,06
bп=σ'∙Ф'∙106/(кс∙ℓп∙В'п)=1,06∙0,024∙106/(0,98∙155∙1,45)=115,2 мм
2.5.12 Высота выступа у основания сердечника [11-32]
h'п=10,5∙б'+0,18∙D1=10,5∙2,05+0,18∙413=95,8 мм
2.5.13 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора [11-33]
D'2=dв=кв∙ мм
2.5.14 Высота спинки ротора [11-34]
hс2=0,5∙D1-б-h'п- hн.п -0,5∙D'2=0,5∙413-2,3-40-95,8-0,5∙101,4=17,7 м
2.5.15 Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу [11-35]
h'с2=hс2+0,5∙D'2=17,7+0.5∙101,4=68,4 мм
2.5.16 Магнитная индукция в спинке ротора [11-36]
Вс2= Тл
3.1 По [табл. 9-4, § 9-4] принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из про вода марки ПЭТП-155, укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.
3.2 Коэффициент распределения [9-9]
кр1=,
где α=60/q1
при 2p≥4 принимаем β'1=0,8
3.4 Шаг обмотки [9-11]
уп1=β1∙z1/(2∙p)=0,8∙60/(2∙2)=12
3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам [11-37]
β1=2∙р∙уп1/z1=2∙2∙12/60=0,8
3.6 Коэффициент укорочения [9-12]
ку1=sin(β1∙90˚)=sin(0,8∙90)=0,951
3.7 Обмоточный коэффициент [9-13]
коб1=кр1∙ку1=0,96∙0,951=0,913
3.8 Предварительное количество витков в обмотке фазы [9-15]
w'1=
3.9 Количество параллельных ветвей обмотки статора [§ 9-3]
а1=2
3.10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу [9-16]
N'п1=
Принимаем Nп1=10
3.11 Уточненное количество витков [9-17]
3.12 Количество эффективных проводников дополнительной обмотки в пазу [§ 11-4]
Nд=1
3.13 Количество параллельных ветвей фазы дополнит-ной обмотки [§ 11-4]
ад=2
3.14 Количество витков дополнительной обмотки статора [11-38]
3.15 Уточненное значение магнитного потока [9-18]
Ф=Ф'(w'1/w1)=0,024(49,8/50)=0,0239 Вб
3.16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре [9-19]
Вб=В'б(w'1/w1)=0,83∙(49,8/50)=0,828 Тл
3.17 Предварительное значение номинального фазного тока [11-40]
А
3.18 Уточненная линейная нагрузка статора [9-21]
А/см
3.19 Среднее значение магнит. индукции в спинке статора [табл.9-13]
Вс1=1,65 Тл
В'з1max=1,7∙0,95=1,615 Тл
3.21 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора [9-22]
t1=π∙D1/z1=3.14∙413/60=21,6 мм
3.22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте [9-47]
b'з1min= мм
3.23 Предварительная ширина полуоткрытого паза в штампе [9-48]
b'п1=t1min-b'з1min=21,6-11,7=9,9 мм
3.24 Высота спинки статора [9-24]
hc1= мм
3.25 Высота паза [9-25]
hn1=(Dн1-D1)/2-hc1=(590-413)/2-49,3=39,2 мм
3.26 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по высоте [прил. 28]
hи=6,5 мм
3.27 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по ширине [прил. 28]
2bи=2,2 мм
3.28 Высота шлица [§ 9-4]
hш=1,0 мм
3.29 Высота клина [§ 9-4]
hк=3,5 мм
3.30 Ширина зубца в наиболее узком месте [§ 9-4]
b'з1min=10 мм
3.31 Предварительная ширина паза в штампе [9-48]
b'п1=t1min-b'з1min=21,6-10=11,6 мм
3.32 Припуск на сборку сердечника по ширине [§ 9-4]
bc=0,3 мм
3.33 Припуск на сборку сердечника по высоте [§ 9-4]
hc=0,3 мм
3.34 Количество эффективных проводников по ширине паза [§ 9-4]
Nш=2
3.35 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией [9-50]
b'эф=(b'n1-2bи1-bc)/Nш=(11,6-2,2-0,3)/2=4,56 мм
3.36 Количество эффективных проводников по высоте паза [9-52]
Nв=Nп1/Nш=10/2=5
3.37 Допустимая высота эффективного проводника [11-49] (с0=0,9)
а'эф=(с0∙hn1-hи-hk-hш-hс)/Nв=(0,9∙39,2-6,5-3,5-1-0,3)/5=4,8 мм
3.38 Площадь эффективного проводника [9-53]
S'эф=а'эф∙b'эф=4,8∙4,56=21,9 мм2
3.39 Количество элементарных проводников в одном эффективном [§ 9-4]
с=3
3.40 Меньший размер неизолированного элементарного провода [9-54]
а'=(а'эф/са)-Δи=4,8/3-0,15=1,45 мм
где Δи=0,15 мм – двухсторонняя толщина изоляции провода [прил. 3]
3.41 Больший размер неизолированного элементарного провода [9-55]
b'=(b'эф/сb)-Δи=4,56/1-0,15=4,41 мм
3.42 Размеры провода [прил. 2]
а × b=1,4 × 4,5 мм
S=6 мм2
bn1=Nш∙сb(b+Δи)+2∙bи1+bс=2∙1(4,5+0.15)+2,2+0,3=11,8 мм
3.44 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]
bз1min=t1min -bn1=21,6-11,8=9,8 мм
3.45 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора [9-59]
Вз1max=t1∙Bб/(bз1minkc)=21,6∙0,828/(9,8∙0,95)=1,92 Тл
3.46 Размер основной обмотки статора по высоте паза [11-50]
hп.о=Nв.осо.в(а+Δи.а)+hи.о=5∙3(1,4+0,15)+4,5=27,75 мм
3.47 Изоляция обмотки статора [прил. 28]
hи.д=2 мм
3.48 Размер дополнительной обмотки статора по высоте паза [11-51]
hп.д=Nв.дсд.в(а+Δи.а)+hи.д=1∙3(1,4+0,15)+2=6,65 мм
3.49 Уточненная высота паза статора в штампе [11-52]
hп1=hп.о+hп.д+hк+hш+hс=27,75+6,65+3,5+1,0+0,3=39,2 мм
3.50 Среднее зубцовое деление статора [9-40]
tср1=π(D1+hп1)/z1=3,14(413+39,2)/60=23,8 мм
3.51 Средняя ширина катушки обмотки статора [9-41]
bср1=tср1∙уп1=23,8∙12=284,1 мм
ℓл1=1,3∙bср1+hп1+50=1,3∙284,1+39,2+50=458,6 мм
3.53 Средняя длина витка обмотки [9-43]
ℓср1=2∙(ℓ1+ℓл1)=2∙(140+458,1)=1197 мм
3.54 Длина вылета лобовой части обмотки [9-63]
ℓв1=0,4∙bср1+hп1/2+25=0,4∙284,1+39,2/2+25=158,3 мм
3.55 Плотность тока в обмотке статора [9-39]
J1=I1/(S∙c∙a1)=180,4/(6∙3∙2)=5,0 А/мм2
3.56 Определяем значение А1*J1
А1*J1=417,2∙5,0=2090,7 A2/(cм∙мм2)
3.57 Допустимое значение (А1*J1)доп [рис. 11-12]
(А1*J1)доп=3100>2090,7=А1*J1
4.1 Суммарная площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один по люс [11-53]
S2Σ=0,015∙τ∙А1/J1=0,015∙324,2∙417,2/5=405,0 мм2
4.2 Зубцовое деление полюсного наконечника ротора [§ 11-5]
t'2=21,6 мм
4.3 Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один по люс [11-54]
N'2=1+(bн.п-20)/t'2=1+(217-20)/21,6=11
4.4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки [11-55]
d'с=1,13 мм
4.5 Диаметр и сечение стержня [§ 11-5]
dс=6 мм; S=28,3 мм2
4.6 Определяем отношение h'н.п/d [§ 11-5]
h'н.п/dс=11/6=1,83≥1,7
4.7 Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника [§ 11-5]
bз2min=8 мм
4.8 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника [11-56]
t2=(bн.п – dc – 2bз2min)/(N2-1)=(217-6-2∙8)/(11-1)=19,5 мм
4.9 Диаметр круглой части паза полюсного наконечника [11-57]
dп2=dс+0,1=6+0,1=6,1 мм
4.10 Размеры шлица паза демпферной обмотки [§ 11-5]
bш2×hш2=3×3 мм
4.11 Предварительная длина стержня демпферной обмотки [11-58]
ℓ'ст=ℓ1+0,2∙τ=140+0,2∙324,2=205 мм
4.12 Площадь поперечного сечения [11-59]
S'с=0,5S2Σ=0,5∙405,0=202,5 мм2
4.13 Высота короткозамыкающего сегмента [§ 11-5]
h'с≥2∙dс=2∙6=12 мм
4.14 Ширина короткозамыкающего сегмента [§ 11-5]
ℓ'с≥0,7∙dс=0,7∙6=4,2 мм
4.15 Уточненные размеры и сечение короткозамыкающего сегмента [прил. 2]
hc×ℓс=12,5×4,25 мм
Sс= 52,27 мм2.
5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора [11-60]
Sб=α'∙τ(ℓ'1+2∙б)=0,66∙324,2∙(140+2∙2,3)=30960 мм2
5.1.2 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре [11-61]
Вб=Ф∙106/Sб=0,024∙106/30960=0,773 Тл
5.1.3 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора [9-116]
кб1=1+
5.1.4 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора [9-117]
кб2=1+
5.1.5 Коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных каналов [§ 9-7]
кк=1
5.1.6 Общий коэффициент воздушного зазора [9-120]
кб=кб1∙кб2∙кк=1,14∙1,033∙1=1,18
5.1.7 МДС для воздушного зазора [9-121]
Fб=0,8∙ б∙кб∙Вб∙103=0,8∙1,18∙2,3∙0,773 ∙103=1678 А
5.2.1 Зубцовое деление статора в минимальном сечении зубца [9-46]
t1min=π∙ (D1+2∙hш1+2∙hk)/z1=3,14∙(413+2∙1+2∙3,5)/60=22,08 мм
5.2.2 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]
t1max=π∙ (D1+2∙hп)/z1=3,14∙(413+2∙39,2)/60=25,72 мм
5.2.3 Ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]
bз1min= t1min – bп1=22,08-11,8=10,28 мм
5.2.4 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]
bз1max= t1max – bп1=25,72-11,8=13,92 мм
5.2.5 Ширина зубца в средней части [9-130]
bз1ср=( bз1min + bз1max)/2=(10,28+13,92)/2=12,1 мм
Вз1max=t1∙Bб/(bз1minkc)=21,6∙0,773/(10,28∙0,95)=1,72 Тл
Вз1max=t1∙Bб/(bз1maxkc)=21,6∙0,773/(13,92∙0,95)=1,27 Тл
Вз1ср=t1∙Bб/(bз1срkc)=21,6∙0,773/(12,1∙0,95)=1,46 Тл
kз1max=[t1min/(bз1minkc)]-1=[25,72/(10,28∙0,95)]-1=1,26
kз1min=[t1max/(bз1maxkc)]-1=[22,08/(13,92∙0,95)]-1=0,94
Hз1max= 20 А/см
Hз1min= 6,77 А/см
Hз1ср= 10,2 А/см
Hз1 = (Hз1max + 4∙Hз1ср+ Hз1min)/6=(20+4∙10,2+6,77)/6=11,3 А/см
Lз1=hп1=39,2 мм
5.2.16 МДС для зубцов [9-125]
Fз1=0,1∙Нз1∙Lз1=0,1∙39,2∙11,3=44,3 А
5.3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора [11-66]
Sc1=hc1∙ℓc1∙kc=49,3∙140∙0,95=6557 мм2
5.3.2 Расчетная магнитная индукция [11-67]
Вс1=Ф∙106/2(Sc1)=0,024∙106/(2∙6557)=1,82 Тл
5.3.3 Напряженность магнитного поля [прил. 12]
Нс1=38,0 А/см
5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока [9-166]
Lс1=π(Dн1-hс1)/(4р)=3,14(590-49,3)/(2∙4)=212,3 мм
5.3.5 МДС для спинки статора [11-68]
Fс1=0,1∙Нс1Lс1=0,1∙38∙212,3=807 А
5.4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника [11-69]
Вз2= Тл
5.4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника [при л. 21]
Нз2=11,3 А/см
5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника [11-70]
Lз2=hш2+dп2=3+6,1=9,1 мм
5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника [11-71]
Fз2=0,1Hз2Lз2=0,1∙11,3∙9,1=10,3 А
5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника [11-72]
b''п=0,5(b'н.п – bп)=0,5(206,6-115,1)=45,7 мм
5.5.2 Высота полюсного наконечника [11-83]
hн=(2hн.п+h'н.п)/3=(2∙40+11)/3=30,3 мм
5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконеч ников [11-84]
ан.п=[π(D1-2б''-h'н.п)/2р]-b'н.п=[3,14(413-2∙2,3-11)/(2∙2)]-206,6=104,3 мм
5.5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния [11-85]
λн.п==
=
5.5.5 Длина пути магнитного потока в полюсе [11-87]
Lн=h'п+0,5hн.п – Lз2=95,8+0,2∙40-9,1=106,7 мм
5.5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов [11-88]
λп.с==
5.5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полю сов [11-89]
λп.в=37∙bп/ℓп=37∙115,1/155=27,5
5.5.8 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов [11-90]
λп=λн.п+λп.с+λп.в=40,6+78+27,5=146,2
5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора [11-91]
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=1678+44,3+807=2530 А
5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов [11-92]
Фσ=4∙λп∙ℓн.п∙Fбзс∙10-11=4∙146,2∙155∙2530 ∙10-11=0,0023 Вб
5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока [11-93]
σ=1+Фσ/Ф=1+0,0023/0,024=1,096
5.5.12 Расчетная площадь попер-го сечения сердечника полюса [11-94]
Sп=ксℓпbп=0,98∙115,1∙155=17500 мм2
5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса [11-95]
Фп=Ф+Фσ=0,024+0,0023=0,0262 Вб
5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса [11-96]
Вп=Фп/(Sп∙10-6)=0,0262/(17500 ∙10-6)=1,5 Тл
5.5.15 Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса [прил. 21]
Нп=28,9 А/см
5.5.16 Длина пути магнитного потока в полюсе
Lп=Lн=106,7 мм
5.5.17 МДС для полюса [11-104]
Fп=0,1∙Lп∙Нп=0,1∙106,7∙28,9=308,4 А
5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора [11-105]
Sс2=ℓ2∙h'с2∙кс=155∙68,4∙0,98=10390 мм2
5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора [11-106]
Вc2=σ∙Ф∙106/(2∙Sс2)=1,096∙0,024∙106/(2∙10390)=1,26 Тл
5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора [прил. 21]
Нc2=14,6 А/см
5.6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора [11-107]
Lс2=[π(D2+2hc2)/(4p)]+0,5h'с2=[3,14(101,4+2∙17,7)/(4∙2)+0,5∙68,4=87,9 мм
5.6.5 МДС для спинки ротора [9-170]
Fc2=0,1∙Lc2∙Hc2=0,1∙87,9∙14,6=128,4 А
5.7.1 Зазор в стыке [11-108]
бп2=2ℓп∙10-4+0,1=2∙155∙10-4+0,1=0,131 мм
5.7.2 МДС для зазора в стыке между сердечником полюса и п. н. [11-110]
Fп2=0,8бп2Вп∙103=0,8∙0,131∙1,5∙103=157 А
5.7.3 Суммарная МДС для полюса и спинки ротора, [11-117]
Fпс=Fп+Fс2+Fп2+Fз2=308,4 +128,4+157 +10,3 =604 А
5.8.1 Суммарная МДС магнитной цепи (на один полюс) [11-111]
FΣ(1)= Fбзс +Fпс=2530+604=3133,4 А
5.8.2 Коэффициент насыщения [11-112]
кнас=FΣ/(Fб+Fп2)= 3133,4 /(1678+157)=1,7
|
1,3 |
0,0311 |
300,2 |
F, A |
2182 |
163 |
2824 |
22,2 |
1750 |
204 |
413 |
5168,8 |
1,65 |
0,0129 |
0,54 |
0,044 |
1,84 |
0,0406 |
1,7 |
2389 |
0,763 |
7558,3 |
2,412 |
|
|
Н,А/см |
- |
41,6 |
133 |
24,4 |
164 |
- |
47 |
||||||||||||||||
|
В, Тл |
1,0 |
1,9 |
2,37 |
1,45 |
1,89 |
1,95 |
1,64 |
||||||||||||||||
|
1,2 |
0,0287 |
277,1 |
F, A |
2014 |
87 |
2506 |
16 |
1035 |
188 |
263 |
4606 |
1,47 |
0,0117 |
0,49 |
0,0405 |
1,69 |
0,0373 |
1,561 |
1502 |
0,48 |
6109 |
1,95 |
|
|
Н,А/см |
- |
22,2 |
118 |
17,6 |
97 |
- |
29,9 |
||||||||||||||||
|
В, Тл |
0,93 |
1,75 |
2,19 |
1,34 |
1,74 |
1,8 |
1,51 |
||||||||||||||||
|
1,1 |
0,0263 |
254 |
F, A |
18,46 |
57 |
2208 |
12,5 |
437 |
173 |
175 |
4111,1 |
1,312 |
0,0105 |
0,438 |
0,0368 |
1,538 |
0,0368 |
1,538 |
798,5 |
0,255 |
4909,6 |
1,567 |
|
|
Н,А/см |
- |
14,5 |
104 |
13,7 |
41 |
- |
20 |
||||||||||||||||
|
В, Тл |
0,85 |
1,6 |
2 |
1,23 |
1,6 |
1,65 |
1,39 |
||||||||||||||||
|
Таблица 5.1 Результаты характеристик холостого хода |
1 |
0,0239 |
230,9 |
F, A |
1678 |
40 |
807 |
10,3 |
308,4 |
157 |
128,4 |
2525 |
0,81 |
0,00644 |
0,269 |
0,0304 |
1,269 |
0,0304 |
1,269 |
604 |
0,193 |
3130 |
1,0 |
|
Н,А/см |
- |
10,2 |
38 |
11,3 |
28,9 |
- |
14,6 |
||||||||||||||||
|
В, Тл |
0,77 |
1,46 |
1,82 |
1,12 |
1,5 |
1,5 |
1,26 |
||||||||||||||||
|
0,5 |
0,012 |
115,5 |
F,A |
839 |
10,1 |
50 |
4,1 |
67 |
78,5 |
45 |
900 |
0,284 |
0,0023 |
0,0958 |
0,0143 |
0,596 |
0,0143 |
0,596 |
195,4 |
0,0624 |
1094,5 |
0,35 |
|
|
Н,А/см |
- |
2,57 |
2,35 |
4,52 |
6,32 |
- |
5,16 |
||||||||||||||||
|
В, Тл |
0,39 |
0,73 |
0,91 |
0,56 |
0,75 |
0,75 |
0,63 |
||||||||||||||||
|
Ф, Е о.е. |
Ф, Вб |
Е, В |
Коэфф. |
Kб=1,18 |
Kс=0,95 |
Kс=0,95 |
Kс=0,98 |
Kс=0,98 |
Kс=0,98 |
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1 |
Fбзс*= Fбзс / FΣ(1) , о.е. |
Фσ=1,73 10-6 Fбзс , Вб |
Фσ*= Фσ / Ф(1) , о.е. |
ФП1=Ф+ Фσ, Вб |
ФП1*= ФП1 / Ф(1) , о.е. |
ФП.СР=0,5( ФП 1+ ФП 2) , Вб |
ФП.СР*= ФП.СР / Ф(1) , о.е. |
Fпс=Fп+Fс2+Fз2= |
FПС*= FПС / FΣ(1) , о.е. |
FΣ= Fбзс+FПС |
FΣ 0= FΣ / FΣ(1) |
||
|
Площадь поперечного сечения участка, мм |
30960 |
- |
6560 |
- |
17500 |
17500 |
10390 |
||||||||||||||||
|
Средняя длина пути магнитного потока, мм |
2,3 |
39,2 |
212,3 |
9,1 |
106,7 |
0,1 |
87,9 |
||||||||||||||||
|
Наименование участка |
Зазор м/д сердеч статора и полюс наконечником |
Зубцы статора |
Спинка статора |
Зубцы полюсного наконечника |
Сердечник полюса |
Зазор в стыке пол. и серд. ротора |
Спинка ротора |
Рисунок 5.1 Характеристика холостого хода генератора
Таблица 5.2 Нормальная характеристика холостого хода генератора [§ 11-6]
|
E*=E/U1, о.е. |
0 |
0,5 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
|
F*=F∑/F∑(1), о.е. |
0 |
0,47 |
1,0 |
1,17 |
1,4 |
2,0 |
6.1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20 0С [9-178]
r1= Ом
6.2 Активное сопротивление в относительных единицах [9-179]
r1*=r1I1/U1=0,0292∙180,4∙/400=0,0228 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 [рис. 9-9, табл. 9-21]
bп1=11,8 мм; hш1=1 мм; hк1=3 мм; h2=1,9 мм; hп1=39,2 мм; h3=1 мм; h4=1 мм;
h1=32,3 мм; bш1=0,6∙bп1=0,6∙11,8=7,08 мм
6.6 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага [9-181, 9-182]
кβ1=0,4+0,6β1=0,4+0,6∙0,8=0,88
к'β1=0,2+0,8β1=0,2+0,8∙0,8=0,84
6.7 Коэффициент проводимости рассеяния [9-186]
λп1=
6.8 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния [11-118]
λд1=
6.9 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки [9-191]
λл1=.
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=0,1
6.12 Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов [11-119]
λк=
6.13 Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора [11-121]
λ1=λп1+λл1+λд1+λк=1,344+3,55+0,426+0,24=5,56
6.14 Индуктивное сопротивление обмотки статора [9-193]
хσ=1,58∙f1∙ℓ1∙w21∙λ1/(p∙q1∙108)=1,58∙50∙140∙502∙5,56/(2∙5∙108)=0,154 Ом.
6.15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора [9-194]
хσ*=хσ∙I1/U1=0,154∙180,4∙/400=0,12 о.е.
6.16 Проверка правильности определения хσ* [9-195]
хσ*= о.е.
Рисунок 7.1 Частичные характеристики намагничивания Е; Ф=f(Fδзс), Фп=f(Fпс), Фσ=f(Fδзс)
Рисунок 7.2 Векторная диаграмма Блонделя
7.1 ЭДС, индуктированная магнитным потоком воздушного зазора (рис. 7.2)
Eб*=1,076 о.е.
7.2 МДС для воздушного зазора и статора (рис. 7-1)
Fб*=0,75 о.е.
7.3 МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора (рис. 7-1)
Fбзс*=0,98 о.е.
7.4 Предварительный коэффициент насыщения магнитной цепи статора [11-126]
к'нас=Fбзс/Fб=0,98/0,75=1,31
æd=0,94; æq=0,58; æqd=0,0032
7.6 Коэффициенты реакции якоря [табл. 11-4]
каd=0,86; каq=0,4
7.7 Коэффициент формы поля реакции якоря [§ 11-8]
кФа=1
7.8 Амплитуда МДС обмотки статора [11-125]
Fa=0,45m1w1коб1I1кфа/р=0,45∙3∙50∙0,91∙180,4∙1/4=5560 А
7.9 Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах [11-127]
Fа*= о.е.
7.10 Поперечная составляющая МДС реакции якоря, с учетом насыщения, от несенная к обмотке возбуждения [11.128]
Faq*/cosψ=æqkaqFa*=0,58∙0,4∙1,77= 0,412о.е.
7.11 ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС
Eaq/cosψ=0,225 о.е.
7.12 Направление вектора ЭДС Ебd, определяемое построением вектора Еaq/cosψ
ψ=49,75˚; cosψ=0,646; sinψ=0,763
7.13 Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля [11-130]
F'ad*=ædkadFa*sinψ+kqdFa*cosψτ/δ=
=0,94∙0,86∙1,8∙0,763+0,0032∙1,8∙0,646∙324,2/2,3=1,6 о.е.
7.14 Продольная составляющая ЭДС (рис. 7.2)
Eбd*=Фбd*=1,062 о.е.
7.15 МДС по продольной оси (рис. 7.1)
Fбd*=0,8 о.е.
7.16 Результирующая МДС по продольной оси [11-131]
Fба*=Fбd*+F'ad*=0,8+1,6=2,41 о.е.
7.17 Магнитный поток рассеяния (рис. 7.1)
Фσ*=0,83 о.е.
7.18 Результирующий магнитный поток [11-132]
Фп*=Фбd*+Фσ*=1,062+0,83=1,9 о.е.
7.19 МДС, необходимая для создания магнитного потока (рис. 7-1)
Fпс*=1,0 о.е.
7.20 МДС обмотки возбуждения при нагрузке [11-133]
Fп.н*=Fба*+Fпс*=2,41+1,0=3,41 о.е.
7.21 МДС обмотки возбуждения при нагрузке [11-134]
Fп.н=Fп.н*FΣ(1)=3,41∙3133,4 =10691,5 А
8.1 Напряжение дополнительной обмотки статора [11-135]
Uд=U1∙wd/w1=400∙5/50=40 В
8.2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения [11-136]
ℓ'ср.п=2,5(ℓп+bп)=2,5(155+115,2)=675,5 мм
8.3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки воз буждения [11-173]
S'= мм2
8.4 Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения [рис. 11-21]
J'п=3,6 А/мм2
8.5 Предварительное количество витков одной полюсной катушки [11-138]
w'п=
8.6 Расстояние между катушками смежных полюсов [11-139]
ак= мм
По [§ 11-9] принимаем многослойную катушку из изолированного медного провода прямоугольного сечения марки ПСД.
8.7 Размера проводника без изоляции [прил. 2]
a×b=3,15×7,1 мм;
S=21,82 мм2
8.8 Размера проводника с изоляций [прил. 3]
a'×b'=3,48×7,54 мм
8.9 Предварительное наибольшее количество витков одном слое [11-140]
N'в=(hп-hпр)/(1,05b')=(95,8-2∙5)/(1,05∙7,54)=10,8
8.10 Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной катушки [11-141]
N'ш= w'п/ N'в=161/10,8=14,9
8.11 Раскладка и уточнение числа витков катушки [рис. 11-22 а]
4 слоев по 12 витков
4 слоя по 10 витков
4 слоя по 8 витков
4 слоя по 6 витков
4 слоя по 4 витка
Nш=20; wп=160; Nв=12
8.12 Размер полюсной катушки по ширине [11-142]
bк.п=1,05 Nш a'=1,05∙20∙3,48=73 мм
8.13 Размер полюсной катушки по высоте [11-143]
hк.п=1,05 Nвb'=1,05∙12∙7,54=95 мм
8.14 Средняя длина витка катушки [11-144]
ℓср.п=2(ℓп+bп)+π(bк+2(bз+ bи))=2(155+115,2)+3,14(73+3,4)=780,3 мм
8.15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке [11-153]
Iп.н=Fп.н/wп=10691,5/160=66,8 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)=66,8/(1∙21,82)=3,06А/мм2
8.18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения [11-155]
Lп=2рwпℓср.п∙10-3=2∙2∙160∙780,3∙10-3=500 м
8.19 Масса меди обмотки возбуждения [11-156]
mм.п=8,9LпS∙10-3=8,9∙500∙21,82∙10-3=97 кг
8.20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20˚ С [11-157]
rп=Lп/ρм20апS=500/57∙1∙21,82=0,4 Ом
8.21 Максимальный ток возбуждения [11-158]
Iп max=Uп/(rпmт)=(40-2)/(0,4∙1,38)=68,6 А
8.22 Коэффициент запаса возбуждения [11-159]
Iп max/Iп.н=68,6/66,8=1,026
8.23 Номинальная мощность возбуждения [11-160]
Рп=Uп∙Iп max = (40-2)∙68,6=2606 Вт
9.1.1 Коэффициент насыщения при Е=0,5 (табл. 5-1), [11-161]
кнас(0,5)=
9.1.2 МДС для воздушного зазора при Е=1,0 (табл. 5-1)
Fб(1)*= 1678 о.е.
9.1.3 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря [11-162]
хad*= о.е.
9.1.4 Коэффициент поперечного реакции якоря [табл. 11-4]
кaq=0,4
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*+хσ*=2,39+0,12=2,51 о.е.
9.1.7 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси [11-165]
хq*=хaq*+хσ*=1,21+0,12=1,33 о.е.
9.2.1 Активное сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора [11-166]
о.е.
9.2.2 Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки воз буждения [11-167]
λпΣ=λн.п+0,65λп.с+0,38λп.в=40,6+0,65∙78+0,38∙27,5=101,8
9.2.3 Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения [11-168]
хп*=1,27кadхad*(1+
о.е.
9.2.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения [11-169]
хпσ*=хп* - хad*=2,75-2,39=0,36 о.е.
9.3.1 Относительное зубцовое деление демпферной обмотки [11-170]
t2*=πt2/τ=3,14∙19,5/324,4=0,189 о.е.
9.3.2 Коэффициент распределения демпферной обмотки [11-171]
кр2=
9.3.3 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам по люсного наконечника [11-172]
λдз=t2/(gдб)=19,5/(16,5∙2,3)=0,51
9.3.4 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов [11-173]
λdп=(0,785-.
Сd=1,2; Cq=3,0
9.3.6 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по продольной оси [11-174]
λдлd=0,019τCd/N2=0,019∙324,4∙1,2/11=0,672
9.3.7 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по поперечной оси [11-175]
λдлq=0,019τCd/N2=0,019∙324,4∙3/11=1,68
9.3.8 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси [11-176]
λдd=
9.3.9 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси [11-177]
λдq=
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 μ0=4π∙10-7 Гн/м – магнитная проницаемость воздуха;
ρ2(t)=ρк(t)=0,0242 – удельное сопротивление стержня и сегмента при t=155 0C.
9.3.13 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси [11-182]
rcq*=0,75rcd*=0,75∙0,0743=0,0557 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*=1,5∙0,1=0,15 о.е.
9.3.16 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси [11-185]
rдd*=rcd*+rkd*=0,0743+0,1=0,175 о.е.
9.3.17 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси [11-186]
rдq*=rcq*+rkq*=0,0557+0,15=0,206 о.е.
9.4.1 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси [11-188]
x'd*=xσ*+ о.е.
9.4.2 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси [11-189]
х'q*=xq*=1,33 о.е.
9.4.3 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси [11-190]
x''d*=xσ*=о.е.
9.4.4 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси [11-191]
x''q*=xσ*+о.е.
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(0,168+0,149)=0,158 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=0,0228∙1,38=0,0314 о.е.
9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной [11-198]
Тd0=xп*/ω1rп*=2,75/0,0038∙2∙3,14∙50=2,29 с
9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной [11-199]
Т'd=Td0x'd*/xd*=2,29∙0,43/2,51=0,4 с
9.6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси [11-200]
Tдd0=с
9.6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси [11-201]
Tдq0= с
9.6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения [11-202]
T''d0=с
9.6.6 Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых обмотках возбуждения и статора [11-203]
T''d=T'''d0x''d*/x'd*=0,0067∙0,168/0,43=0,0026 с
9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора [11-204]
T''q=Tдq0x''q*/xq*=0,019∙0,149/1,33=0,0021 с
9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора [11-205]
Ta=x2*/ω1r1*=0,158/(2∙3,14∙50∙0,229)=0,022 с
10.1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]
t1max=π(D1-2hп)/z1=π(413-2∙39,2)/60=25,7 мм
10.2 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]
bз1max=t1max-bn1=25,7-11,8=13,9 мм
10.3 Ширина зубца в средней части [9-130]
bз1cp=(bз1min+bз1max)/2=(25,7+9,8)/2=11,9 мм
10.4 Расчетная масса стали зубцов статора [9-260]
mз1=7,8z1bз1срhn1ℓ1kc∙10-6=7,8∙60∙11,9∙39,2∙140∙0,95∙10-6=30 кг
10.5 Магнитные потери в зубцах статора [9-251]
Pз1=3В2з1срmз1=3∙1,462∙30=185,3 Вт
10.6 Масса стали спинки статора [9-261]
mc1=7,8π(Dн1-hc1)hc1ℓ1kc∙10-6=7,8∙3,14(590-49,3)∙49,3∙140∙0.95∙10-6=86,9 кг
10.7 Магнитные потери в спинке статора [9-255]
Рс1=3В2с1mc1=3∙1,822∙86,9=867,6 Вт
10.8 Амплитуда колебаний индукции [11-206]
В0=β0кбВб=0,25∙1,18∙0,773=0,228 Тл
10.9 Среднее значение удельных поверхностных потерь [11-207]
рпов=к0(z1n1∙10-4)1,5(0,1В0t1)2=4,5(60∙1500∙10-4)(0,1∙0,228∙21,6)2=9,19 Вт/м2
10.10 Поверхностные потери машины [11-208]
Рпов=2∙р∙τ∙α∙ℓпр∙пов∙кп∙10-6=2∙2∙324,4∙0,67∙150∙9,19∙0,6∙10-6=0,742 Вт
РсΣ=Рс1+Рз1+Рпов=185,3+867,6+0,742=1053,6 Вт
10.12 Потери в обмотке статора [11-209]
Рм1=m1∙I21∙r1∙mт+m1∙(I'пн/)2∙rд∙mт=
=3∙180,42∙0,029∙1,38+3∙(66,8/)2∙0,0029∙1,38=3949 Вт
10.13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора [11-214]
Рп=I2п.нrпmт+2Iп.н=66,82∙0,4∙1,38+2∙66,8=2608 Вт
10.14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке [11-215]
Рдоб=0,005Рн=0,005∙100000=500 Вт
10.15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию [11-210]
Р'мх=Рт.п+Рвен=8()2()3=8()2()3=1268 Вт
10.16 Потери на трение щеток о контактные кольца [11-212]
Рт.щ=2,6Iп.нD1n1∙10-6 =2,6∙66,8∙413∙1500∙10-6=107,6 Вт
10.17 Механические потери [11-217]
Рмх=Р'мх+Ртщ=1268+107,6=1375,6 Вт
РΣ=РсΣ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх=1053,6+3949+500+2608+1375,6=9486,1 Вт
10.19 КПД при номинальной нагрузке [11-219]
η=[1-РΣ/(Р2н+РΣ)] ∙100=[1-9486,1/(100000+9486,1)] ∙100=91,3 %
11.1 Повышение напряжения на зажимах генератора [11-220]
ΔU%=%==30%
11.2 Значение ОКЗ [11-227]
ОКЗ=Е'0*/хd*=1,2/2,51=0,478 о.е.
11.3 Кратность установившегося тока к.з. [11-228]
Ik/I1н=ОКЗ∙Iп.н*=0,478∙3,41=1,63 о.е.
11.4 Наибольшее мгновенное значение тока [11-229]
iуд=1,89/х''d*=1,89/0,168=11,3 о.е.
11.5 Статическая перегружаемость [11-223]
S=E'0о*kp/xd*cosφн=4,44∙1,02/2,51∙0,8=2,25 о.е.
11.6 Определяем ЭДС
Е'0*= 3 о.е.
11.7 Определяем уравнение [11-221]
Р*=(Е'0*/хd*)sinθ+0,5(1/хq*-1/xd*)sin2θ=
=3/2,51∙sinθ+0,5(1/1,33-1/2,51)sin2θ=1,2sinθ+0,18sin2θ
Рисунок 11.1 Угловая характеристика
12.1.1 Потери в основной и дополнительной обмотках статора [11-247]
Р'м1=m1mт'[I'12r1+(Iп.н/)2rд]=
=3ּ1,48ּ[180,42∙0,029+(66,8/)2∙0,003)=4235 Вт,
где m'т=1,48 – коэффициент для класса нагревостойкости изоляции F [§ 5-1]
12.1.2 Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора [9-379]
Sп1=πD1ℓ1=πּ413ּ140=181647 мм2
12.1.3 Условный периметр поперечного сечения [9-381]
П1=2(hn1+bп1)=2(39,2+11,8)=102 мм
12.1.4 Условная поверхность охлаждения пазов [9-382]
Sи.п1=z1П1ℓ1=60ּ102ּ140=856800 мм2
12.1.5 Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки [9-383]
Sл1=4πD1ℓв1=4ּ3,14ּ413ּ158,3=821305 мм2
12.1.6 Условная поверхность охлаждения генераторов без охлаждающих ребер на станине [9-384]
Sмаш=πDн1(ℓ1+2ℓв1)=3,14ּ590(140+2ּ158,3)=846142 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]
рп1= Вт/мм2,
где к=0,82 – 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]
ри.п1= Вт/мм2
12.1.9 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей об мотки [9-388]
рл1== Вт/мм2
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]
Δtп1= ºС,
где α1=14ּ10-5 Вт/(мм2ּград) – коэффициент теплоотдачи поверхности статора.
12.1.12 Односторонняя толщина изоляции в пазу статора [§ 9-13]
bи1=(bп1-Nшb)/2=(11,8-2∙4,5)/2=1,4 мм
Перепад температуры в изоляции паза и жестких катушек
Δtи.п1= ºС
12.1.13 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины [9-393]
Δtл1=рл1/α1=0,00395/14ּ10-5=28,2 ºС
12.1.14 Перепад температуры в изоляции лобовых частей из жестких катушек [9-395]
Δtи..л1=рл1=0,00395 ºС
12.1.15 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины [9-396]
Δt'1=(Δtп1+Δtи.п1)+(Δtл1+Δtи.л1) =
=(65,9+10,1)+(28,2+34,6) ºС
12.1.16 Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри машины [9-397]
Р'Σ=к(Р'м1+РсΣ)+Р'м1+Р'м2+РмхΣ+Рд=0,82(4235 Вт
12.1.17 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха [9-399]
Δtв= ºС
12.1.28 Среднее превышение температуры обмотки над температурой на ружного воздуха [9-400]
Δt1=Δt'1+Δtв=65,9+6=71,8 ºС
12.2.1 Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов [11-248]
Sп2=2∙р∙ℓср.п∙Пп=2∙2∙780,3∙154=48,1∙104 мм2
12.2.2 Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки [11-250]
рп=кРп/Sп2=0,9∙2608/48,1∙104 =0,0049 Вт/мм2
12.2.3 Коэффициент теплоотдачи катушки [§ 11-13]
αТ=(2,6+0,19∙v2)∙10-5=(2,6+0,19∙32,1)∙10-5=8,7∙10-5 Вт/(мм2 ˚С)
12.2.4 Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки [11-251]
Δtп.л=рп/αТ=0,0049/0,000087=56,2 ˚С
12.2.5 Перепад температуры в наружной и внутренней изоляции многослойных катушек из изолированных проводов [11-252]
Δtи.л=рп ˚С
12.2.6 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины [11-253]
Δt'п=Δtп.п+Δtи.п=56,2+6,1=62,3 ˚С
12.2.7 Среднее превышение температуры обмотки над температурой охлаждающего воздуха [11-254]
Δtп=Δt'п+Δtв=62,3+6=68,2 ˚С
Принята система вентиляции аксиальная [§ 11-13]
12.3.1 Необходимый расход воздуха [5-28]
Vв== м3/с
12.3.2 Эквивалентное аэродинамическое сопротивление воздухопровода [§ 11-13]
z1=200 Па∙с2/м
Dвен2=0,85D1=0,85∙413=351 мм
Dвен1=0,65D1=0,65∙413=268,5 мм
lл=0,13D1=0,13∙413=53,7 мм
Nл= Dвен2/20=351/20≈18
Vвен2= π∙Dвен2∙n/(6∙104)=3,14∙351∙1500/60000=27,6 м/с
Vвен1= π∙Dвен1∙n/(6∙104)=3,14∙268,5∙1500/60000=21,1 м/с
H0=ηа.о∙γ(V2вен2-V2вен1)=0,6∙1,23(27,62-21,12)=233,6 Па,
где ηа.о=0,6 – аэродинамический КПД вентилятора [§ 5-6];
γ = 1.23 кг/м3 – плотность воздуха.
Sвен=0,92π∙Dвен2∙lл∙10-6=0,92∙3,14∙351∙53,7∙10-6=0,0545 м2
Vв max=0,42∙Vвен2∙Sвен =0,42∙27,6∙0,0545=0,631 м3/с
Vв =Vв max м3/с
Па
13.1.1 Масса стали сердечника статора [11-255]
mс1Σ=mз1+mс1=29+86,9=115,9 кг
13.1.2 Масса стали полюсов [11-256]
mсп=7,8∙10-6ксℓп(bпh'п+ккbнпhнп)2р=
=7,8∙10-6∙0,98∙155(115,2∙95,8+0,8∙217,1∙40)∙4=85,2 кг
13.1.3 Масса стали сердечника ротора [11-257]
mс2=6,12кс10-6ℓ1[(2,05hс2+D2)2-D2]=
=6,12∙0,98∙10-6∙155[(2,05∙17,7+101,4)-101,4]=17,5 кг
13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора [11-258]
mсΣ=mс1Σ+mсп+mс2=115,9+85,2+17,5 =218,6 кг
13.1.5 Масса меди обмотки статора [11-259]
mм1=8,9∙10-6m1(a1w1ℓср1S0+adwdℓсрдSэфд)=
=8,9∙10-6∙3(3∙32∙1282,2∙4,075+4∙3∙1282,2∙4,0375∙2)=17,3 кг
13.1.6 Масса меди демпферной обмотки [11-260]
mм.д=8,9∙10-62р(N'2Sℓ'ст+b'н.пSс+0,6SсСп)=
=8,9∙10-6∙4(11∙28,3∙204,9+206,6∙52,27+0,6∙52,27∙2)=2,66 кг
13.1.7 Суммарная масса меди [11-261]
mмΣ= mм1+ mм.п +mмд =17,3+97+2,66=120,7 кг
13.1.8 Суммарная масса изоляции [11-262]
mи=(3,8D1,5н1+0,2Dн1ℓ1)10-4=(3,8∙5901,5+0,2∙590∙140)∙10-4=7,1 кг
13.1.9 Масса конструкционных материалов [11-264]
mк=АDн1+В=0,32∙590+400=588,8 кг
mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=218,6+120,7+7,1+588,8=935,2 кг
13.2.1 Радиус инерции полюсов с катушками [11-266]
Rп.ср=0,5[(0,5D21+(0,85÷0,96)(0,5D2+hc2)2]∙10-6 =0,5[(0,5∙4132+0,85(0,5∙101,4+17,7)2]∙10-6=0,0446 м
13.2.2 Динамический момент инерции полюсов с катушками [11-267]
Jп=(mс.п+mм.п+mм.д)4R2п.ср=(85,2+97+2,66)4∙0,04462=1,47 кг∙м2
13.2.3 Динамический момент инерции сердечника ротора [11-268]
Jс2=0,5mс2∙10-6[(0,5D2+hс2)2-(0,5D2)2]=
=0,5∙17,5∙10-6[(0,5∙101,4+17,7)2-(0,5∙101,4)2]=0,0185 кг∙м2
13.2.4 Масса вала [11-269]
mв=15∙10-6∙ℓ1∙D22=15∙10-6∙140∙101,42=21,6 кг
13.2.5 Динамический момент инерции вала [11-270]
Jв=0,5mв(0,5D2)210-6=0,5∙21,6∙(0,5∙101,4)2∙10-6=0,0278 кг∙м2
13.2.6 Суммарный динамический момент инерции ротора [11-271]
Jи.д=Jп+Jc2+Jв=1,47+0,0185+0,0278=1,519 кг∙м2
1. О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко Проектирование электрических машин: Учеб. для втузов – М.: Высш. шк., 1984.
2. Копылов И.П. Электрические машины/ И.П. Копылов. – М.:Высш. шк., 2004.
3. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования/ О.Д. Гольдберг, О.Б.Буль, И.С. Свириденко, С.П. Хелемская; под. ред. О.Д. Гольдберга. – М.: Высш. шк., 2001.
4. Электрооборудование электрических станций и подстанций/ Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова. – М.: Изд. центр «Академия», 2004.