Ориентировочный график выполнения проекта

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Учебное пособие

к курсовому проекту по электромеханике

Министерство образования и науки Российской Федерации

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Учебное пособие

к курсовому проекту по электромеханике

Учебное пособие содержит краткое изложение основных теоретических положений по проектированию синхронного генератора общепромышленного применения и пример проектировочного расчёта синхронного генератора.

Предназначено для студентов третьего курса очной формы обучения специальностей: 140106, 140203, 140211, 140601, 140602, 140604, 140204, а также для студентов вечерней и заочной форм обучения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 4

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА.................................. 5

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА.................. 7

1. Выбор главных размеров активной части генератора............ 7

2. Выбор типа обмотки и расчёт зубцовой зоны статора......... 14

3. Выполнение сегментировки статора....................................... 16

4. Расчёт размеров пазов и ярма статора, параметров обмотки статора............................................................................................................ 17

5. Выбор воздушного зазора, определение размеров полюсов ротора 24

6. Расчёт демпферной обмотки..................................................... 27

7. Расчёт магнитной цепи............................................................... 29

8. Определение МДС реакции якоря........................................... 36

9. Определение параметров обмотки статора для установившегося режима работы............................................................................................... 37

10. Расчёт МДС обмотки возбуждения при нагрузке.
Векторная диаграмма..................................................................... 40

11. Расчёт обмотки возбуждения................................................. 42

12. Определение параметров и постоянных времени обмоток 46

13. Расчёт массы активных материалов...................................... 51

14. Определение потерь и КПД.................................................... 52

15. Расчёт и построение основных характеристик.................... 53

16. Расчёт токов короткого замыкания....................................... 55

17. Построение схем трёхфазных двухслойных статорных обмоток 56

ПРИМЕР РАСЧЁТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.................................. 62

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................................................. 103

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование электрической машины – задача неоднозначная, так как число исходных расчетных уравнений, описывающих электромагнитные связи в ней, меньше числа неизвестных величин. Потому номинальные данные могут быть обеспечены при различных соотношениях основных размеров и электромагнитных нагрузок машины. Оптимальный результат в значительной мере зависит от опыта проектировщика и достигается обычно при сопоставлении нескольких вариантов. В качестве универсального критерия оптимальности наиболее часто принимают минимум суммарных затрат, т.е. стоимость материалов, затрат на изготовление и эксплуатацию. Затраты на эксплуатацию, в свою очередь, зависят от КПД, коэффициента мощности, качества, ремонтопригодности и ряда других факторов.

В предлагаемом учебном пособии поставлена задача – ознакомить студента с основными принципами электромагнитных и тепловых расчетов синхронных генераторов средней мощности общепромышленного применения.

В основной части пособия представлены краткие указания по проектированию, которые содержат необходимые пояснения и рекомендации в виде таблиц и графиков и отражают накопленный опыт проектирования синхронных машин. При этом решения, принимаемые на основе имеющегося опыта электромашиностроения, обычно приводят к результатам, близким к оптимальным.

В конце пособия приведен пример проектирования синхронного генератора.

Предполагается, что основные механические расчеты (например, расчет вала, выбор подшипников и др.) студент освоил в курсовом проекте по деталям машин.

Пособие представляет лишь сводку основных правил проектирования и ни в коей мере не заменяет учебников, в которых эти правила обоснованы. В нём отсутствуют описания конструкций генераторов, характеристик активных, конструктивных и изоляционных материалов и т.д. Поэтому приведенный в пособии объем информации достаточен для расчета варианта генератора, но не достаточен для защиты курсового проекта.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА

Проект состоит из расчетной и графической частей. Расчетная часть оформляется в виде пояснительной записки на листах нелинованной бумаги формата 297x210 мм. Поля следует оставлять шириной 25–30 мм слева, 15 мм сверху, 10 мм справа и снизу каждого листа. Допускается отчёркивание полей указанных размеров справа и слева, а также заключение текста в рамку. Нумерация страниц – сквозная, в правом верхнем углу листа, причем титульный лист считается первым, лист задания – вторым, но номера на них не проставляются. Для каждой формулы обязательна ссылка на источник с указанием страницы и номера формулы. За титульным листом следует задание на проект. После задания располагают оглавление, обычно состоящее из следующих разделов: введение; основная часть; заключение; список использованных источников; приложения. За оглавлением следует основное содержание расчетно-пояснительной записки. При выполнении курсового проекта на компьютере следует соблюдать следующие требования: Times New Roman, размер не ниже 12 пт, межстрочный интервал – полуторный.

Графическая часть проекта выполняется карандашом или средствами компьютерной графики (с использованием пакетов КОМПАС, Teflexcad, Autocad и др.) на стандартном листе чертежной бумаги.

При выполнении курсового проекта чертёж выполняется на листе формата 594×841 и должен содержать продольный и поперечный разрезы спроектированной машины. На чертеже обязательно должны быть указаны габаритные и установочные размеры, величина воздушного зазора, а также внешний и внутренний диаметры и длины магнитопроводов.

При выполнении курсовой работы на листе размером 297×420 мм (формат А3) или 297×631 (увеличенный формат A3) выполняются продольный (продольное сечение статора и ротора) и поперечный (1/4 поперечного сечения активной части) разрезы генератора. На указанных разрезах проставляются основные размеры: на продольном – длина пакета сердечника статора, ширина вентиляционного канала, длина сердечника статора, длина сердечника ротора; на поперечном – внутренний и внешний диаметры сердечника статора, высота ярма, высота и ширина паза, зубцовое деление статора, воздушный зазор под центром полюса и зазор под краем полюса, высота и ширина полюса, минимальное расстояние между катушками возбуждения. На поперечном сечении необходимо показать участки, на которые разбивается замкнутый контур при расчёте магнитной цепи генератора.

Все остальные чертежи, эскизы и графики вычерчиваются на бумаге форматов 297x210, 297x420 и т.д. (допускается использование миллиметровой бумаги) и вносятся в пояснительную записку в логической последовательности. К их числу относятся схема обмотки статора, чертеж зубцового деления статора с конструкцией изоляции и обмотки, выполненный в увеличенном масштабе, со спецификацией паза, эскиз квадранта магнитной цепи, характеристики и диаграммы.

Исходные данные для проектирования

В качестве базовых вариантов конструкции предлагается использовать серийно выпускаемые генераторы серии СГ2 или СГД2.

Конструктивное исполнение генератора СГ2 по способу монтажа – IM1001 (генератор на лапах с двумя подшипниковыми щитами и горизонтальным валом, конец вала – цилиндрический), степень защиты генератора – IP23 (защищённая), способ охлаждения – ICA01 (с самовентиляцией).

Конструктивное исполнение генератора СГД2 по способу монтажа – IM7311 (генератор со стояковыми подшипниками на приподнятых лапах, с горизонтальным валом, конец вала – цилиндрический), степень защиты – IP11 (защищённая), способ охлаждения – ICA01 (с самовентиляцией). Частота тока – 50 Гц, cosφ = 0,8 (отстающий ток), режим работы – продолжительный, соединение трёхфазной обмотки в звезду.

Основные исходные данные (номинальные параметры): номинальная мощность , линейное напряжение и частота вращения задаются преподавателем.

Рис. 1.1

Число пар полюсов р и полюсное деление τ, м, равны соответственно

Предварительное значение внешнего диаметра статора D_a , м,

D_a=k_ДD.

Значения k_Д в зависимости от 2р приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

2р
kД	1,43–1,52	1,38–1,45	1,35–1,4	1,3–1,36	1,28–1,33	1,25–1,3
2р						32 и более
kД	1,22–1,28	1,2–1,26	1,18–1,25	1,16–1,22	1,15–1,2	1,14–1,18

Полученное значение D_a округляют до ближайшего нормализованного диаметра (табл. 1.2). От выбранного диаметра D_a зависят габариты и высота оси вращения h проектируемой машины.

В случае корректировки D_a следует произвести пересчёт диаметра D и полюсного деления τ:

D = D_a/k_Д ;

,

в этом случае для k_Д берут среднее значение при данном 2р.

Расчетная длина l_δ машины, м,

Габарит	Da , мм	h, мм

где α_δ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия (определяется по рис. 1.2); k_B – коэффициент формы поля (рис. 1.2);

k_об1 – обмоточный коэффициент обмотки статора; А – линейная нагрузка статора, А/м; В_δн – максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл.

Рис. 1.2

Так как и k_B зависят от размеров и конфигурации полюсного наконечника, а также воздушного зазора δ и полюсного деления τ и пока неизвестны, то предварительно можно принять α_δ=

= 0,65–0,68; k_B= 1,16–1,14, а их произведение ·k_B= 0,75–0,78 (эти значения соответствуют = 0,68–0,72 при δ_м/δ =1,5 и δ/τ ≈ ≈0,01).

Обмоточный коэффициент k_об1 предварительно принимают равным 0,92.

Линейную нагрузку А и индукцию В_δн при U_н = 380–6600 В выбирают по рис. 1.3 и 1.4. При U_н = 10000 В величину В_δн можно также выбирать по рис. 1.4, а линейную нагрузку А следует снизить на 10–15 %, так как из-за более толстой пазовой изоляции ухудшается охлаждение обмотки якоря.

Рис 1.3

Выбранные значения А и В_δн являются предварительными и в дальнейшем при необходимости их можно изменять. При этом следует иметь в виду, что чем больше произведение А·В_δн , тем меньший активный объем D²l_δ будет иметь проектируемая машина. Однако каждая машина имеет свои верхние пределы А и В_δн.

Рис. 1.4

Приведенные на рис. 1.3 верхние значения А соответствуют серийным машинам защищенного исполнения с косвенным воздушным охлаждением, с изоляцией класса нагревостойкости В. Верхний предел индукции В_δн ограничен насыщением магнитной цепи, в основном – насыщением зубцового слоя. Кроме того, с увеличением отношения А/В_δн возрастают индуктивные сопротивления машины.

Определив расчетную длину l_δ , находят отношение

,

причем чем длиннее машина (больше λ), тем хуже условия её охлаждения, а чем короче, тем больше доля лобовых частей в длине витка обмотки и тем больше потери в обмотке. Значения λ для современных машин указаны на рис. 1.5.

Рис. 1.5

Для улучшения охлаждения сталь статора обычно разбивают на несколько пакетов длиной l_пак ≈ 4–5 см, между которыми делают радиальные вентиляционные каналы шириной b_к = 10 мм (рис. 1.6).

Рис. 1.6

При наличии вентиляционных каналов истинная длина статора будет больше расчетной и предварительно может быть принята

Длину всех пакетов чаще всего берут одинаковой. Число вентиляционных каналов в этом случае

причем n_K округляют до целого числа.

После округления n_K уточняют длину пакета

и округляют ее до одного миллиметра.

Суммарная длина пакетов сердечника

Проекции синхронного генератора приведены на рис. 1.7.

Рис. 1.7

Синхронная машина имеет радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками, направляющими часть воздушного потока на лобовые части обмотки статора (рис. 1.8). Охлаждающий воздух в машинах защищённого исполнения входит через вентиляционные окна в подшипниковых щитах (рис. 1.8, а), проходит вдоль лобовых частей обмотки статора, через междуполюсное пространство ротора (охлаждая обмотку возбуждения), радиальные вентиляционные каналы статора и выходит через боковые жалюзи. Схема вентиляции машины закрытого исполнения с установленным в верхней части теплообменником показана на рис. 1.8, б.

Рис. 1.8. Схема вентиляции синхронных машин

Рис. 2.1

Число пазов Z₁ существенно влияет на технико-экономические показатели проектируемой машины, поэтому оптимальное число Z₁ можно выбрать только после расчета и сравнения между собой ряда вариантов.

Зубцовое деление статора

Определив из рис. 2.1 при полученном ранее значении τ максимальное и минимальное значения t₁ , находят соответствующие им числа пазов (зубцов) машины:

Из диапазона Z_lmax – Z_lmin выбирают такое целое число Z, при котором выполняются следующие требования:

2.1. Z_l должно быть кратным числу фаз m и числу параллельных ветвей a₁, т.е. – целое число.

2.2. Число пазов на полюс и фазу должно быть целым или дробным вида q₁=b+c/d (b – целое число, а c/d – правильная несократимая дробь, причем d не кратно m и меньше p). При 2р < 8 чаще всего выбирают целое число q₁ = 3(2) – 5 (большие значения для машин с меньшим числом полюсов). При 2р > 8 и малом τ можно выбирать обмотки с дробным q₁ ( ).

2.3. При целом q₁ отношение 2р/a₁ должно быть целым. При дробном q₁ должно быть целым числом отношение .

2.4. Для удобства сегментировки статора при D_a>0,99 м желательно, чтобы величина Z_l разлагалась на возможно большее число простых множителей (2, 3, 5).

2.5. Для машин с D_а > 3,25 м число пазов должно быть кратным числу разъемов статора, выполняемых для возможной транспортировки по железной дороге.

Из диапазона Z_lmax – Z_lmin выбирают такое Z_l , которое наиболее полно удовлетворяет указанным требованиям. Затем определяют и число эффективных проводников в пазу

которое округляют до ближайшего чётного числа.

По найденному значению u_п уточняют линейную нагрузку

.

Число пазов Z_l следует принять таким, при котором уточненное значение А отличается от выбранного в начале расчета более, чем на 10 %. Полученные таким образом значения Z₁, u_п, a₁ , q₁ и А для машин с D_а ≤ 0,99 м являются окончательными. В случае D_a > 0,99 м число пазов устанавливают после выполнения сегментировки статора.

Рис. 3.1

Если принять, что число сегментов в полной окружности статора равно S_cт, то хорда

Предпочтение следует отдать целому числу сегментов в пределах от 6 до 18. Каждый сегмент должен иметь целое число пазовых делений, а стыки между соседними сегментами должны приходиться на середину паза. При четном числе пазовых делений в сегменте каждый следующий их слой сдвигается на 1/2 сегмента, а при нечетном (кратном трем) – на 1/3 сегмента.

Решать задачу сегментировки можно двояко:

1. При данном Z₁ находят возможные варианты чисел сегментов и их хорд, причем число сегментов должно быть кратным числу пазов и определяется разложением числа Z₁ на множители.

2. Задаются рядом значений Н и приближенно находят число сегментов

.

Хорда Н может быть равна одному из размеров: 370, 420, 490, 590, 740, 850 мм. Затем, округляя S_ст до целого или дробного числа, добиваются, чтобы число зубцов Z_s в сегменте было равно целому числу Z_s=Z₁/S_ст, после чего по формуле для расчёта H уточняют длину хорды. Результаты расчета для удобства сопоставления сводят в таблицу.

Полученные после сегментировки значения Z₁, a₁, q₁, u_п принимают окончательно для дальнейших расчетов.

Параметров обмотки статора

С точки зрения наилучшего использования машины существует оптимальное отношение ширины паза b_п1 к зубцовому делению t₁ статора. При прямоугольных пазах оптимальное соотношение находится в диапазоне

причем ширина паза b_п1 тем больше, чем меньше габарит и выше напряжение машины.

Ширину паза предварительно можно определить, задавшись значением максимальной индукции в зубце, которая должна находиться в пределах (1,6 – 2) Тл,

.

Обычно ширина паза равна 10 – 20 мм, причем окончательно ее устанавливают после выбора проводников обмотки.

Сечение эффективного проводника обмотки статора

.

Допустимая плотность тока J₁ определяется по произведению AJ₁, которое является характеристикой тепловой нагрузки обмотки и зависит от класса нагревостойкости изоляции. На рис. 4.1 дана зависимость AJ₁ = f(τ) для машин 13–21 габаритов с изоляцией класса В (1 – для 13–14 габаритов, 2 – для 15–17 габаритов, 3 – для 18–21 габаритов). При применении изоляции класса F значения AJ₁ (рис. 4.1) можно увеличить на 25–30 %.

Плотность тока

J₁ = AJ₁/A.

Рис. 4.1

Для уменьшения потерь от вихревых токов проводники укладывают в паз плашмя. Размеры проводника без изоляции по высоте паза a'₁ и по ширине паза b′₁ не следует выбирать соответственно больше 3,5 и 7,5 мм. Поперечное сечение проводника не должно превышать 18 – 20 мм². Если q_эф больше 18 – 20 мм², то эффективный проводник следует разделить на несколько элементарных n_эл, число которых n_эл=n_ш n_в,

причем n_ш обычно один или два, а n_в – один–четыре. Возможная ширина изолированных проводников в пазу

Двусторонняя толщина δ_ип изоляции паза по его ширине зависит от конструкции изоляции и номинального напряжения машины. В современных машинах применяют непрерывную изоляцию класса нагревостойкости В, спецификация которой дана в табл. 4.1.

Двусторонняя толщина δ_ип этой изоляции составляет примерно 4,9 мм при U_н = 10,5 кВ, 3,3 мм при 6,6 кВ, 2,8 мм при 3,3 кВ, 2,3 мм при 1,5 кВ и 1,8 мм при U_н ≤ 660 В.

При U_н до 6–10 кВ для обмотки якоря синхронных машин обычно применяют обмоточные провода с эмалево-стекловолокнистой изоляцией марки ПЭТВСД с двусторонней толщиной изоляции δ_и = 0,5 мм.

Предварительная ширина неизолированного проводника

По найденным значениям b'₁ и q_эл в табл. 4.2 подбирают ближайший стандартный элементарный проводник и для него уточняют b'₁ , a'₁ и q_эл, а также размер проводника с изоляцией a_1из и b_1из.

Таблица 4.1

Позиция	Материал	Число слоев (толщин)	Толщина изоляции, мм
Наименование	Толщина, мм		по ширине паза	по высоте паза
	Витковая изоляция:
	Изоляция проводника ПЭ ТВСД 0,5 мм на обе стороны каждого элементарного проводника
	Корпусная изоляция:
	Стеклослюдинитовая лента ЛС при UH :	10,5 кВ 6,6 кВ 3,3 кВ 1,5 кВ ≤ 660 кВ	0,13	9 вполнахлеста (0,13·9·2·2) 6 вполнахлеста 5 вполнахлеста 4 вполнахлеста 3 вполнахлеста	4,68   3,12 2,6 2,08 1,56	4,68х2   3,12х2 2,6х2 2,08х2 1,56х2
	Покровная изоляция:
	Лента стеклянная ЛЭС	0,1	1 встык (0,1·2)	0,2	0,2х2
	Прокладки в пазу:
	Стеклотекстолит СТ-1			-
5,6	Стеклотекстолит СТ-1	0,5		-
	Толщина изоляции катушечной стороны (без витковой изоляции) при UH:	10,5 кВ			4,9	4,9
6,6 кВ			3,3	3,3
3,3 кВ			2,8	2,8
1,5 кВ			2,3	2,3
≤ 660 кВ			1,8	1,8
Общая толщина изоляции в пазу (без витковой изоляции) при UH:	10,5 кВ			4,9	12,8
6,6 кВ			3,3	9,7
3,3 кВ			2,8	8,6
1,5 кВ			2,3	7,6
≤ 660 кВ			1,8	6,5

Примечания: 1. Эскиз паза с позициями спецификации

приведен на рис. 4.2.

2. Толщина изоляции дана после опрессовки.

Таблица 4.2

Размер по большей стороне b, мм	Номинальный размер провода по меньшей стороне а, мм
1,25	1,4	1,6	1,8	2,0	2,24	2,5	2,8	3,15	3,55	4,0
Расчетное сечение провода qэл, мм2
4,0							9,45	10,8
4,5						9,72	10,7	12,0	13,6
5,0					9,64	10,8	12,0	13,4	15,2	17,2
5,6				9,72	10,9	12,2	13,7	15,2	17,1	19,3	21,5
6,3			9,86	11,0	12,2	13,7	15,2	17,1	19,3	21,8	24,3
7,1		9,72	11,2	12,4	13,8	15,5	17,2	19,3	21,8	24,7	27,5
8,0	9,78	11,0	12,6	14,0	15,6	17,6	19,4	21,8	24,6	27,8
9,0	11,0	12,4	14,2	15,8	17,6	19,8	22,0	24,6	27,8
	12,3	13,8	15,8	17,6	19,6	22,0	24,6	27,4
11,2		15,5	17,7	19,8	22,0	24,7	27,4
12,5			19,8	22,1	24,6	27,6

После выбора проводников уточняют следующие пара-метры:

– ширину паза

– высоту паза

где h_к = 4–5 мм – высота клина; δ_изп , Σδ_из – суммарная толщина изоляции по ширине и высоте паза (определяется по табл. 4.1);

δ_рш , δ_рв – допуски на разбухание изоляции соответственно по ширине и высоте паза, мм, δ_рш = 0,05n_ш; δ_рв =0,05u_пn_в;

δ_ш и δ_в – технологические допуски на укладку по ширине и высоте паза, обычно
δ_ш = δ_в=0,2 мм.

Полученные размеры паза «в свету» округляют до 0,1 мм. Размеры паза «в штампе» h'_п1 и b'_п1 больше на 0,2 мм. Обычно h'_п1 / b'_п1 = 3,5––6,5. Далее уточняют сечение эффективного проводника

Рис. 4.2

и плотность тока в обмотке статора

Окончательные размеры паза устанавливают после проверки значений магнитной индукции и МДС в зубце и спинке статора, перепада температуры в изоляции, вычерчивания эскиза паза в увеличенном масштабе и составления подробной спецификации паза.

Максимальная индукция в зубце (в самом узком месте – в коронке зубца)

должна находиться в пределах 1,6–2,0 Тл.

Верхние значения указанного диапазона максимальной индукции соответствуют машинам большой мощности – 2–2,5 МВт, нижние значения – машинам до 300 кВт. В промежутке приведенных мощностей индукция может быть пересчитана пропорционально мощности проектируемого генератора.

Индукция в спинке статора

где – высота спинки статора, α_δ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, который предварительно принимают равным 0,65–0,68, причем значение В_а должно быть в пределах 1,2 – 1,45 Тл. Выбор значения индукции в зависимости от мощности генератора может быть выполнен аналогично выбору максимальной индукции в зубце. Коэффициент заполнения пакета статора сталью k_с зависит от толщины и способа изоляции листов; при частоте f = 50 Гц пакет статора выполняют чаще всего из лакированных листов толщиной 0,5 мм (k_с=0,93).

Если B_Z1max и В_а не входят в рекомендуемые пределы, необходимо откорректировать оcновные размеры магнитопровода статора следующим образом.

При B_Z1max > 2 Тл, В_а < 1,2 Тл и h'_п1/b'_п1 < 6,5 следует, при прочих равных условиях, увеличить высоту и уменьшить ширину паза за счет выбора нового стандартного проводника с меньшим значением b₁' и соответственно большим значением а'₁ при примерном сохранении q_эл. Если этого окажется недостаточно, рекомендуется также несколько увеличить диаметр D при сохранении величин D_a, Z₁, u_п, l_δ.

При B_Z1max > 2 Тл и В_a > 1,45 Тл следует увеличить u_п до следующего четного числа или перейти на следующий габарит машины.

Перепад температуры в изоляции паза

где k_ф=1,03–1,1 – коэффициент добавочных потерь; λ_из – теплопроводность изоляции, Вт/(м·°С), равная 1·10^-5 для некомпаундированной изоляции, 1,6·I0^-5 для компаундированной изоляции и 2,2·10^-5 для изоляции типа «монолит».

Перепад температуры Δθ_из не должен превышать 30 – 35 °С.

Следует определить также градиент температуры в пазовой изоляции

который при U_H = 6 – 10 кВ не должен превышать (50–65)·10² °С/м. Если U_H < 6 кВ, то Δθ_из' можно повысить до 80·10² °C/м при тех же значениях Δθ_из .

После окончательного выбора главных размеров статора следует уточнить значения τ, t₁ A, B_Z1max и B_a.

Полное число витков в фазе обмотки статора

Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укороченным шагом, который выбирают в пределах

где τ_п = mq₁=3q₁ – полюсное деление, выраженное в зубцовых делениях. Величину y₁ округляют до целого числа, тогда укорочение β=y₁/τ_п.

Коэффициент укорочения

Коэффициент распределения

При дробном q₁ в формуле для определения вместо q₁ подставляют (bd+с).

Обмоточный коэффициент для 1-й гармоники

Выбор воздушного зазора,

Рис. 5.1

Поэтому радиус дуги полюсного наконечника получается меньше внутреннего радиуса статора

Среднее значение зазора

Длина полюсной дуги

где α = 0,68–0,73 – конструктивный коэффициент полюсного перекрытия (с увеличением α при той же мощности габариты машины уменьшаются, но возрастает поток рассеяния полюсов).

Полюсы чаще выполняют шихтованными из листовой стали Ст3 толщиной (1–2) мм.

В быстроходных машинах при v_р≈πDn_н/60 >30 м/с полюсы прикрепляют с помощью хвостовиков и клиньев к шихтованной втулке, насаживаемой на вал (рис. 5.2), а в тихоходных машинах прикрепляют шпильками с гайками к ободу сплошного магнитного колеса, которое изготавливают из стали Ст3 (см. рис. 1.7).

Рис. 5.2

Высоту полюсного наконечника h_p выбирают исходя из возможности размещения в нем стержней демпферной обмотки, а на торцах наконечников – короткозамыкающих колец или сегментов. В табл.5.1 приведены значения h_p в зависимости от τ при наличии демпферной клетки.

Таблица 5.1

τ, см	15–20	20–30	30–40	40–50	50–60
hp, см	2,2–3	3–4	4–5	5–6	6–7,5

Длины полюсного наконечника l_р и сердечника полюса l_m принимают равными длине статора l₁ или на 1-2 см меньше.

Высота сердечника полюса (для машин 16–20-го габаритов)

Окончательно высоту h_m устанавливают после расчета и проверки возможности размещения на полюсе обмотки возбуждения.

Ширину сердечника полюса b_m определяют с учетом допустимой индукции B_m ≤ 1,4–1,6 Тл в основании полюса, при определении которой кроме основного потока Ф необходимо учитывать поток рассеяния , причем поток в основании полюса

где σ_m – коэффициент рассеяния.

Ф_m и σ_m зависят от геометрических размеров полюсов и расстояний между ними, которые пока неизвестны. Поэтому σ_m предварительно определяют по формуле

где k – коэффициент, зависящий от h_p (табл. 5.2).

Таблица 5.2

hp, см
k		8,5

Исходя из вышесказанного

Коэффициент k_cp заполнения полюса cталью равен 0,95 при толщине листов 1 мм и 0,97 при толщине листов 1,5 мм.

Расчетная длина сердечника полюса

где l_f – толщина нажимной щеки полюса, l_f ≈ (1,5–3)·10^{-2 м.}

Длина втулки или обода ротора l_j обычно определяется конструкцией и механической прочностью и получается больше, чем необходимо для проведения потока полюса Ф_m,

причем Δl_c= (4–I0)·10^-2 для машин средней мощности.

Высота втулки или обода ротора

а индукция B_j выбирается в пределах 1,0 –1,3 Тл.

Расчет демпферной обмотки

Демпферная (успокоительная) обмотка генератора служит для ослабления обратного синхронного поля при несимметричной нагрузке, успокоения качаний ротора, предотвращения динамических перенапряжений при несимметричных коротких замыканиях и повышения электродинамической стойкости.

Число стержней N_с на полюс выбирают в пределах 5–10. Стержни выполняют из меди круглого сечения. Поперечное сечение стержня

Диаметр стержня

округляют до размера, кратного 0,5 мм.

Таблица 6.1

Наши рекомендации

Размер провода по большей стороне b, мм	Размер провода по меньшей стороне а, мм
4,5		5,6		6,5						12,5
Расчет