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 Da , м,
Da=kДD.
Значения kД 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 Da округляют до ближайшего нормализованного диаметра (табл. 1.2). От выбранного диаметра Da зависят габариты и высота оси вращения h проектируемой машины.
В случае корректировки Da следует произвести пересчёт диаметра D и полюсного деления τ:
D = Da/kД ;
,
в этом случае для kД берут среднее значение при данном 2р.
Расчетная длина lδ машины, м,
Габарит | Da , мм | h, мм |
где αδ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия (определяется по рис. 1.2); kB – коэффициент формы поля (рис. 1.2);
kоб1 – обмоточный коэффициент обмотки статора; А – линейная нагрузка статора, А/м; Вδн – максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл.
Рис. 1.2
Так как и kB зависят от размеров и конфигурации полюсного наконечника, а также воздушного зазора δ и полюсного деления τ и пока неизвестны, то предварительно можно принять αδ=
= 0,65–0,68; kB= 1,16–1,14, а их произведение ·kB= 0,75–0,78 (эти значения соответствуют
= 0,68–0,72 при δм/δ =1,5 и δ/τ ≈ ≈0,01).
Обмоточный коэффициент kоб1 предварительно принимают равным 0,92.
Линейную нагрузку А и индукцию Вδн при Uн = 380–6600 В выбирают по рис. 1.3 и 1.4. При Uн = 10000 В величину Вδн 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 Вδн являются предварительными и в дальнейшем при необходимости их можно изменять. При этом следует иметь в виду, что чем больше произведение А·Вδн , тем меньший активный объем D2lδ будет иметь проектируемая машина. Однако каждая машина имеет свои верхние пределы А и Вδн.
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 Вδн ограничен насыщением магнитной цепи, в основном – насыщением зубцового слоя. Кроме того, с увеличением отношения А/Вδн возрастают индуктивные сопротивления машины.
Определив расчетную длину lδ , 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 lпак ≈ 4–5 см, между которыми делают радиальные вентиляционные каналы шириной bк = 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 nK округляют до целого числа.
После округления nK 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 Zlmax – Zlmin выбирают такое целое число Z, при котором выполняются следующие требования:
2.1. Zl 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 Da>0,99 м желательно, чтобы величина Zl разлагалась на возможно большее число простых множителей (2, 3, 5).
2.5. Для машин с Dа > 3,25 м число пазов должно быть кратным числу разъемов статора, выполняемых для возможной транспортировки по железной дороге.
Из диапазона Zlmax – Zlmin выбирают такое Zl , которое наиболее полно удовлетворяет указанным требованиям. Затем определяют и число эффективных проводников в пазу
которое округляют до ближайшего чётного числа.
По найденному значению uп уточняют линейную нагрузку
.
Число пазов Zl следует принять таким, при котором уточненное значение А отличается от выбранного в начале расчета более, чем на 10 %. Полученные таким образом значения Z1, uп, a1 , q1 и А для машин с Dа ≤ 0,99 м являются окончательными. В случае Da > 0,99 м число пазов устанавливают после выполнения сегментировки статора.
Рис. 3.1
Если принять, что число сегментов в полной окружности статора равно Scт, 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 Sст до целого или дробного числа, добиваются, чтобы число зубцов Zs в сегменте было равно целому числу Zs=Z1/Sст, 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, uп принимают окончательно для дальнейших расчетов.
Параметров обмотки статора
С точки зрения наилучшего использования машины существует оптимальное отношение ширины паза bп1 к зубцовому делению t1 статора. При прямоугольных пазах оптимальное соотношение находится в диапазоне
причем ширина паза bп1 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 qэф больше 18 – 20 мм2, то эффективный проводник следует разделить на несколько элементарных nэл, число которых nэл=nш nв,
причем nш обычно один или два, а nв – один–четыре. Возможная ширина изолированных проводников в пазу
Двусторонняя толщина δип 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 δип этой изоляции составляет примерно 4,9 мм при Uн = 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 Uн ≤ 660 В.
При Uн до 6–10 кВ для обмотки якоря синхронных машин обычно применяют обмоточные провода с эмалево-стекловолокнистой изоляцией марки ПЭТВСД с двусторонней толщиной изоляции δи = 0,5 мм.
Предварительная ширина неизолированного проводника
По найденным значениям b'1 и qэл в табл. 4.2 подбирают ближайший стандартный элементарный проводник и для него уточняют b'1 , a'1 и qэл, а также размер проводника с изоляцией a1из и b1из.
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 hк = 4–5 мм – высота клина; δизп , Σδиз – суммарная толщина изоляции по ширине и высоте паза (определяется по табл. 4.1);
δрш , δрв – допуски на разбухание изоляции соответственно по ширине и высоте паза, мм, δрш = 0,05nш; δрв =0,05uпnв;
δш и δв – технологические допуски на укладку по ширине и высоте паза, обычно
δш = δв=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, αδ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, который предварительно принимают равным 0,65–0,68, причем значение Ва 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 kс зависит от толщины и способа изоляции листов; при частоте f = 50 Гц пакет статора выполняют чаще всего из лакированных листов толщиной 0,5 мм (kс=0,93).
Если BZ1max и Ва не входят в рекомендуемые пределы, необходимо откорректировать оcновные размеры магнитопровода статора следующим образом.
При BZ1max > 2 Тл, Ва < 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 qэл. Если этого окажется недостаточно, рекомендуется также несколько увеличить диаметр D при сохранении величин Da, Z1, uп, lδ.
При BZ1max > 2 Тл и Вa > 1,45 Тл следует увеличить uп до следующего четного числа или перейти на следующий габарит машины.
Перепад температуры в изоляции паза
где kф=1,03–1,1 – коэффициент добавочных потерь; λиз – 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 Δθиз не должен превышать 30 – 35 °С.
Следует определить также градиент температуры в пазовой изоляции
который при UH = 6 – 10 кВ не должен превышать (50–65)·102 °С/м. Если UH < 6 кВ, то Δθиз' можно повысить до 80·102 °C/м при тех же значениях Δθиз .
После окончательного выбора главных размеров статора следует уточнить значения τ, t1 A, BZ1max и Ba.
Полное число витков в фазе обмотки статора
Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укороченным шагом, который выбирают в пределах
где τп = mq1=3q1 – полюсное деление, выраженное в зубцовых делениях. Величину y1 округляют до целого числа, тогда укорочение β=y1/τп.
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 vр≈πDnн/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 hp выбирают исходя из возможности размещения в нем стержней демпферной обмотки, а на торцах наконечников – короткозамыкающих колец или сегментов. В табл.5.1 приведены значения hp 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 lр и сердечника полюса lm принимают равными длине статора l1 или на 1-2 см меньше.
Высота сердечника полюса (для машин 16–20-го габаритов)
Окончательно высоту hm устанавливают после расчета и проверки возможности размещения на полюсе обмотки возбуждения.
Ширину сердечника полюса bm определяют с учетом допустимой индукции Bm ≤ 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 σm – коэффициент рассеяния.
Фm и σm зависят от геометрических размеров полюсов и расстояний между ними, которые пока неизвестны. Поэтому σm предварительно определяют по формуле
где k – коэффициент, зависящий от hp (табл. 5.2).
Таблица 5.2
hp, см | |||||
k | 8,5 |
Исходя из вышесказанного
Коэффициент kcp 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 lf – толщина нажимной щеки полюса, lf ≈ (1,5–3)·10-2 м.
Длина втулки или обода ротора lj обычно определяется конструкцией и механической прочностью и получается больше, чем необходимо для проведения потока полюса Фm,
причем Δlc= (4–I0)·10-2 для машин средней мощности.
Высота втулки или обода ротора
а индукция Bj 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 Nс 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
Размер провода по большей стороне b, мм | Размер провода по меньшей стороне а, мм | |||||||||
4,5 | 5,6 | 6,5 | 12,5 | |||||||
Расчет |