Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы
Данные проектирования
№ | Наименование заданных параметров и их условные обозначения | Синхронный генератор СГ-2 |
Номинальный режим работы | Продолжительный | |
Номинальная мощность Рн, кВт | ||
Номинальное напряжение (линейное) Uн, В | ||
Номинальная частота вращения n, об/мин | ||
Частота питающей сети, Гц | ||
Коэффициент мощности, cosj | 0,8 | |
Способ соединения фаз статора | звезда | |
Способ возбуждения | От специальной обмотки, вложенной в паз статора | |
Степень защиты от внешних воздействий | IP23 | |
Способ охлаждения | IC01 | |
Исполнение по способу монтажа | IM1001 | |
Климатические условия и категория размещения | У2 | |
Форма выступающего конца вала | Цилиндрическая | |
Способ соединения с приводным механизмом или приводным двигателем | Упругая муфта |
Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы
Конфигурация
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]
р=60∙f/n1=60∙50/750=4
2.1.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]
х'σ*=0,14 o.e.
2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]
кн=
2.1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]
η'=0,945
Главные размеры
2.2.1 Расчетная мощность [1-12]
Р'=кнР2/ cos φ=1.089∙500/0.8 = 680 кВт
2.2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]
h = 450 мм
2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности
[табл. 9-2]
h1 = 9 мм
2.2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]
Dкорп=2(h-h1) = 2(450-9) =880 мм
2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [табл. 9-2]
Dн1max=850 мм
2.2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]
Dн1 = 850 мм
2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]
D1=6+0.69Dн1=43+0.72*850 =655 мм
2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора [рис. 11-3]
А'1= 490 А/см
2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме, [рис. 11-4]
В'б = 0,82 Тл
2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. [11-3]
В'б0=В'б/кн=0,82/1,089 = 0,75 Тлφφφφφφφφφφφφφφφ∙∙φφ
2.2.11 Полюсное деление статора [1-5]
мм
2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси [рис. 1-5]
хd*=2,4 о. е.
2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси [11-4]
хad*=хd* - хσ*=2,4-0,14=2,26 о. е.
2.2.14 Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса [§ 11-3]
к'=1,05
2.2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора [11-2]
мм
2.2.16 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]
б=2,5 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 = 2,5/1,125 = 2,2 мм
2.2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]
б'' = б/0,75 = 2,5/0,75 = 3,3 мм
2.2.21 Коэффициент полюсной дуги действительный [§ 11-3]
α = 0,73 – 3,33∙10-5∙Dн1=0,73 – 3,33∙10-5∙8500=0,70
2.2.22 Коэффициент полюсной дуги расчетный [рис. 11-9]
α' = 0,65
Сердечник статора
Марка стали 2411, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм
2.3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью [§ 9-3]
кс = 0,95
2.3.2 Коэффициент формы поля возбуждения [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
Принимаем ℓ'1 = 480 мм.
2.3.5 Количество пакетов стали в сердечнике статора [11-16]
nn1= ℓ'1/ ℓп1 = 480/60 = 8
2.3.6 Конструктивная длина сердечника статора [1-33, § 9-3]
Сердечники статора длиной более 300-350 мм собирают из отдельных пакетов с радиальными вентиляционными каналами между ними.
nк1= nn1 –1 = 8–1 = 7
ℓ1 = 480+10∙7 = 550 мм
2.3.7 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора [9-2]
λ=ℓ1/D1=550/655=0,84
2.3.8 Проверка по условию λ< λmax [рис. 11-10]
λmax= 0,95>0,84 = λ
2.3.9 Количество пазов на полюс и фазу [§ 11-3]
q1=3
2.3.10 Количество пазов сердечника статора [9-3]
z1=2∙р∙m1∙q1=2∙4∙3∙3=72
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
72/4∙3 = 6 – целое число
Сердечник ротора
Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнения сердечника ротора сталью кс=0,98
2.4.1 Длина сердечник ротора [11-20]
ℓ2=ℓ1+15=550+15=565 мм
Обмотка статора
3.1 По [табл. 9-4, § 9-4] принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из провода марки ПЭТП-155, укладываемую в прямоугольные открытые пазы.
3.2 Коэффициент распределения [9-9]
кр1= ,
где α=60/q1
3.3 Укорочение шага [§ 9-4]
при 2p≥4 принимаем β'1=0,8
3.4 Шаг обмотки [9-11]
уп1= β1∙z1/(2∙p) = 0,8∙60/8 = 7,2
Принимаем уп1= 8
3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам [11-37]
β1=2∙р∙уп1/z1=8∙8/72=0,89
3.6 Коэффициент укорочения [9-12]
ку1=sin(β1∙90˚)=sin(0,89∙90)=0,98
3.7 Обмоточный коэффициент [9-13]
коб1=кр1∙ку1=0,96∙0,98=0,94
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=3
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 дополнительной 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) = 0,064(18,8/18) = 0,066 Вб
3.16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре [9-19]
Вб = В'б(w'1/w1) = 0,88∙(18,8/18) = 0,85 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 магнитной индукции в спинке статора [табл.9-13]
Вс1=1,5 Тл
3.20 Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами [табл. 9-16]
В'з1max = 1,8 Тл
3.21 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора [9-22]
t1 = π∙D1/z1 = 3,14∙655/72 = 28,2 мм
3.22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте [9-47]
b'з1min= мм
3.23 Предварительная ширина открытого паза в штампе [9-48]
b'п1=t1min-b'з1min= 28,2 – 14,2= 14 мм
3.24 Высота спинки статора [9-24]
hc1= мм
3.25 Высота паза [9-25]
hn1= 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 щирине [прил. 28]
2bи=2,2 мм
3.28 Высота шлица [§ 9-4]
hш=1,0 мм
3.29 Высота клина [§ 9-4, стр. 135]
hк=3,5 мм
3.30 Ширина зубца в наиболее узком месте [§ 9-4]
b'з1min=14 мм
3.31 Предварительная ширина паза в штампе [9-48]
b'п1=t1min-b'з1min=28,2-10=11,6 мм
3.32 Припуск на сборку сердечника по ширине [§ 9-4]
bc=0,35 мм
3.33 Припуск на сборку сердечника по высоте [§ 9-4]
hc=0,35 мм
3.34 Количество эффективных проводников по ширине паза [§ 9-4]
Nш=1
3.35 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией [9-50]
b'эф = (b'n1-2bи1-bc)/Nш = (14-2,2-0,35)/2 = 11,35 мм
3.36 Количество эффективных проводников по высоте паза [9-52]
Nв = Nп1/Nш = 3/1 = 3
3.37 Допустимая высота эффективного проводника [11-49] (с0=0,9)
а'эф=(с0∙hn1-hи-hk-hш-hс)/Nв=(0,9∙49,5-6,5-3,5-1-0,35)/3=11 мм
3.38 Площадь эффективного проводника [9-53]
S'эф = а'эф ∙ b'эф = 11∙11,35 = 125,95 мм2
3.39 Количество элементарных проводников в одном эффективном [§ 9-4]
с=7
3.40 Меньший размер неизолированного элементарного провода [9-54]
а' = (а'эф/са)-Δи = 11/7–0,15= 1,42 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=11,5/1-0,15= 11,2 мм
3.42 Размеры провода [прил. 2]
а × b = 1,5 × 11,2 мм
S = 16,59 мм2
3.43 Размер по ширине паза в штампе [9-57]
bn1 = Nш∙сb(b+Δи)+2∙bи1+bс = 1∙1(11,2+0,15)+2,2+0,35 = 13,9 мм
3.44 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]
bз1min=t1min -bn1=28,2-13,9 = 14,3 мм
3.45 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора [9-59]
Вз1max=t1∙Bб/(bз1minkc)=28,2∙0,85/(14,3∙0,95)=1,76 Тл
3.46 Размер основной обмотки статора по высоте паза [11-50]
hп.о=Nв.осо.в(а+Δи.а)+hи.о=3∙7(1,5+0,15)+11,2 = 45,85 мм
3.47 Изоляция обмотки статора [прил. 28]
hи.д=0,6+1,1+0,5= 2,2 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=45,85+5,1+3,5+1,0+0,35 = 55,8 мм
3.50 Среднее зубцовое деление статора [9-40]
tср1=π(D1+hп1)/z1=3,14(655+55,8)/72= 31 мм
3.51 Средняя ширина катушки обмотки статора [9-41]
bср1 = tср1∙уп1 = 31∙8 = 248 мм
3.52 Средняя длина одной лобовой части обмотки [9-60]
ℓл1 = 1,3∙bср1+hп1+50 = 1,3∙248+55,8+50 = 428 мм
3.53 Средняя длина витка обмотки [9-43]
ℓср1 = 2∙(ℓ1+ℓл1) = 2∙(480+428) = 1816 мм
3.54 Длина вылета лобовой части обмотки [9-63]
ℓв1=0,4∙bср1+hп1/2+25 = 0,4∙248+55,8/2+25 = 152 мм
3.55 Плотность тока в обмотке статора [9-39]
J1 = I1/(S∙c∙a1) = 902/(16,59∙7∙2) = 3,88 А/мм2
3.56 Определяем значение А1*J1
А1*J1 = 473,6∙3,88 = 1839,2 A2/(cм∙мм2)
3.57 Допустимое значение (А1*J1)доп [рис. 11-12]
(А1*J1)доп = 2100 > 1839,2 = А1*J1
Воздушный зазор
5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора [11-60]
Sб = α'∙τ(ℓ'1+2∙б) = 0,65∙257∙(480+2∙2,5) = 81019 мм2
5.1.2 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре
[11-61]
Вб = Ф∙106/Sб = 0,066∙106/81019 = 0,815 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]
5.1.6 Общий коэффициент воздушного зазора [9-120]
кб = кб1∙кб2∙кк = 1,35∙1,023∙0,93 = 1,29
5.1.7 МДС для воздушного зазора [9-121]
Fб = 0,8∙ б∙кб∙Вб∙103 = 0,8∙1,29∙2,5∙0,815 ∙103 = 2102,7 А
Зубцы статора
5.2.1 Зубцовое деление статора в минимальном сечении зубца [9-46]
мм
5.2.2 Ширина зубца [9-126]
bз1 (1/3) = t1 (1/3) – bп1 = 30–13,9 = 16,1 мм
5.2.3 Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора на расстоянии 1/3 его высоты от окружности [11-64]
мм
5.2.4 Магнитная индукция в зубце статора на расстоянии 1/3 его высоты от окружности [9-136]
ВЗ 1(1/3) = Ф∙106/S1(1/3) = 0,066∙106/42681,6 = 1,55 Тл
5.2.5 Напряженность магнитного поля в зубцах [прил. 10]
Hз1 = 7,56 А/см
5.2.6 Средняя длина пути магнитного потока
Lз1 = hп1 = 55,8 мм
5.2.7 МДС для зубцов [9-125]
Fз1 = 0,1∙Нз1∙Lз1 = 0,1∙7,56∙55,8 = 42,2 А
Спинка статора
5.3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора [11-66]
Sc1 = hc1∙ℓc1∙kc = 48∙480∙0,95 = 21888 мм2
5.3.2 Расчетная магнитная индукция [11-67]
Вс1 = Ф∙106/2(Sc1) = 0,066∙106/(2∙21888) = 1,5 Тл
5.3.3 Напряженность магнитного поля [прил. 12]
Нс1= 2,2 А/см
5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока [9-166]
Lс1= π∙ (Dн1-hс1)/(4р) = 3,14∙ (850-48)/8 = 157,4 мм
5.3.5 МДС для спинки статора [11-68]
Fс1 = 0,1∙Нс1Lс1 = 0,1∙2,2∙157,4 = 129 А
Зубцы полюсного наконечника
5.4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника [11-69]
Вз2= Тл
5.4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника [прил. 21]
Нз2 = 16,3 А/см
5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника [11-70]
Lз2 = hш2+dп2 = 3+10,1 = 13,1 мм
5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника [11-71]
Fз2 = 0,1Hз2Lз2 = 0,1∙16,3∙13,1 = 22 А
Полюсы
5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника [11-72]
b''п = 0,5(b'н.п – bп) = 0,5(177-86,8) = 45 мм
5.5.2 Высота полюсного наконечника [11-83]
hн = (2hн.п+h'н.п)/3 = (2∙34+20)/3 = 29 мм
5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников [11-84]
ан.п = [π(D1-2б''-h'н.п)/2р]-b'н.п = [3,14(655-2∙3,3-20)/8]-177 = 69,6 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+0,5∙hн.п – Lз2 = 141+0,2∙34-13 = 145 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 полюсов [11-89]
λп.в=37∙bп/ℓп=37∙86,8/565=5,7
5.5.8 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов [11-90]
λп=λн.п+λп.с+λп.в=69+90+5,7= 164,7
5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора [11-91]
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=2102,7+42,2+129= 2274 А
5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов [11-92]
Фσ=4∙λп∙ℓн.п∙Fбзс∙10-11=4∙164,7∙565∙2274 ∙10-11=0,0084 Вб
5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока [11-93]
σ=1+Фσ/Ф=1+0,0084/0,066= 1,13
5.5.12 Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса [11-94]
Sп=ксℓпbп=0,98∙565∙86,8= 48061 мм2
5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса [11-95]
Фп= Ф+Фσ =0,066+0,0084= 0,0744 Вб
5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса [11-96]
Вп = Фп/(Sп∙10-6)= 0,0744/(48061 ∙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 = 145 мм
5.5.17 МДС для полюса [11-104]
Fп=0,1∙Lп∙Нп=0,1∙145∙28,9= 419 А
Спинка ротора
5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора [11-105]
Sс2=ℓ2∙h'с2∙кс=565∙174∙0,98 = 96344 мм2
5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора [11-106]
Вc2=σ∙Ф∙106/(2∙Sс2)=1,13∙0,066∙106/(2∙96344)= 0,37 Тл
5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора [прил. 21]
Нc2= 2,96 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(198+2∙75)/8+0,5∙174= 155,3 мм
5.6.5 МДС для спинки ротора [9-170]
Fc2=0,1∙Lc2∙Hc2=0,1∙155,3∙2,96 = 46 А
Обмотка возбуждения
8.1 Напряжение дополнительной обмотки статора [11-135]
Uд = U1∙wd/w1 = 400∙6/18 = 133 В
8.2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения [11-136]
ℓ'ср.п = 2,5∙(ℓп+bп) = 2,5∙(565+86,8) = 1630 мм
8.3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения [11-173]
S'= мм2
8.4 Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения [рис. 11-21]
J'п = 5,2 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 неизолированный ленточный медный провод. Изоляция между витками – асбестовая бумага толщиной 0,3 мм, катушка однослойная.
8.7 Предварительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро, по ширине [11-145]
мм
8.8 Предварительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро, по толщине
мм
8.9 Размера проводника без изоляции [прил. 2]
a×b = 1,5×16 мм;
S= 23,5 мм2
8.10 Минимальный допустимый радиус закругления проводника, навиваемого на ребро [11-147]
мм
8.11 Фактический средний радиус закругления проводника, навиваемого на ребро [11-148]
мм
8.12 Размер полюсной катушки по ширине [по рис. 11-22 б]
bк.п=b= 16 мм
8.13 Раскладка витков по высоте катушки [по рис. 11-22 б]
Nв=wп=80
8.14 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения [§ 11-9]
ап=1
8.15 Размер полюсной катушки по высоте [11-150]
мм
8.16 Средняя длина витка катушки [11-151]
ℓср.п=2∙(ℓп+2bп- r1)+2π(r1+ bк.п)=2∙(565+86,8-46,9∙)+2∙3,14∙(46,9+16)= 1604 мм
8.15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке [11-153]
Iп.н=Fп.н/wп=8436/80= 105,5 А
8.17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения [11-154]
Jп=Iп.н/(ап∙S) = 105,5/(1∙23,5) = 4,5 А/мм2
8.18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения [11-155]
Lп = 2р∙wп∙ℓср.п∙10-3 = 8∙80∙1604∙10-3 = 1026,5 м
8.19 Массам меди обмотки возбуждения [11-156]
mм.п = 8,9∙Lп∙S∙10-3 = 8,9∙1026,5∙23,5∙10-3 = 214 кг
8.20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20˚ С [11-157]
rп = Lп/ρм20∙ап∙S = 895/57∙1∙23,5= 0,64 Ом
8.21 Максимальный ток возбуждения [11-158]
Iп max = Uп/(rп∙mт) = (133-2)/(0,64∙1,38) = 148,3 А
8.22 Коэффициент запаса возбуждения [11-159]
Iп max/Iп.н = 148,3/105,5 = 1,40
8.23 Номинальная мощность возбуждения [11-160]
Рп = Uп∙Iп max = (133-2)∙148,3 = 19427 Вт
Постоянные времени обмоток
9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной [11-198]
Тd0=xп*/ω1∙rп*=2,25/(0,0047∙2∙3,14∙50) = 1,52 с
9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной [11-199]
Т'd = Td0∙x'd*/xd* = 1,52∙0,449/1,94= 0,35 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'''d0∙x''d*/x'd* = 0,04∙0,163/0,449 = 0,014 с
9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора [11-204]
T''q = Tдq0∙x''q*/xq* = 0,09∙0,141/1,08 = 0,011 с
9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора [11-205]
Ta = x2*/ω1∙r1* = 0,151/(2∙3,14∙50∙0,0096) = 0,05 с
Потери и КПД
10.1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]
t1max=π∙ (D1-2hп)/z1= 3,14∙(655-2∙49,5)/72 = 32,8 мм
10.2 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]
bз1max = t1max-bn1 = 32,8-13,9 = 18,9 мм
10.3 Ширина зубца в средней части [9-130]
bз1cp=(bз1min+bз1max)/2=(14,3+18,9)/2 = 16,6 мм
10.4 Расчетная масса стали зубцов статора [9-260]
mз1=7,8∙z1∙bз1ср∙hn1∙ℓ1∙kc∙10-6 = 7,8∙72∙16,6∙49,5∙480∙0,95∙10-6 = 210 кг
10.5 Магнитные потери в зубцах статора [9-252]
Pз1=3∙В2з1ср∙mз1=2,7∙1,522∙210 = 1310 Вт
10.6 Масса стали спинки статора [9-261]
mc1=7,8∙π∙(Dн1-hc1) ∙hc1∙ℓ1∙kc∙10-6=7,8∙3,14(850-48)∙48∙480∙0.95∙10-6 = 430 кг
10.7 Магнитные потери в спинке статора [9-256]
Рс1=2,7∙В2с1∙mc1=2,7∙1,52∙430 = 2612 Вт
10.8 Амплитуда колебаний индукции [11-206]
В0=β0∙кб∙Вб=0,35∙1,35∙0,85=0,4 Тл
10.9 Среднее значение удельных поверхностных потерь [11-207]
рпов=к0∙(z1n1∙10-4)1,5(0,1∙В0∙t1)2=1,4(72∙750∙10-4)1,5∙(0,1∙0,4∙28,2)2 = 22,35 Вт/м2
10.10 Поверхностные потери машины [11-208]
Рпов=2∙р∙τ∙α∙ℓпр∙пов∙кп∙10-6 = 8∙257∙0,7∙565∙22,35∙0,6∙10-6 = 10,9 Вт
10.11 Суммарные магнитные потери [11-213]
РсΣ=Рс1+Рз1+Рпов=2612+1310+10,9=3933 Вт
10.12 Потери в обмотке статора [11-209]
Рм1=m1∙I21∙r1∙mт+m1∙(I'пн/ )2∙rд∙mт=
=3∙902∙0,0025∙1,38+3∙(105,5/ )2∙0,00082∙1,38 = 6115 Вт
10.13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора [11-214]
Рп=I2п.нrпmт+2Iп.н=105,5∙0,64∙1,38+2∙105,5= 10041 Вт
10.14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке [11-215]
Рдоб=0,005∙Рн=0,005∙500000=2500 Вт
10.15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию [11-210]
Р'мх = Рт.п + Рвен = Вт
10.16 Потери на трение щеток о контактные кольца [11-212]
Рт.щ=2,6∙Iп.н∙D1∙n1∙10-6 =2,6∙105,5∙655∙750∙10-6= 135 Вт
10.17 Механические потери [11-217]
Рмх=Р'мх+Ртщ=1264+135= 1399 Вт
10.18 Суммарные потери [11-218]
РΣ = РсΣ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх = 3933+6115+2500+1399+10041 = 23988 Вт
10.19 КПД при номинальной нагрузке [11-219]
η = [1-РΣ/(Р2н+РΣ)] ∙100 = [1-23988/(500000+23988)] ∙100 = 95,4 %
Характеристики машин
11.1 Повышение напряжения на зажимах генератора [11-220]
ΔU%= %=
=30%
11.2 Значение ОКЗ [11-227]
ОКЗ=Е'0*/хd*=1,2/1,94=0,618 о.е.
11.3 Кратность установившегося тока к.з. [11-228]
Ik/I1н=ОКЗ∙Iп.н*=0,618∙2,8=1,73 о.е.
11.4 Наибольшее мгновенное значение тока [11-229]
iуд=1,89/х''d*=1,89/0,163=11,6 о.е.
11.5 Статическая перегружаемость [11-223]
S=E'0о*kp/xd*cosφн=4,44∙1,02/1,94∙0,8=2,9 о.е.
11. 6 Определяем ЭДС (рис. 5-1)
Е'0*= 3 о.е.
11. 7 Определяем уравнение [11-221]
Р*=(Е'0*/хd*)sinθ+0,5(1/хq*-1/xd*)sin2θ=
=3/1,94∙sinθ+0,5(1/1,08-1/1,94)sin2θ=1,54∙sinθ+0,41∙sin2θ
Рис. 11-1 – Угловая характеристика
Вентиляционный расчет
Принята система вентиляции радиальная [§ 11-13]
12.3.1 Необходимый расход воздуха [5-28]
Vв = м3/с
12.3.2 Коэффициент, зависящий от частоты вращения n1 [5-40]
12.3.3 Приближенный расход воздуха[5-39]
м3/с
12. 3.3 Напор воздуха, развиваемый при радиальной системе [5-41]
Па
Масса
13.1.1 Масса стали сердечника статора [11-255]
mс1Σ=mз1+mс1=210+430=640 кг
13.1.2 Масса стали полюсов [11-256]
mсп=7,8∙10-6ксℓп(bпh'п+ккbнпhнп)2р=
=7,8∙10-6∙0,98∙565(86,8∙141+0,8∙184∙34)∙8=595 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∙565[(2,05∙75+198)-198]=286 кг
13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора [11-258]
mсΣ=mс1Σ+mсп+mс2=640+595+286 =1521 кг
13.1.5 Масса меди обмотки статора [11-259]
mм1=8,9∙10-6m1(a1w1ℓср1S0+adwdℓсрдSэфд)=
=8,9∙10-6∙3(7∙18∙1816∙16,59+2∙6∙1816∙16,59∙2)=125,5 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∙8(7∙78,5∙600+180∙198,1+0,6∙198,1∙2)=26 кг
13.1.7 Суммарная масса меди [11-261]
mмΣ= mм1+ mм.п +mмд =125,5+194+26=345,5 кг
13.1.8 Суммарная масса изоляции [11-262]
mи=(3,8D1,5н1+0,2Dн1ℓ1)10-4=(3,8∙8501,5+0,2∙850∙565)∙10-4=19 кг
13.1.9 Масса конструкционных материалов [11-264]
mк=АDн1+В=0,32∙850+400=672 кг
13.1.10 Масса машины [11-265]
mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=1521+245,5+19+672=2557 кг
Данные проектирования
№ | Наименование заданных параметров и их условные обозначения | Синхронный генератор СГ-2 |
Номинальный режим работы | Продолжительный | |
Номинальная мощность Рн, кВт | ||
Номинальное напряжение (линейное) Uн, В | ||
Номинальная частота вращения n, об/мин | ||
Частота питающей сети, Гц | ||
Коэффициент мощности, cosj | 0,8 | |
Способ соединения фаз статора | звезда | |
Способ возбуждения | От специальной обмотки, вложенной в паз статора | |
Степень защиты от внешних воздействий | IP23 | |
Способ охлаждения | IC01 | |
Исполнение по способу монтажа | IM1001 | |
Климатические условия и категория размещения | У2 | |
Форма выступающего конца вала | Цилиндрическая | |
Способ соединения с приводным механизмом или приводным двигателем | Упругая муфта |
Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы
Конфигурация
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]
р=60∙f/n1=60∙50/750=4
2.1.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]
х'σ*=0,14 o.e.
2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]
кн=
2.1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]
η'=0,945
Главные размеры
2.2.1 Расчетная мощность [1-12]
Р'=кнР2/ cos φ=1.089∙500/0.8 = 680 кВт
2.2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]
h = 450 мм
2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности
[табл. 9-2]
h1 = 9 мм
2.2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]
Dкорп=2(h-h1) = 2(450-9) =880 мм
2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [табл. 9-2]
Dн1max=850 мм
2.2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]
Dн1 = 850 мм
2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]
D1=6+0.69Dн1=43+0.72*850 =655 мм
2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора [рис. 11-3]
А'1= 490 А/см
2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме, [рис. 11-4]
В'б = 0,82 Тл
2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. [11-3]
В'б0=В'б/кн=0,82/1,089 = 0,75 Тлφφφφφφφφφφφφφφφ∙∙φφ
2.2.11 Полюсное деление статора [1-5]
мм
2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси [рис. 1-5]
хd*=2,4 о. е.
2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси [11-4]
хad*=хd* - хσ*=2,4-0,14=2,26 о. е.
2.2.14 Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса [§ 11-3]
к'=1,05
2.2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора [11-2]
мм
2.2.16 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]
б=2,5 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 = 2,5/1,125 = 2,2 мм
2.2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]
б'' = б/0,75 = 2,5/0,75 = 3,