Выбор воздушного зазора. расчёт полюсов ротора

Задавшись перегрузочной способностью генератора М_м/M_н = =2,2, по рис. 5.1 находим x_d* =1,3.

37. Приближенное значение воздушного зазора

где В_δ0 = 0,95 В_δн = 0,95·0,89=0,846 Тл.

38. Округляем предварительную величину зазора с точностью до 0,1 мм и принимаем воздушный зазор под серединой полюса 0,003м. Зазор под краями полюса
δ_м=1,5·δ=1,5·0,003=0,0045 м.

Среднее значение воздушного зазора

39. Находим длину полюсной дуги. Примем α = 0,7, тогда

40. Радиус дуги полюсного наконечника

41. Высота полюсного наконечника при τ = 0,242 м по

табл. 5.1

h = 0,035 м.

42. Длина сердечника полюса и полюсного наконечника

l_m = l_р = l₁ =0,342 м.

43. Находим расчётную длину сердечника полюса. Принимаем l_f =0,02 м, тогда

44. Предварительная высота полюсного сердечника

45. Определяем коэффициент рассеяния полюсов. Из

табл. 5.2 имеем k ≈ 7,0, тогда

46. Рассчитаем ширину полюсного сердечника, задавшись

B_m = 1,45 Тл; k_cp = 0,95 (полюсы выполнены из стали Ст3 толщиной 1 мм):

Так как v_р= πDn_н/60=π·0,925·500/60=24,2 м/с<30 м/с, то используем способ крепления полюсов к ободу шпильками.

47. Длина ярма (обода) ротора

где Δl_c= 0,1 м.

48. Минимальная высота ярма ротора

где B_j =1,17 Тл.

Округляем с точностью до 1 мм и принимаем h_j =0,05 м.

Расчёт демпферной обмотки

49. Выбираем число стержней демпферной обмотки на полюс N_с = 6.

50. Поперечное сечение стержня

51. Диаметр медного стержня

Округляем d_с =10,5·10^{-3 м, тогда} q_c=86,6·10^{-6 м2}.

52. Определяем зубцовый шаг ротора. Принимаем

Z=3·10^{-3 м}, тогда

53. Проверяем условия

t₂ =0,0307<t₁=0,0323;

t₂=0,0307>0,8∙t₁=0,8·0,0323=0,0258.

Условия выполняются.

54. Пазы ротора выбираем круглые полузакрытые.

Диаметр паза d_s=d_c+ 0,1=10,5+0,1=10,6 мм.

Раскрытие паза b_s = 3 мм, высота шлица h_s = 2 мм.

55. Длина стержня

l_c=l_p+(0,2–0,4)τ=0,342+0,34·0,242=0,424 м.

56. Сечение короткозамыкающего сегмента

q_кз=b_ксh_кс=1,15·0,5N_cq_c=1,15·0,5·6·86,6·10^-6 = 299·10^-6 м².

По табл. 6.1 выбираем прямоугольную медь 7×45 мм

(сечение q_кз=314 мм²), причем b_кс ≥2d_c /3=2·10,5·10^-3/3=7·10^{-3 м =}

=7 мм.

Эскизы активных частей генератора представлены на рис. 3.

Рис. 3. Синхронный генератор. Продольный (верхний рисунок) и поперечный (нижний рисунок) разрезы активных частей генератора

Расчет магнитной цепи

В данном разделе готовим расчётные выражения, необходимые для расчёта магнитной цепи (табл. 3).

Таблица 3

Параметр	Е* и Ф*
0,5		1,1	1,2	1,3
Е, В	66,5
Ф=3,21∙10-4Е, Вб	0,0213	0,0427	0,0469	0,0514	0,0555
Вδ=6,18∙10-3Е, Тл	0,411	0,822	0,902	0,989	1,07
Fδ=22Е, А
=10,8∙10-3Е, Тл	0,718	1,44	1,58	1,73	1,87
, А/м
FZ1=6,68∙10-2 , А	13,4
Ва=9,9∙10-3Е, Тл	0,66	1,32	1,45	1,58	1,71
ξ	0,62	0,38	0,33	0,31	0,27
На, А/м
Fa=14,7∙10-2ξ На, А	15,7	67,0			555,7
ВZ2=9,4∙10-3Е, Тл	0,63	1,25	1,37	1,5	1,63
НZ2, А/м
FZ2=11,5∙10-3 НZ2, А	3,45	10,8	15,5	26,1	54,6
FδZa= Fδ+ FZ1+ Fa+ FZ2, А
Фσ=2,83∙10-6 FδZa, Вб	0,0042	0,0089	0,0106	0,0138	0,0172
Фm= Ф + Фσ=3,21∙10-4Е+ +2,83∙10-6∙FδZa, Вб	0,0255	0,0516	0,0575	0,065	0,0727
Вm=8,97∙10-3Е+7,9∙10-5∙FδZa,Тл	0,714	1,44	1,61	1,82	2,04
Нm, А/м
Fm=0,181∙ Нm, А	67,0
Fδmj = 250 Вm, A
Вj =7,26∙10-3Е+6,4∙10-5FδZa, Тл	0,57	1,16	1,3	1,47	1,63
Нj, А/м
Fj= 6,63∙10-2Нj , А	43,0	80,0
Fmj= Fm+ Fδmj+ Fj , А
Fвo= FδZo+ Fm+ Fδmj+ Fj , А
Fвo*	0,45		1,22	1,78	2,68
Фm*	0,595	1,2	1,34	1,52	1,70
FδZa*	0,38	0,809	0,95	1,245	1,55
Fmj*	0,07	0,19	0,26	0,54	1,123
Фσ*	0,098	0,208	0,248	0,323	0,402

Для магнитопровода статора выбираем сталь 1511 толщиной 0,5 мм. Полюсы ротора выполняем из стали Ст3 толщиной

1 мм. Толщину обода (ярма ротора) принимаем h_j =0,05 м.

57. Магнитный поток в зазоре

По рис. 1.2 при δ_м/δ=1,5; α=0,7; δ/τ=0,003/0,242=0,0124 находим k_в=1,14 и α_δ=0,66.

58. Уточненное значение расчетной длины статора

где b'_к=γδ=1,33·3·10^-3=3,99·10^-3;

γ= (b_к/δ)²/(5+ b_к/δ)=(1·10^-2/3·10^-3)²/(5+1·10^-2/3·10^-3) = 1,33.

59. Индукция в воздушном зазоре

60. Коэффициент воздушного зазора статора

61. Коэффициент воздушного зазора ротора

62. Результирующий коэффициент воздушного зазора

63. Магнитное напряжение воздушного зазора

64. Ширина зубца статора по высоте 1/3 h′_п1 от его коронки

где

65. Индукция в сечении зубца по высоте от его коронки

66. Магнитное напряжение зубцов статора

При Е=1,3Е_н =1,87 > 1,8 Тл, поэтому соответствующую напряженность определяем по кривым намагничивания, рис. 7.1, с учётом коэффициента

67. Индукция в спинке статора

68. Магнитное напряжение спинки статора

где

ξ определяем по рис. 7.2.

69. Высота зубца ротора

70. Расчетная ширина зубца ротора (для круглых пазов)

71. Индукция в зубце ротора

72. Магнитное напряжение зубцов ротора

73. Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностям сердечников полюсов

74. Удельная магнитная приводимость рассеяния между внутренними поверхностями полюсных наконечников

где

75. Удельная магнитная проводимость рассеяния между торцевыми поверхностями

76. Удельная магнитная проводимость для потока рассеяния

77. Магнитное напряжение ярма статора, зазора и зубцов полюсного наконечника, А,

78. Поток рассеяния полюса, Вб,

79. Поток в сечении полюса у его основания, Вб,

Ф_m=Ф+Ф_σ=3,21∙10^-4Е+2,83∙10^-6F_δZa.

80. Индукция в полюсе, Тл,

Так как при Е от 1,1 U_н до 1,3U_н В_m>1,6 Тл, то в табл. 3 расчёт падения магнитного напряжения на полюсе F_m производим по эквивалентной напряженности Н_mр, которую определяем по трем сечениям полюса, табл. 4.

Таблица 4

Е*	Фm	Ф'm	Фmcp	Bm	B'm	Вmcp	Нm	Н'm	Нmcp	Нmр
1,1	0,0575	0,0515	0,0544	1,61	1,44	1,53
1,2	0,065	0,0573	0,0611	1,82	1,61	1,72
1,3	0,0727	0,0629	0,0676	2,04	1,76	1,9

При этом Ф_m=Ф+Ф_σ; Ф'_m=Ф+Ф_σλ_pl/λ_mσ=Ф+0,43Ф_σ;

Ф_mcp=(Ф_m+Ф'_m)/2;

81. Магнитное поле напряжения полюса, А,

где h_mp=h_m⁺h_p=0,146+0,035=0,181 м.

82. Магнитное напряжение стыка между полюсом и ярмом ротора, А,

83. Индукция в ярме ротора, Тл ,

84. Магнитное напряжение в ярме ротора, А,

85. Магнитное напряжение сердечника полюса, ярма ротора и стыка между полюсом и ярмом, А,

86. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на полюс, А,

Результаты расчета магнитной цепи сводим в табл. 3. При переводе значений F_δZa, F_mj, Ф_m в относительные единицы за базовые соответственно приняты F_во и Ф при Е_*=1.

По табл. 3 на рис. 4 строим в относительных единицах характеристику холостого хода.

Рис. 4. Характеристика холостого хода

На этом же рис. 4 приведена нормальная (типовая) характеристика холостого хода.