Генератор синхронный СГ2

Аннотация.doc

В данной работе представлен расчет параметров синхронного генератора СГ-2 номинальная мощность 100 кВт линейное напряжение 400 В частота вращения 1500 обмин который выполнен в защитном исполнении IP23 са-мовентиляцией IC01 по способу монтажа IM1001. Он рассчитан на про-должительный 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 вен-тиляционный расчеты. Выполнены эскизы статора и ротора генератора.

Пояснительная.DOC

Данные для проектирования7
Магнитная цепь машины. Размеры конфигурация материалы8
3 Сердечник статора10
4 Сердечник ротора11
5 Сердечник полюса и полюсный наконечник11
Демпферная (пусковая) обмотка20
Расчет магнитной цепи22
4 Зубцы полюсного наконечника24
7 Воздушный зазор в стыке полюса27
8 Общие параметры магнитной цепи27
Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима30
Расчет магнитной цепи при нагрузке32
Обмотка возбуждения35
Параметры обмоток и постоянные времени38
1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме38
2 Сопротивления обмотки возбуждения38
3 Сопротивления демпферной обмотки39
4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора41
5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности42
6 Постоянные времени обмоток42
Характеристики машин46
Тепловой и вентиляционный расчеты47
1 Тепловой расчет обмотки статора47
2 Тепловой расчет обмотки возбуждения49
3 Вентиляционный расчет50
и динамический момент инерции52
2 Динамический момент инерции ротора53
Синхронные машины применяются во многих отраслях народного хозяйства в частности в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях двигателей в установках не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.
Наиболее распространена конструктивная схема синхронной машины с вращающимся ротором на котором расположены явновыраженные полюсы. Иногда явнополюсные синхронные машины малой мощности выполняют по конструктивной схеме машин постоянного тока то есть с полюсами расположенными на статоре коллектор заменяется контактными кольцами.
Синхронные двигатели серии СД2 и генераторы серии СГ2 изготавливают мощностью от 132 до 1000 кВт при высоты оси вращения до 450 мм в защищенном исполнении IP23 с самовентиляцией IC01 с частотой вращения от 500 до 1500 обмин.
Электрические машины серий СД2 и СГ2 рассчитаны на продолжительный режим работы. Их возбуждение осуществляется от устройства питающегося от дополнительной обмотки заложенной в пазы статора. Обмотка возбуждения синхронного генератора получает выпрямленный ток через тиристорный и диодный преобразователи соединенные параллельно на стороне выпрямленного тока. Тиристорный преобразователь питается от дополнительной обмотки заложенной в пазы статора синхронного генератора и в номинальном режиме несет на себе около 30 % нагрузки возбуждения.
Все расчеты в курсовом проекте произведены по [1].
Данные для проектирования
Наименование заданных параметров и их условные обозначения
Синхронный генератор СГ-2
Номинальный режим работы
Номинальная мощность Рн кВт
Номинальное напряжение (линейное) Uн В
Номинальная частота вращения n обмин
Частота питающей сети Гц
Коэффициент мощности cosj
Способ соединения фаз статора
От специальной обмотки вложенной в паз статора
Степень защиты от внешних воздействий
Исполнение по способу монтажа
Климатические условия и категория размещения
Форма выступающего конца вала
Способ соединения с приводным механизмом или приводным двигателем
Магнитная цепь машины. Размеры конфигурация материалы
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
1.1 Количество пар полюсов [9-1]
1.2 Индуктивное сопр-ние рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]
1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]
1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]
2.1 Расчетная мощность [1-12]
Р'=кнР2cosφ=1.051000.8=131.25 кВт
2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]
2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности [табл. 9-2]
2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]
Dкорп=2(h-h1)=2(315-7)=616 мм
2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [табл. 9-2]
2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]
2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]
D1=6+0.69Dн1=6+0.69*590=413 мм
2.8 Предварительное зн-ние линейной нагрузки статора [рис. 11-3]
2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме [рис. 11-4]
2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. [11-3]
В'б0=В'бкн=083105=079 Тл
2.11 Полюсное деление статора [1-5]
2.12 Индуктивное сопрот-ние машины по продольной оси [рис. 11-5]
2.13 Индуктивное сопрот-ние реакции якоря по продольной оси [11-4]
хad*=хd* - х*=24-008=2.32 о. е.
2.14 Коэффициент учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса [§ 11-3]
2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора [11-2]
2.16 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]
2.17 В машинах с h=315-450 мм по [§ 11-3] применяем эксцентричную форму воздушного зазора по [рис. 11-8]
2.18 Отношение максимальной величины зазора к минимальной [§ 11-3]
2.19 Воздушный зазор по оси полюса [11-13]
б'=б1125=2.31125=2.05 мм
2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]
б''=б075=2.3075=3.1 мм
2.21 Коэффициент полюсной дуги действительный [§ 11-3]
α=073-8.5710-5Dн1=073-8.5710-5590=0.67
2.22 Коэффициент полюсной дуги расчетный [рис. 11-9]
Марка стали 2312 изолировка листов лакировка толщина стали 05 мм
3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью [§ 9-3]
3.2 Коэффициент формы поля возбуждения [рис. 11-9]
3.3 Обмоточный коэффициент [§ 9-3 стр. 119]
3.4 Расчетная длина сердечника статора [1-31]
3.5 Количество пакетов стали в сердечнике статора [11-16]
3.6 Конструктивная длина сердечника статора [1-33 § 9-3]
3.7 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора [9-2]
3.8 Проверка по условию λ λmax [рис. 11-10]
3.9 Количество пазов на полюс и фазу [§ 11-3]
3.10 Количество пазов сердечника статора [9-3]
3.11 Проверка правильности выбора значения z1 [11-15]
g – общий делитель чисел z1 и p
Марка стали Ст3 толщина листов 15 мм листы без изоляции коэффициент заполнения сердечника ротора сталью кс=098
4.1 Длина сердечник ротора [11-20]
5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
Марка стали Ст3 толщина листов 15 мм листы без изоляции коэффициент заполнения сердечника полюса и полюсного наконечника сталью кс=098
5.1 Длина шихтованного сердечника полюса [11-19]
п=1+15=140+15=155 мм
5.2 Магнитная индукция в основании сердечника полюса [§ 11-3]
5.3 Предварительное значение магнитного потока [9-14]
Ф'=В'бD1'110-6р=08341314010-62=0024 Вб
5.4 Ширина дуги полюсного наконечника [11-25]
bн.п=α=0.67324.2=217 мм
5.5 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре [11-26]
5.6 Ширина полюсного наконечника определяемая хордой [11-28]
b'н.п=2Rн.пsin(0.5bн.пRн.п)=2199sin(05217199)=206.6 мм
5.7 Высота полюсного наконечника у его края [§ 11-3]
5.8 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцен-тричным зазором [11-29]
hн.п=h'н.п+Rн.п - мм
5.9 Поправочный коэффициент [11-24]
к=125hн.п+25=12532+25=75
5.10 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов [11-22]
'=1+к35б2=1+75352332422=106
5.11Ширина сердечника полюса [11-21]
bп='Ф'106(кспВ'п)=1060024106(098155145)=1152 мм
5.12 Высота выступа у основания сердечника [11-32]
h'п=105б'+018D1=105205+018413=958 мм
5.13 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора [11-33]
5.14 Высота спинки ротора [11-34]
hс2=05D1-б-h'п- hн.п -05D'2=05413-23-40-958-051014=177 м
5.15 Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу [11-35]
h'с2=hс2+05D'2=177+0.51014=684 мм
5.16 Магнитная индукция в спинке ротора [11-36]
1 По [табл. 9-4 § 9-4] принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из провода марки ПЭТП-155 укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.
2 Коэффициент распределения [9-9]
3Укорочение шага [§ 9-4]
при 2p≥4 принимаем '1=08
4 Шаг обмотки [9-11]
уп1=1z1(2p)=0860(22)=12
5 Укорочение шага обмотки статора по пазам [11-37]
6 Коэффициент укорочения [9-12]
ку1=sin(190)=sin(0890)=0951
7 Обмоточный коэффициент [9-13]
коб1=кр1ку1=0960951=0913
8 Предварительное количество витков в обмотке фазы [9-15]
9 Количество параллельных ветвей обмотки статора [§ 9-3]
10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу [9-16]
11 Уточненное количество витков [9-17]
12 Количество эффективных проводников дополнительной обмотки в пазу [§ 11-4]
13 Количество параллельных ветвей фазы дополнит-ной обмотки [§ 11-4]
14 Количество витков дополнительной обмотки статора [11-38]
15 Уточненное значение магнитного потока [9-18]
Ф=Ф'(w'1w1)=0024(49850)=00239 Вб
16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре [9-19]
Вб=В'б(w'1w1)=083(49850)=0828 Тл
17 Предварительное значение номинального фазного тока [11-40]
18 Уточненная линейная нагрузка статора [9-21]
19 Среднее значение магнит. индукции в спинке статора [табл.9-13]
20Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами [табл. 9-16]
В'з1max=17095=1615 Тл
21 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора [9-22]
t1=D1z1=3.1441360=216 мм
22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте [9-47]
23 Предварительная ширина полуокрытого паза в штампе [9-48]
b'п1=t1min-b'з1min=216-117=99 мм
24 Высота спинки статора [9-24]
25 Высота паза [9-25]
hn1=(Dн1-D1)2-hc1=(590-413)2-493=392 мм
26 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по высоте [прил. 28]
27 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по щирине [прил. 28]
28 Высота шлица [§ 9-4]
29 Высота клина [§ 9-4]
30 Ширина зубца в наиболее узком месте [§ 9-4]
31 Предварительная ширина паза в штампе [9-48]
b'п1=t1min-b'з1min=216-10=116 мм
32 Припуск на сборку сердечника по ширине [§ 9-4]
33 Припуск на сборку сердечника по высоте [§ 9-4]
34 Количество эффективных проводников по ширине паза [§ 9-4]
35 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией [9-50]
b'эф=(b'n1-2bи1-bc)Nш=(116-22-03)2=456 мм
36 Количество эффективных проводников по высоте паза [9-52]
37 Допустимая высота эффективного проводника [11-49] (с0=09)
а'эф=(с0hn1-hи-hk-hш-hс)Nв=(09392-65-35-1-03)5=48 мм
38 Площадь эффективного проводника [9-53]
S'эф=а'эфb'эф=48456=219 мм2
39 Количество элементарных проводников в одном эффективном [§ 9-4]
40 Меньший размер неизолированного элементарного провода [9-54]
а'=(а'эфса)-Δи=483-015=145 мм
где Δи=015 мм – двухсторонняя толщина изоляции провода [прил. 3]
41 Больший размер неизолированного элементарного провода [9-55]
b'=(b'эфсb)-Δи=4561-015=441 мм
42 Размеры провода [прил. 2]
43Размер по ширине паза в штампе [9-57]
bn1=Nшсb(b+Δи)+2bи1+bс=21(45+0.15)+22+03=118 мм
44 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]
bз1min=t1min -bn1=216-118=98 мм
45 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора [9-59]
Вз1max=t1Bб(bз1minkc)=2160828(98095)=192 Тл
46 Размер основной обмотки статора по высоте паза [11-50]
hп.о=Nв.осо.в(а+Δи.а)+hи.о=53(14+015)+45=2775 мм
47 Изоляция обмотки статора [прил. 28]
48 Размер даполнительной обмотки статора по высоте паза [11-51]
hп.д=Nв.дсд.в(а+Δи.а)+hи.д=13(14+015)+2=665 мм
49 Уточненная высота паза статора в штампе [11-52]
hп1=hп.о+hп.д+hк+hш+hс=2775+665+35+10+03=392 мм
50 Среднее зубцовое деление статора [9-40]
tср1=(D1+hп1)z1=314(413+392)60=238 мм
51 Средняя ширина катушки обмотки статора [9-41]
bср1=tср1уп1=23812=2841 мм
52Средняя длина одной лобовой части обмотки [9-60]
л1=13bср1+hп1+50=132841+392+50=4586 мм
53 Средняя длина витка обмотки [9-43]
ср1=2(1+л1)=2(140+4581)=1197 мм
54 Длина вылета лобовой части обмотки [9-63]
в1=04bср1+hп12+25=042841+3922+25=1583 мм
55 Плотность тока в обмотке статора [9-39]
J1=I1(Sca1)=1804(632)=50 Амм2
56 Определяем значение А1*J1
А1*J1=417250=20907 A2(cммм2)
57 Допустимое значение (А1*J1)доп [рис. 11-12]
(А1*J1)доп=3100>20907=А1*J1
Демпферная (пусковая) обмотка
1 Суммарная площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс [11-53]
S2Σ=0015А1J1=0015324241725=4050 мм2
2 Зубцовое деление полюсного наконечника ротора [§ 11-5]
3 Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс [11-54]
N'2=1+(bн.п-20)t'2=1+(217-20)216=11
4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки [11-55]
5 Диаметр и сечение стержня [§ 11-5]
6 Определяем отношение h'н.пd [§ 11-5]
7 Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника [§ 11-5]
8 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника [11-56]
t2=(bн.п – dc – 2bз2min)(N2-1)=(217-6-28)(11-1)=195 мм
9 Диаметр круглой части паза полюсного наконечника [11-57]
dп2=dс+01=6+01=61 мм
10 Размеры шлица паза демпферной обмотки [§ 11-5]
11 Предварительная длина стержня демпферной обмотки [11-58]
'ст=1+02=140+023242=205 мм
12 Площадь поперечного сечения [11-59]
S'с=05S2Σ=054050=2025 мм2
13 Высота короткозамыкающего сегмента [§ 11-5]
14 Ширина короткозамыкающего сегмента [§ 11-5]
15 Уточненные размеры и сечение короткозамыкающего сегмента [прил. 2]
Расчет магнитной цепи
1.1 Расчетная площадь поперечного сечения возд-ного зазора [11-60]
Sб=α'('1+2б)=0663242(140+223)=30960 мм2
1.2 Уточненное значение магн. индукции в воздушном зазоре [11-61]
Вб=Ф106Sб=002410630960=0773 Тл
1.3 Коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора [9-116]
1.4 Коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора [9-117]
1.5 Коэффициент учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных каналов [§ 9-7]
1.6 Общий коэффициент воздушного зазора [9-120]
кб=кб1кб2кк=11410331=118
1.7 МДС для воздушного зазора [9-121]
Fб=08 бкбВб103=08118230773 103=1678 А
2.1 Зубцовое деление статора в минимальном сечении зубца [9-46]
t1min= (D1+2hш1+2hk)z1=314(413+21+235)60=2208 мм
2.2 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]
t1max= (D1+2hп)z1=314(413+2392)60=2572 мм
2.3 Ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]
bз1min= t1min – bп1=2208-118=1028 мм
2.4 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]
bз1max= t1max – bп1=2572-118=1392 мм
2.5 Ширина зубца в средней части [9-130]
bз1ср=( bз1min + bз1max)2=(1028+1392)2=121 мм
2.6Магнитная индукция зубца статора в наиболее узкой части [9-59]
Вз1max=t1Bб(bз1minkc)=2160773(1028095)=172 Тл
2.7Маг-ная индукция зубца статора в наиболее широкой части [9-131]
Вз1max=t1Bб(bз1maxkc)=2160773(1392095)=127 Тл
2.8Магнитная индукция зубца статора в средней части [9-132]
Вз1ср=t1Bб(bз1срkc)=2160773(121095)=146 Тл
2.9Коэффициент зубцов в наиболее узкой части [9-133]
kз1max=[t1min(bз1minkc)]-1=[2572(1028095)]-1=126
2.10Коэффициент зубцов в наиболее широкой части [9-134]
kз1min=[t1max(bз1maxkc)]-1=[2208(1392095)]-1=094
2.11Напряженность магн-ного поля в наиболее узкой части [прил. 9]
2.12Напряженность магнитного поля в наиболее широкой части [прил. 8 прил. 15]
2.13Напряженность магнитного поля в средней части
2.14Среднее значение напряж-ти магнитного поля в зубцах [9-136]
Hз1 = (Hз1max + 4Hз1ср+ Hз1min)6=(20+4102+677)6=113 Асм
2.15Средняя длина пути магнитного потока [9-124]
2.16 МДС для зубцов [9-125]
Fз1=01Нз1Lз1=01392113=443 А
3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора [11-66]
Sc1=hc1c1kc=493140095=6557 мм2
3.2 Расчетная магнитная индукция [11-67]
Вс1=Ф1062(Sc1)=0024106(26557)=182 Тл
3.3 Напряженность магнитного поля [прил. 12]
3.4 Средняя длина пути магнитного потока [9-166]
Lс1=(Dн1-hс1)(4р)=314(590-493)(24)=2123 мм
3.5 МДС для спинки статора [11-68]
Fс1=01Нс1Lс1=01382123=807 А
4 Зубцы полюсного наконечника
4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника [11-69]
4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника [прил. 21]
4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника [11-70]
Lз2=hш2+dп2=3+61=91 мм
4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника [11-71]
Fз2=01Hз2Lз2=0111391=103 А
5.1 Величина выступа полюсного наконечника [11-72]
b''п=05(b'н.п – bп)=05(2066-1151)=457 мм
5.2 Высота полюсного наконечника [11-83]
hн=(2hн.п+h'н.п)3=(240+11)3=303 мм
5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников [11-84]
ан.п=[(D1-2б''-h'н.п)2р]-b'н.п=[314(413-223-11)(22)]-2066=1043 мм
5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния [11-85]
5.5 Длина пути магнитного потока в полюсе [11-87]
Lн=h'п+05hн.п – Lз2=958+0240-91=1067 мм
5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов [11-88]
5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов [11-89]
λп.в=37bпп=371151155=275
5.8 Коэф-нт магнитной проводимости потока рассеяния полюсов [11-90]
λп=λн.п+λп.с+λп.в=406+78+275=1462
5.9 МДС для статора и воздушного зазора [11-91]
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=1678+443+807=2530 А
5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов [11-92]
Ф=4λпн.пFбзс10-11=414621552530 10-11=00023 Вб
5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока [11-93]
=1+ФФ=1+000230024=1096
5.12 Расчетная площадь попер-го сечения сердечника полюса [11-94]
Sп=кспbп=0981151155=17500 мм2
5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса [11-95]
Фп=Ф+Ф=0024+00023=00262 Вб
5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса [11-96]
Вп=Фп(Sп10-6)=00262(17500 10-6)=15 Тл
5.15 Напряженность магн-ного поля в сердечнике полюса [прил. 21]
5.16 Длина пути магнитного потока в полюсе
5.17 МДС для полюса [11-104]
Fп=01LпНп=011067289=3084 А
6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора [11-105]
Sс2=2h'с2кс=155684098=10390 мм2
6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора [11-106]
Вc2=Ф106(2Sс2)=10960024106(210390)=126 Тл
6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора [прил. 21]
6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора [11-107]
Lс2=[(D2+2hc2)(4p)]+05h'с2=[314(1014+2177)(42)+05684=879 мм
6.5 МДС для спинки ротора [9-170]
Fc2=01Lc2Hc2=01879146=1284 А
7 Воздушный зазор в стыке полюса
7.1 Зазор в стыке [11-108]
бп2=2п10-4+01=215510-4+01=0131 мм
7.2 МДС для зазора в стыке между сердечником полюса и п. н. [11-110]
Fп2=08бп2Вп103=08013115103=157 А
7.3 Суммарная МДС для полюса и спинки ротора [11-117]
Fпс=Fп+Fс2+Fп2+Fз2=3084 +1284+157 +103 =604 А
8 Общие параметры магнитной цепи
8.1 Суммарная МДС магнитной цепи (на один полюс) [11-111]
FΣ(1)= Fбзс +Fпс=2530+604=31334 А
8.2 Коэффициент насыщения [11-112]
кнас=FΣ(Fб+Fп2)= 31334 (1678+157)=17
Таблица 5.1 Результаты характеристик холостого хода
Fбзс*= Fбзс FΣ(1) о.е.
ФП.СР=05( ФП 1+ ФП 2) Вб
ФП.СР*= ФП.СР Ф(1) о.е.
FПС*= FПС FΣ(1) о.е.
Средняя длина пути магнитного потока мм
Наименование участка
Зазор мд сердеч статора и полюс наконечником
Зубцы полюсного наконечника
Зазор в стыке пол. и серд. ротора
Рисунок 5.1 Характеристика холостого хода генератора
Таблица 5.2 Нормальная характеристика холостого хода генератора [§ 11-6]
Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима
1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20 0С [9-178]
2 Активное сопротивление в относительных единицах [9-179]
r1*=r1I1U1=002921804400=00228 о.е.
3 Проверка правильности определения r1* [9-180]
4 Активное сопротивление демпферной обмотки [9-178]
5 Размеры паза [рис. 9-9 табл. 9-21]
bп1=118 мм; hш1=1 мм; hк1=3 мм; h2=19 мм; hп1=392 мм; h3=1 мм; h4=1мм;
h1=323 мм; bш1=06bп1=06118=708 мм
6 Коэффициенты учитывающие укорочение шага [9-181 9-182]
к1=04+061=04+0608=088
к'1=02+081=02+0808=084
7 Коэффициент проводимости рассеяния [9-186]
8 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния [11-118]
9 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки [9-191]
10 Коэффициент зубцовой зоны статора [11-120]
11 Коэффициент учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную проницаемость рассеяния между коронками зубцов [§ 11-7]
12 Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов
13 Суммарный коэфициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора [11-121]
λ1=λп1+λл1+λд1+λк=1344+355+0426+024=556
14 Индуктивное сопротивление обмотки статора [9-193]
х=158f11w21λ1(pq1108)=15850140502556(25108)=0154 Ом.
15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора [9-194]
х*=хI1U1=01541804400=012 о.е.
16 Проверка правильности определения х* [9-195]
Расчет магнитной цепи при нагрузке
Рис. 7-1 – Частичные характеристики намагничивания Е; Ф=f(Fзс) Фп=f(Fпс) Ф=f(Fзс)
Рисунок 7.2 – Векторная диаграмма Блонделя
1 ЭДС индуктированная магнитным потоком воздушного зазора (рис. 7-2)
2 МДС для воздушного зазора и статора (рис. 7-1)
3 МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора (рис. 7-1)
4 Предварительный коэф-ент насыщения магнитной цепи статора [11-126]
к'нас=FбзсFб=098075=131
5Поправочные коэффициенты учитывающие насыщение магнитной цепи
d=094; q=058; qd=00032
6 Коэффициенты реакции якоря [табл. 11-4]
7 Коэффициент формы поля реакции якоря [§ 11-8]
8 Амплитуда МДС обмотки статора [11-125]
Fa=045m1w1коб1I1кфар=045350091180414=5560 А
9 Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах [11-127]
10 Поперечная составляющая МДС реакции якоря с учетом насыщения отнесенная к обмотке возбуждения [11.128]
Faq*cos=qkaqFa*=05804177= 0412о.е.
11 ЭДС обмотки статора обусловленная действием МДС (7-1)
12 Направление вектора ЭДС Ебd определяемое построением вектора Еaqcos (7-2)
=4975; cos=0646; sin=0763
13 Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля [11-130]
F'ad*=dkadFa*sin+kqdFa*cos=094086180763+00032180646324223=16 о.е.
14 Продольная составляющая ЭДС (рис. 7-2)
15 МДС по продольной оси (рис. 7-1)
16 Результирующая МДС по продольной оси [11-131]
Fба*=Fбd*+F'ad*=08+16=241 о.е.
17 Магнитный поток рассеяния (рис. 7-1)
18 Результирующий магнитный поток [11-132]
Фп*=Фбd*+Ф*=1062+083=19 о.е.
19 МДС необходимая для создания магнитного потока (рис. 7-1)
20 МДС обмотки возбуждения при нагрузке [11-133]
Fп.н*=Fба*+Fпс*=241+10=341 о.е.
21 МДС обмотки возбуждения при нагрузке [11-134]
Fп.н=Fп.н*FΣ(1)=34131334 =106915 А
1 Напряжение дополнительной обмотки статора [11-135]
Uд=U1wdw1=400550=40 В
2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения [11-136]
'ср.п=25(п+bп)=25(155+1152)=6755 мм
3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения [11-173]
4 Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения [рис. 11-21]
5 Предварительное количество витков одной полюсной катушки [11-138]
6 Расстояние между катушками смежных полюсов [11-139]
По [§ 11-9] принимаем многослойную катушку из изолированного медного провода прямоугольного сечения марки ПСД.
7 Размера проводника без изоляции [прил. 2]
8 Размера проводника с изоляций [прил. 3]
9 Предварительное наибольшее количество витков одном слое [11-140]
N'в=(hп-hпр)(105b')=(958-25)(105754)=108
10 Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной катушки [11-141]
N'ш= w'п N'в=161108=149
11 Раскладка и уточнение числа витков катушки [рис. 11-22 а]
Nш=20; wп=160; Nв=12
12 Размер полюсной катушки по ширине [11-142]
bк.п=105 Nш a'=10520348=73 мм
13 Размер полюсной катушки по высоте [11-143]
hк.п=105 Nвb'=10512754=95 мм
14 Средняя длина витка катушки [11-144]
ср.п=2(п+bп)+(bк+2(bз+ bи))=2(155+1152)+314(73+34)=7803 мм
15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке [11-153]
Iп.н=Fп.нwп=106915160=668 А
16 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения [§ 11-9]
17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения [11-154]
Jп=Iп.н(апS)=668(12182)=306Амм2
18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения [11-155]
Lп=2рwпср.п10-3=22160780310-3=500 м
19 Массам меди обмотки возбуждения [11-156]
mм.п=89LпS10-3=89500218210-3=97 кг
20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20 С [11-157]
rп=Lпρм20апS=5005712182=04 Ом
21 Максимальный ток возбуждения [11-158]
Iп max=Uп(rпmт)=(40-2)(04138)=686 А
22 Коэффициент запаса возбуждения [11-159]
Iп maxIп.н=686668=1026
23 Номинальная мощность возбуждения [11-160]
Рп=UпIп max = (40-2)686=2606 Вт
Параметры обмоток и постоянные времени
1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме
1.1 Коэффициент насыщения при Е=05 (табл. 5-1) [11-161]
1.2 МДС для воздушного зазора при Е=10 (табл. 5-1)
1.3 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря [11-162]
1.4 Коэффициент поперечного реакции якоря [табл. 11-4]
1.5 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря [11-163]
1.6 Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси [11-164]
хd*=хad*+х*=239+012=251 о.е.
1.7 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси [11-165]
хq*=хaq*+х*=121+012=133 о.е.
2 Сопротивления обмотки возбуждения
2.1 Активное сопротивление обмотки возбуждения приведенное к обмотке статора [11-166]
2.2 Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения [11-167]
λпΣ=λн.п+065λп.с+038λп.в=406+06578+038275=1018
2.3 Индуктивное сопротивление обмотки возбужденя [11-168]
хп*=127кadхad*(1+о.е.
2.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения [11-169]
хп*=хп* - хad*=275-239=036 о.е.
3 Сопротивления демпферной обмотки
3.1 Относительное зубцовое деление демпферной обмотки [11-170]
t2*=t2=3141953244=0189 о.е.
3.2 Коэффициент распределения демпферной обмотки [11-171]
3.3 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника [11-172]
λдз=t2(gдб)=195(16523)=051
3.4 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов [11-173]
3.5Коэффициенты [рис. 11-23]
3.6 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по продольной оси [11-174]
λдлd=0019CdN2=001932441211=0672
3.7 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по поперечной оси [11-175]
λдлq=0019CdN2=00193244311=168
3.8 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси [11-176]
3.9 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси [11-177]
3.10 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси [11-178]
3.11 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси [11-179]
3.12 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси [11-181]
где 0=410-7 Гнм – магнитная проницаемость воздуха
ρ2(t)=ρк(t)=00242 – удельное сопр-ние стержня и сегмента при t=155 0C.
3.13 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси [11-182]
rcq*=075rcd*=07500743=00557 о.е.
3.14 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси [11-183]
3.15 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси [11-184]
rkq*=15rkd*=1501=015 о.е.
3.16 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси [11-185]
rдd*=rcd*+rkd*=00743+01=0175 о.е.
3.17 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси [11-186]
rдq*=rcq*+rkq*=00557+015=0206 о.е.
4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора
4.1 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси [11-188]
4.2 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси [11-189]
4.3 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси [11-190]
4.4 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси [11-191]
5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности
5.1Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при работе машины на малое внешнее сопротивление [11-194]
5.2 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении [11-195]
х2*=05(х''d*+х''q*)=05(0168+0149)=0158 о.е.
5.3 Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности [11-196]
5.4 Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности при рабочей температуре [11-197]
r0*=r1*(20)mт=00228138=00314 о.е.
6 Постоянные времени обмоток
6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной [11-198]
Тd0=xп*1rп*=27500038231450=229 с
6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной [11-199]
Т'd=Td0x'd*xd*=229043251=04 с
6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси [11-200]
6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси [11-201]
6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения [11-202]
6.6 Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых обмотках возбуждения и статора [11-203]
T''d=T'''d0x''d*x'd*=000670168043=00026 с
6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора [11-204]
T''q=Tдq0x''q*xq*=00190149133=00021 с
6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора [11-205]
Ta=x2*1r1*=0158(2314500229)=0022 с
1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]
t1max=(D1-2hп)z1=(413-2392)60=257 мм
2 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]
bз1max=t1max-bn1=257-118=139 мм
3 Ширина зубца в средней части [9-130]
bз1cp=(bз1min+bз1max)2=(257+98)2=119 мм
4 Расчетная масса стали зубцов статора [9-260]
mз1=78z1bз1срhn11kc10-6=786011939214009510-6=30 кг
5 Магнитные потери в зубцах статора [9-251]
Pз1=3В2з1срmз1=3146230=1853 Вт
6 стали спинки статора [9-261]
mc1=78(Dн1-hc1)hc11kc10-6=78314(590-493)4931400.9510-6=869 кг
7 Магнитные потери в спинке статора [9-255]
Рс1=3В2с1mc1=31822869=8676 Вт
8 Амплитуда колебаний индукции [11-206]
В0=0кбВб=0251180773=0228 Тл
9 Среднее значение удельных поверхностных потерь [11-207]
рпов=к0(z1n110-4)15(01В0t1)2=45(60150010-4)(010228216)2=919 Втм2
10 Поверхностные потери машины [11-208]
Рпов=2рαпрповкп10-6=2232440671509190610-6=0742 Вт
11Суммарные магнитные потери [11-213]
РсΣ=Рс1+Рз1+Рпов=1853+8676+0742=10536 Вт
12 Потери в обмотке статора [11-209]
Рм1=m1I21r1mт+m1(I'пн)2rдmт=
=3180420029138+3(668)200029138=3949 Вт
13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора [11-214]
Рп=I2п.нrпmт+2Iп.н=668204138+2668=2608 Вт
14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке [11-215]
Рдоб=0005Рн=0005100000=500 Вт
15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию [11-210]
Р'мх=Рт.п+Рвен=8()2()3=8()2()3=1268 Вт
16 Потери на трение щеток о контактные кольца [11-212]
Рт.щ=26Iп.нD1n110-6 =26668413150010-6=1076 Вт
17 Механические потери [11-217]
Рмх=Р'мх+Ртщ=1268+1076=13756 Вт
18Суммарные потери [11-218]
РΣ=РсΣ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх=10536+3949+500+2608+13756=94861 Вт
19 КПД при номинальной нагрузке [11-219]
=[1-РΣ(Р2н+РΣ)] 100=[1-94861(100000+94861)] 100=913 %
Характеристики машин
1.1 Повышение напряжения на зажимах генератора [11-220]
1.2 Значение ОКЗ [11-227]
ОКЗ=Е'0*хd*=12251=0478 о.е.
1.3 Кратность установившегося тока к.з. [11-228]
IkI1н=ОКЗIп.н*=0478341=163 о.е.
1.4 Наибольшее мгновенное значение тока [11-229]
iуд=189х''d*=1890168=113 о.е.
1.5 Статическая перегружаемость [11-223]
S=E'0о*kpxd*cosφн=44410225108=225 о.е.
1.6 Определяем ЭДС (рис. 5-1)
1.7 Определяем уравнение [11-221]
Р*=(Е'0*хd*)sin+05(1хq*-1xd*)sin2=
=3251sin+05(1133-1251)sin2=12sin+018sin2
Рис. 11-1. Угловая характеристика
Тепловой и вентиляционный расчеты
1 Тепловой расчет обмотки статора
1.1 Потери в основной и дополнительной обмотках статора [11-247]
Р'м1=m1mт'[I'12r1+(Iп.н)2rд]=
=3148[180420029+(668)20003)=4235 Вт
где m'т=148 – коэффициент для класса нагревостойкости изоляции F [§ 5-1]
1.2 Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора[9-379]
Sп1=D11=413140=181647 мм2
1.3 Условный периметр поперечного сечения [9-381]
П1=2(hn1+bп1)=2(392+118)=102 мм
1.4 Условная поверхность охлаждения пазов [9-382]
Sи.п1=z1П11=60102140=856800 мм2
1.5 Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки [9-383]
Sл1=4D1в1=43144131583=821305 мм2
1.6 Условная поверхность охлаждения генераторов без охлаждающих ребер на станине [9-384]
Sмаш=Dн1(1+2в1)=314590(140+21583)=846142 мм2
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]
где к=082 – коэффициент [табл. 9-25]
1.8 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали отнесенных к поверхности охлаждения пазов [9-387]
1.9 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки [9-388]
1.10 Окружная скорость ротора [9-389]
1.11 Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины [9-390]
где α1=1410-5 Вт(мм2град) – коэффициент теплоотдачи поверхности статора.
1.12 Односторонняя толщина изоляции в пазу статора [§ 9-13]
bи1=(bп1-Nшb)2=(118-245)2=14 мм
Перепад температуры в изоляции паза и жестких катушек [9-392]
1.13 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины [9-393]
Δtл1=рл1α1=0003951410-5=282 ºС
1.14 Перепад температуры в изоляции лобовых частей из жестких катушек [9-395]
Δtи..л1=рл1=000395 ºС
1.15 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины [9-396]
Δt'1=(Δtп1+Δtи.п1)+(Δtл1+Δtи.л1) =
=(659+101)+(282+346) ºС
1.16 Потери в двигателе передаваемые воздуху внутри машины [9-397]
Р'Σ=к(Р'м1+РсΣ)+Р'м1+Р'м2+РмхΣ+Рд=082(4235 Вт
1.17 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха [9-399]
1.28 Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха [9-400]
Δt1=Δt'1+Δtв=659+6=718 ºС
2 Тепловой расчет обмотки возбуждения
2.1 Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов [11-248]
Sп2=2рср.пПп=227803154=481104 мм2
2.2 Удельный тепловой поток от потерь в обмотке отнесенных к поверхности охлаждения обмотки [11-250]
рп=кРпSп2=092608481104 =00049 Втмм2
2.3 Коэффициент теплоотдачи катушки [§ 11-13]
αТ=(26+019v2)10-5=(26+019321)10-5=8710-5 Вт(мм2 С)
2.4 Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки [11-251]
Δtп.л=рпαТ=000490000087=562 С
2.5 Перепад температуры в наружной и внутренней изоляции многослойных катушек из изолированных проводов [11-252]
2.6 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины [11-253]
Δt'п=Δtп.п+Δtи.п=562+61=623 С
2.7 Среднее превышение температуры обмотки над температурой охлаждающего воздуха [11-254]
Δtп=Δt'п+Δtв=623+6=682 С
3 Вентиляционный расчет
Принята система вентиляции аксиальная [§ 11-13]
3.1 Необходимый расход воздуха [5-28]
3.2 Эквивалентное аэродинамическое сопр-ние воздухопровода [§ 11-13]
3.3Наружный диаметр вентилятора [10-382]
Dвен2=085D1=085413=351 мм
3.4Внутренний диаметр колеса вентилятора [10-383]
Dвен1=065D1=065413=2685 мм
3.5Длина лопатки вентилятора [10-384]
lл=013D1=013413=537 мм
3.6Количество лопаток вентилятора [10-385]
3.7Линейная скорость вентилятора по наружному диаметру [5-34]
Vвен2= Dвен2n(6104)=314351150060000=276 мс
3.8Линейная скорость вентилятора по внутреннему диаметру [5-35]
Vвен1= Dвен1n(6104)=3142685150060000=211 мс
3.9Напор вентилятора [5-33]
H0=а.оγ(V2вен2-V2вен1)=06123(2762-2112)=2336 Па
где а.о=06 – аэродинамический КПД вентилятора [§ 5-6];
γ = 1.23 кгм3 – плотность воздуха.
3.10Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора [5-37]
Sвен=092Dвен2lл10-6=09231435153710-6=00545 м2
3.11Максимальный расход воздуха [5-36]
Vв max=042Vвен2Sвен =04227600545=0631 м3с
3.12Действительный расход воздуха [5-38]
3.13Действительный напор вентилятора [5-38]
и динамический момент инерции
1.1 стали сердечника статора [11-255]
mс1Σ=mз1+mс1=29+869=1159 кг
1.2 стали полюсов [11-256]
mсп=7810-6ксп(bпh'п+ккbнпhнп)2р=
=7810-6098155(1152958+08217140)4=852 кг
1.3 стали сердечника ротора [11-257]
mс2=612кс10-61[(205hс2+D2)2-D2]=
=61209810-6155[(205177+1014)-1014]=175 кг
1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора [11-258]
mсΣ=mс1Σ+mсп+mс2=1159+852+175 =2186 кг
1.5 меди обмотки статора [11-259]
mм1=8910-6m1(a1w1ср1S0+adwdсрдSэфд)=
=8910-63(332128224075+4312822403752)=173 кг
1.6 меди демпферной обмотки [11-260]
mм.д=8910-62р(N'2S'ст+b'н.пSс+06SсСп)=
=8910-64(112832049+20665227+0652272)=266 кг
1.7 Суммарная масса меди [11-261]
mмΣ= mм1+ mм.п +mмд =173+97+266=1207 кг
1.8 Суммарная масса изоляции [11-262]
mи=(38D15н1+02Dн11)10-4=(3859015+02590140)10-4=71 кг
1.9 конструкционных материалов [11-264]
mк=АDн1+В=032590+400=5888 кг
1.10Масса машины [11-265]
mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=2186+1207+71+5888=9352 кг
2 Динамический момент инерции ротора
2.1 Радиус инерции полюсов с катушками [11-266]
Rп.ср=05[(05D21+(085÷096)(05D2+hc2)2]10-6 =05[(054132+085(051014+177)2]10-6=00446 м
2.2 Динамический момент инерции полюсов с катушками [11-267]
Jп=(mс.п+mм.п+mм.д)4R2п.ср=(852+97+266)4004462=147 кгм2
2.3 Динамический момент инерции сердечника ротора [11-268]
Jс2=05mс210-6[(05D2+hс2)2-(05D2)2]=
=0517510-6[(051014+177)2-(051014)2]=00185 кгм2
mв=1510-61D22=1510-614010142=216 кг
2.5 Динамический момент инерции вала [11-270]
Jв=05mв(05D2)210-6=05216(051014)210-6=00278 кгм2
2.6 Суммарный динамический момент инерции ротора [11-271]
Jи.д=Jп+Jc2+Jв=147+00185+00278=1519 кгм2
Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины удовлетворяющие своим показателям и характеристикам весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.
Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование изготовление и испытание. Под проектированием электрической машины понимается расчет размеров отдельных ее частей параметров обмоток рабочих и других характеристик машины конструирование машины в целом а также ее отдельных деталей и сборочных единиц оценка технико-экономических показателей спроектированной машины включая показатели надежности.
О.Д. Гольдберг Я.С. Гурин И.С. Свириденко Проектирование электрических машин: Учеб. для втузов – М.: Высш. шк. 1984.
Копылов Справочник по машиностроительному черчению: Учеб. для втузов – М.: Высш. шк. 1982.

Лист статора.cdw

Лист ротора.cdw