Электродвигатель с ротором и статором по ГОСТ

Чертеж общего вида.dwg

Электродвигатель должен соответствовать требованиям ГОСТ 18709
по установочно и присоединительным размерам.
Наружную поверхность покрыть эмалью НЦ-11 ГОСТ 9198-83 цвет
серый или оранжевый.
Лакокрасочные покрытия должны быть не ниже
класса ГОСТ 9.032-74
Пайку производить припоем ПОССу 61 -05 ГОСТ 21.931 -76 в соответствии
с требованиями ОСТ 4.ГО.054.267. Провод крепить механически загибом в
Посадочные поверхности подшипника поз. 15 и 16 смазать смазкой.
Произвести консервацию концов вала ротора по ОСТ 190109-73
Вывода бандажировать шнур - чулком.
Моменты затягивания резьбовых соединений М6 (6 8) Нм М8 (20 25) Нм
Общие требования по ОСТ 102579-86
Генератор синхронный

Лист статора.dwg

Ст 2312 ГОСТ 21427.2-83

КУРСАЧ !!!! ПЗ Генератор.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет
Кафедра электротехники
Факультет нефти газа и энергетики
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
( наименование дисциплины )
( тема курсового проекта работы )
( фамилия имя отчество )
Руководитель (нормоконтролёр) проекта
( подпись дата расшифровка подписи )
расшифровка подписи )
Кубанский государственный технологический университет
на курсовое проектирование
( код и наименование специальности )
Пояснительная записка 53 с. 2 рисунка 3 таблицы 3 источника
графическая часть 2 листа формата А3
СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
Объектом проектирования является синхронный генератор
Цель проектирования – получить необходимые навыки по расчету и
конструированию электрических машин применяя традиционные средства
вычислительной техники.
В процессе проектирования проводились электромагнитные и тепловые
расчеты генератора уточнялись выбранные ранее размеры деталей и узлов
Основные конструктивные характеристики: конструктивное исполнение
исполнение по способу защиты климатическое исполнение и
категория размещения УЗ; класс нагревостойкости изоляций F.
Магнитная цепь машины. Размеры конфигурация материалы 8
3 Сердечник статора 10
4 Сердечник ротора 11
5 Сердечник полюса и полюсный наконечник 11
Демпферная (пусковая) обмотка 20
Расчет магнитной цепи 22
1 Воздушный зазор 22
4 Зубцы полюсного наконечника 24
7 Воздушный зазор в стыке полюса 27
8 Общие параметры магнитной цепи 27
Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для
установившегося режима 30
Расчет магнитной цепи при нагрузке 32
Обмотка возбуждения 35
Параметры обмоток и постоянные времени 38
1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме 38
2 Сопротивления обмотки возбуждения 38
3 Сопротивления демпферной обмотки 39
4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора 41
5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности 42
Характеристики машин 46
Тепловой и вентиляционный расчеты 47
1 Тепловой расчет обмотки статора 47
2 Тепловой расчет обмотки возбуждения 49
3 Вентиляционный расчет 50
и динамический момент инерции 52
2 Динамический момент инерции ротора 53
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
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.
Магнитная цепь машины. Размеры конфигурация материалы
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
1.1 Количество пар полюсов
1.2 Индуктивное сопр-ние рассеяния обмотки статора
1.3 Коэффициент мощности нагрузки
1.4 Предварительное значение КПД
2.1 Расчетная мощность
Р'=кнР2cosφ=1.051000.8=131.25 кВт
2.2 Высота оси вращения
2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности
2.4 Наружный диаметр корпуса
Dкорп=2(h-h1)=2(315-7)=616 мм
2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора
2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора
2.7 Внутренний диаметр сердечника статора
D1=6+0.69Dн1=6+0.69*590=413 мм
2.8 Предварительное зн-ние линейной нагрузки статора
2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре
в номинальном режиме
2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в
воздушном зазоре машины при х.х.
В'б0=В'бкн=083105=079 Тлφφφφφφφφφφφφφφφφφ
2.11 Полюсное деление статора
2.12 Индуктивное сопрот-ние машины по продольной оси
2.13 Индуктивное сопрот-ние реакции якоря по продольной оси
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
2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным
наконечником и сердечником статора
2.16 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]
2.17 В машинах с h=315-450 мм применяем эксцентричную форму
2.18 Отношение максимальной величины зазора к минимальной
2.19 Воздушный зазор по оси полюса
б'=б1125=2.31125=2.05 мм
2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника
б''=б075=2.3075=3.1 мм
2.21 Коэффициент полюсной дуги действительный
α=073-8.5710-5Dн1=073-8.5710-5590=0.67
2.22 Коэффициент полюсной дуги расчетный
Марка стали 2312 изолировка листов лакировка толщина стали 05 мм
3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью
3.2 Коэффициент формы поля возбуждения
3.3 Обмоточный коэффициент
3.4 Расчетная длина сердечника статора
3.5 Количество пакетов стали в сердечнике статора
3.6 Конструктивная длина сердечника статора
3.7 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру
3.8 Проверка по условию λ λmax
3.9 Количество пазов на полюс и фазу
3.10 Количество пазов сердечника статора
3.11 Проверка правильности выбора значения z1
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
5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
заполнения сердечника полюса и полюсного наконечника сталью кс=098
5.1 Длина шихтованного сердечника полюса
п=1+15=140+15=155 мм
5.2 Магнитная индукция в основании сердечника полюса
5.3 Предварительное значение магнитного потока
Ф'=В'бD1'110-6р=08341314010-62=0024 Вб
5.4 Ширина дуги полюсного наконечника
bн.п=α[pic]=0.67324.2=217 мм
5.5 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном
5.6 Ширина полюсного наконечника определяемая хордой
b'н.п=2Rн.пsin(0.5bн.пRн.п)=2199sin(05217199)=206.6 мм
5.7 Высота полюсного наконечника у его края
5.8 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцен-
hн.п=h'н.п+Rн.п - [pic] мм
5.9 Поправочный коэффициент
к=125hн.п+25=12532+25=75
5.10 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния
'=1+к35б[pic]2=1+75352332422=106
5.11Ширина сердечника полюса
bп='Ф'106(кспВ'п)=1060024106(098155145)=1152 мм
5.12 Высота выступа у основания сердечника
h'п=105б'+018D1=105205+018413=958 мм
5.13 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора
5.14 Высота спинки ротора
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
h'с2=hс2+05D'2=177+0.51014=684 мм
5.16 Магнитная индукция в спинке ротора
1 Принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из
провода марки ПЭТП-155 укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.
2 Коэффициент распределения
при 2p≥4 принимаем '1=08
уп1=1z1(2p)=0860(22)=12
5 Укорочение шага обмотки статора по пазам
6 Коэффициент укорочения
ку1=sin(190)=sin(0890)=0951
7 Обмоточный коэффициент
коб1=кр1ку1=0960951=0913
8 Предварительное количество витков в обмотке фазы
9 Количество параллельных ветвей обмотки статора
10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу
11 Уточненное количество витков
12 Количество эффективных проводников дополнительной обмотки в пазу
13 Количество параллельных ветвей фазы дополнит-ной обмотки
14 Количество витков дополнительной обмотки статора
15 Уточненное значение магнитного потока
Ф=Ф'(w'1w1)=0024(49850)=00239 Вб
16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре
Вб=В'б(w'1w1)=083(49850)=0828 Тл
17 Предварительное значение номинального фазного тока
18 Уточненная линейная нагрузка статора
19 Среднее значение магнит. индукции в спинке статора
Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами
В'з1max=17095=1615 Тл
21 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора
t1=D1z1=3.1441360=216 мм
22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте
23 Предварительная ширина полуоткрытого паза в штампе
b'п1=t1min-b'з1min=216-117=99 мм
24 Высота спинки статора
hn1=(Dн1-D1)2-hc1=(590-413)2-493=392 мм
26 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по высоте
27 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по щирине
30 Ширина зубца в наиболее узком месте
31 Предварительная ширина паза в штампе
b'п1=t1min-b'з1min=216-10=116 мм
32 Припуск на сборку сердечника по ширине
33 Припуск на сборку сердечника по высоте
34 Количество эффективных проводников по ширине паза
35 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией
b'эф=(b'n1-2bи1-bc)Nш=(116-22-03)2=456 мм
36 Количество эффективных проводников по высоте паза
37 Допустимая высота эффективного проводника (с0=09)
а'эф=(с0hn1-hи-hk-hш-hс)Nв=(09392-65-35-1-03)5=48 мм
38 Площадь эффективного проводника
S'эф=а'эфb'эф=48456=219 мм2
39 Количество элементарных проводников в одном эффективном
40 Меньший размер неизолированного элементарного провода
а'=(а'эфса)-Δи=483-015=145 мм
где Δи=015 мм – двухсторонняя толщина изоляции провода
41 Больший размер неизолированного элементарного провода
b'=(b'эфсb)-Δи=4561-015=441 мм
43Размер по ширине паза в штампе
bn1=Nшсb(b+Δи)+2bи1+bс=21(45+0.15)+22+03=118 мм
44 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части
bз1min=t1min -bn1=216-118=98 мм
45 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора
Вз1max=t1Bб(bз1minkc)=2160828(98095)=192 Тл
46 Размер основной обмотки статора по высоте паза
hп.о=Nв.осо.в(а+Δи.а)+hи.о=53(14+015)+45=2775 мм
47 Изоляция обмотки статора
48 Размер даполнительной обмотки статора по высоте паза
hп.д=Nв.дсд.в(а+Δи.а)+hи.д=13(14+015)+2=665 мм
49 Уточненная высота паза статора в штампе
hп1=hп.о+hп.д+hк+hш+hс=2775+665+35+10+03=392 мм
50 Среднее зубцовое деление статора
tср1=(D1+hп1)z1=314(413+392)60=238 мм
51 Средняя ширина катушки обмотки статора
bср1=tср1уп1=23812=2841 мм
Средняя длина одной лобовой части обмотки
л1=13bср1+hп1+50=132841+392+50=4586 мм
53 Средняя длина витка обмотки
ср1=2(1+л1)=2(140+4581)=1197 мм
54 Длина вылета лобовой части обмотки
в1=04bср1+hп12+25=042841+3922+25=1583 мм
55 Плотность тока в обмотке статора
J1=I1(Sca1)=1804(632)=50 Амм2
56 Определяем значение А1*J1
А1*J1=417250=20907 A2(cммм2)
57 Допустимое значение (А1*J1)доп
(А1*J1)доп=3100>20907=А1*J1
Демпферная (пусковая) обмотка
1 Суммарная площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки
S2Σ=0015А1J1=0015324241725=4050 мм2
2 Зубцовое деление полюсного наконечника ротора
3 Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один
N'2=1+(bн.п-20)t'2=1+(217-20)216=11
4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки
5 Диаметр и сечение стержня
6 Определяем отношение h'н.пd
7 Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника
8 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника
t2=(bн.п – dc – 2bз2min)(N2-1)=(217-6-28)(11-1)=195 мм
9 Диаметр круглой части паза полюсного наконечника
dп2=dс+01=6+01=61 мм
10 Размеры шлица паза демпферной обмотки
11 Предварительная длина стержня демпферной обмотки
'ст=1+02=140+023242=205 мм
12 Площадь поперечного сечения
S'с=05S2Σ=054050=2025 мм2
13 Высота короткозамыкающего сегмента
14 Ширина короткозамыкающего сегмента
15 Уточненные размеры и сечение короткозамыкающего сегмента
Расчет магнитной цепи
1.1 Расчетная площадь поперечного сечения возд-ного зазора
Sб=α'('1+2б)=0663242(140+223)=30960 мм2
1.2 Уточненное значение магн. индукции в воздушном зазоре
Вб=Ф106Sб=002410630960=0773 Тл
1.3 Коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления
воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора
1.4 Коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления
воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора
1.5 Коэффициент учитывающий уменьшение магнитного сопротивления
воздушного зазора при наличии радиальных каналов
1.6 Общий коэффициент воздушного зазора
кб=кб1кб2кк=11410331=118
1.7 МДС для воздушного зазора
Fб=08 бкбВб103=08118230773 103=1678 А
2.1 Зубцовое деление статора в минимальном сечении зубца
t1min= (D1+2hш1+2hk)z1=314(413+21+235)60=2208 мм
2.2 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца
t1max= (D1+2hп)z1=314(413+2392)60=2572 мм
2.3 Ширина зубца в наиболее узкой части
bз1min= t1min – bп1=2208-118=1028 мм
2.4 Ширина зубца в наиболее широкой части
bз1max= t1max – bп1=2572-118=1392 мм
2.5 Ширина зубца в средней части
bз1ср=( bз1min + bз1max)2=(1028+1392)2=121 мм
2.6Магнитная индукция зубца статора в наиболее узкой части
Вз1max=t1Bб(bз1minkc)=2160773(1028095)=172 Тл
Маг-ная индукция зубца статора в наиболее широкой части
Вз1max=t1Bб(bз1maxkc)=2160773(1392095)=127 Тл
2.8 Магнитная индукция зубца статора в средней части
Вз1ср=t1Bб(bз1срkc)=2160773(121095)=146 Тл
Коэффициент зубцов в наиболее узкой части
kз1max=[t1min(bз1minkc)]-1=[2572(1028095)]-1=126
2.10 Коэффициент зубцов в наиболее широкой части
kз1min=[t1max(bз1maxkc)]-1=[2208(1392095)]-1=094
2.11 Напряженность магнитного поля в наиболее узкой части
Напряженность магнитного поля в наиболее широкой части
Напряженность магнитного поля в средней части
Среднее значение напряж-ти магнитного поля в зубцах
Hз1 = (Hз1max + 4Hз1ср+ Hз1min)6=(20+4102+677)6=113 Асм
Средняя длина пути магнитного потока
Fз1=01Нз1Lз1=01392113=443 А
3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора
Sc1=hc1c1kc=493140095=6557 мм2
3.2 Расчетная магнитная индукция
Вс1=Ф1062(Sc1)=0024106(26557)=182 Тл
3.3 Напряженность магнитного поля
3.4 Средняя длина пути магнитного потока
Lс1=(Dн1-hс1)(4р)=314(590-493)(24)=2123 мм
3.5 МДС для спинки статора
Fс1=01Нс1Lс1=01382123=807 А
4 Зубцы полюсного наконечника
4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника
4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника
4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного
Lз2=hш2+dп2=3+61=91 мм
4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника
Fз2=01Hз2Lз2=0111391=103 А
5.1 Величина выступа полюсного наконечника
b''п=05(b'н.п – bп)=05(2066-1151)=457 мм
5.2 Высота полюсного наконечника
hн=(2hн.п+h'н.п)3=(240+11)3=303 мм
5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных
ан.п=[(D1-2б''-h'н.п)2р]-b'н.п=[314(413-223-11)(22)]-2066=1043
5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния
5.5 Длина пути магнитного потока в полюсе
Lн=h'п+05hн.п – Lз2=958+0240-91=1067 мм
5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по
5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам
λп.в=37bпп=371151155=275
5.8 Коэф-нт магнитной проводимости потока рассеяния полюсов
λп=λн.п+λп.с+λп.в=406+78+275=1462
5.9 МДС для статора и воздушного зазора
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=1678+443+807=2530 А
5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов
Ф=4λпн.пFбзс10-11=414621552530 10-11=00023 Вб
5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока
=1+ФФ=1+000230024=1096
5.12 Расчетная площадь попер-го сечения сердечника полюса
Sп=кспbп=0981151155=17500 мм2
5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса
Фп=Ф+Ф=0024+00023=00262 Вб
5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса [
Вп=Фп(Sп10-6)=00262(17500 10-6)=15 Тл
5.15 Напряженность магн-ного поля в сердечнике полюса
5.16 Длина пути магнитного потока в полюсе
Fп=01LпНп=011067289=3084 А
6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора
Sс2=2h'с2кс=155684098=10390 мм2
6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора
Вc2=Ф106(2Sс2)=10960024106(210390)=126 Тл
6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора
6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора
Lс2=[(D2+2hc2)(4p)]+05h'с2=[314(1014+2177)(42)+05684=879
6.5 МДС для спинки ротора
Fc2=01Lc2Hc2=01879146=1284 А
7 Воздушный зазор в стыке полюса
бп2=2п10-4+01=215510-4+01=0131 мм
7.2 МДС для зазора в стыке между сердечником полюса и п. н.
Fп2=08бп2Вп103=08013115103=157 А
7.3 Суммарная МДС для полюса и спинки ротора
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)
FΣ(1)= Fбзс +Fпс=2530+604=31334 А
8.2 Коэффициент насыщения
00311 3002 F A 2182 163 2824
F*=FF(1) 0 047 10 117 14 20
установившегося режима
1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20 0С
2 Активное сопротивление в относительных единицах
r1*=r1I1U1=002921804[pic]400=00228 о.е.
3 Проверка правильности определения r1*
4 Активное сопротивление демпферной обмотки
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
к1=04+061=04+0608=088
к'1=02+081=02+0808=084
7 Коэффициент проводимости рассеяния
8 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния
9 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки
10 Коэффициент зубцовой зоны статора
11 Коэффициент учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную
проницаемость рассеяния между коронками зубцов
12 Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов
13 Суммарный коэфициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки
λ1=λп1+λл1+λд1+λк=1344+355+0426+024=556
14 Индуктивное сопротивление обмотки статора
х=158f11w21λ1(pq1108)=15850140502556(25108)=0154 Ом.
15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора
х*=хI1U1=01541804[pic]400=012 о.е.
16 Проверка правильности определения х*
Расчет магнитной цепи при нагрузке
Рисунок 6.1 – Частичные характеристики намагничивания Е; Ф=f(Fзс)
Рисунок 6.2 – Векторная диаграмма Блонделя
1 ЭДС индуктированная магнитным потоком воздушного зазора
2 МДС для воздушного зазора и статора
3 МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора
4 Предварительный коэф-ент насыщения магнитной цепи статора
к'нас=FбзсFб=098075=131
5Поправочные коэффициенты учитывающие насыщение магнитной цепи
d=094; q=058; qd=00032
6 Коэффициенты реакции якоря
7 Коэффициент формы поля реакции якоря
8 Амплитуда МДС обмотки статора
Fa=045m1w1коб1I1кфар=045350091180414=5560 А
9 Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах
10 Поперечная составляющая МДС реакции якоря с учетом насыщения
отнесенная к обмотке возбуждения
Faq*cos=qkaqFa*=05804177= 0412о.е.
11 ЭДС обмотки статора обусловленная действием МДС
12 Направление вектора ЭДС Ебd определяемое построением вектора
=4975; cos=0646; sin=0763
13 Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля
F'ad*=dkadFa*sin+kqdFa*cos=094086180763+00032
14 Продольная составляющая ЭДС
15 МДС по продольной оси
16 Результирующая МДС по продольной оси
Fба*=Fбd*+F'ad*=08+16=241 о.е.
17 Магнитный поток рассеяния
18 Результирующий магнитный поток
Фп*=Фбd*+Ф*=1062+083=19 о.е.
19 МДС необходимая для создания магнитного потока
20 МДС обмотки возбуждения при нагрузке
Fп.н*=Fба*+Fпс*=241+10=341 о.е.
21 МДС обмотки возбуждения при нагрузке
Fп.н=Fп.н*FΣ(1)=34131334 =106915 А
1 Напряжение дополнительной обмотки статора
Uд=U1wdw1=400550=40 В
2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения
'ср.п=25(п+bп)=25(155+1152)=6755 мм
3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки
4 Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения
5 Предварительное количество витков одной полюсной катушки
6 Расстояние между катушками смежных полюсов
Принимаем многослойную катушку из изолированного медного провода
прямоугольного сечения марки ПСД.
7 Размера проводника без изоляции
8 Размера проводника с изоляций
9 Предварительное наибольшее количество витков одном слое
N'в=(hп-hпр)(105b')=(958-25)(105754)=108
10 Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной
N'ш= w'п N'в=161108=149
11 Раскладка и уточнение числа витков катушки
Nш=20; wп=160; Nв=12
12 Размер полюсной катушки по ширине
bк.п=105 Nш a'=10520348=73 мм
13 Размер полюсной катушки по высоте
hк.п=105 Nвb'=10512754=95 мм
14 Средняя длина витка катушки
ср.п=2(п+bп)+(bк+2(bз+ bи))=2(155+1152)+314(73+34)=7803 мм
15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке
Iп.н=Fп.нwп=106915160=668 А
16 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения
17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения
Jп=Iп.н(апS)=668(12182)=306Амм2
18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения
Lп=2рwпср.п10-3=22160780310-3=500 м
19 Массам меди обмотки возбуждения
mм.п=89LпS10-3=89500218210-3=97 кг
20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20 С
rп=Lпρм20апS=5005712182=04 Ом
21 Максимальный ток возбуждения
Iп max=Uп(rпmт)=(40-2)(04138)=686 А
22 Коэффициент запаса возбуждения
Iп maxIп.н=686668=1026
23 Номинальная мощность возбуждения
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)
1.2 МДС для воздушного зазора при Е=10
1.3 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря
1.4 Коэффициент поперечного реакции якоря
1.5 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря
1.6 Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси
хd*=хad*+х*=239+012=251 о.е.
1.7 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси
хq*=хaq*+х*=121+012=133 о.е.
2 Сопротивления обмотки возбуждения
2.1 Активное сопротивление обмотки возбуждения приведенное к
2.2 Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки
λпΣ=λн.п+065λп.с+038λп.в=406+06578+038275=1018
2.3 Индуктивное сопротивление обмотки возбужденя
хп*=127кadхad*(1+[pic][pic]о.е.
2.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения
хп*=хп* - хad*=275-239=036 о.е.
3 Сопротивления демпферной обмотки
3.1 Относительное зубцовое деление демпферной обмотки
t2*=t2=3141953244=0189 о.е.
3.2 Коэффициент распределения демпферной обмотки
3.3 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам
полюсного наконечника
λдз=t2(gдб)=195(16523)=051
3.4 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов
3.6 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей
демпферной обмотки по продольной оси
λдлd=0019CdN2=001932441211=0672
3.7 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей
демпферной обмотки по поперечной оси
λдлq=0019CdN2=00193244311=168
3.8 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки
3.9 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки
3.10 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по
3.11 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по
3.12 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по
где 0=410-7 Гнм – магнитная проницаемость воздуха
ρ2(t)=ρк(t)=00242 – удельное сопр-ние стержня и сегмента при
3.13 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по
rcq*=075rcd*=07500743=00557 о.е.
3.14 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной
обмотки по продольной оси
3.15 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной
обмотки по поперечной оси
rkq*=15rkd*=1501=015 о.е.
3.16 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной
rдd*=rcd*+rkd*=00743+01=0175 о.е.
3.17 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной
rдq*=rcq*+rkq*=00557+015=0206 о.е.
4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора
4.1 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по
4.2 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по
4.3 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по
4.4 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по
Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности
5.1 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной
последовательности при работе машины на малое внешнее сопротивление
5.2 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной
последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении
х2*=05(х''d*+х''q*)=05(0168+0149)=0158 о.е.
5.3 Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для
токов нулевой последовательности
5.4 Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой
последовательности при рабочей температуре
r0*=r1*(20)mт=00228138=00314 о.е.
6 Постоянные времени обмоток
6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и
Тd0=xп*1rп*=27500038231450=229 с
6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной
Т'd=Td0x'd*xd*=229043251=04 с
6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и
возбуждения по продольной оси
6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и
возбуждения по поперечной оси
6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке
статора и замкнутой обмотке возбуждения
6.6 Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых
обмотках возбуждения и статора
T''d=T'''d0x''d*x'd*=000670168043=00026 с
6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой
T''q=Tдq0x''q*xq*=00190149133=00021 с
6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора
Ta=x2*1r1*=0158(2314500229)=0022 с
1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца
t1max=(D1-2hп)z1=(413-2392)60=257 мм
2 Ширина зубца в наиболее широкой части
bз1max=t1max-bn1=257-118=139 мм
3 Ширина зубца в средней части
bз1cp=(bз1min+bз1max)2=(257+98)2=119 мм
4 Расчетная масса стали зубцов статора
mз1=78z1bз1срhn11kc10-6=786011939214009510-6=30 кг
5 Магнитные потери в зубцах статора
Pз1=3В2з1срmз1=3146230=1853 Вт
6 стали спинки статора
mc1=78(Dн1-hc1)hc11kc10-6=78314(590-493)4931400.9510-
7 Магнитные потери в спинке статора
Рс1=3В2с1mc1=31822869=8676 Вт
8 Амплитуда колебаний индукции
В0=0кбВб=0251180773=0228 Тл
9 Среднее значение удельных поверхностных потерь
рпов=к0(z1n110-4)15(01В0t1)2=45(60150010-4)(010228216)2=919
10 Поверхностные потери машины
Рпов=2рαпрповкп10-6=2232440671509190610-6=0742 Вт
Суммарные магнитные потери
РсΣ=Рс1+Рз1+Рпов=1853+8676+0742=10536 Вт
12 Потери в обмотке статора
Рм1=m1I21r1mт+m1(I'пн[pic])2rдmт=
=3180420029138+3(668[pic])200029138=3949 Вт
13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от
дополнительной обмотки статора
Рп=I2п.нrпmт+2Iп.н=668204138+2668=2608 Вт
14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при
Рдоб=0005Рн=0005100000=500 Вт
15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию
Р'мх=Рт.п+Рвен=8([pic])2([pic])3=8([pic])2([pic])3=1268 Вт
16 Потери на трение щеток о контактные кольца
Рт.щ=26Iп.нD1n110-6 =26668413150010-6=1076 Вт
17 Механические потери
Рмх=Р'мх+Ртщ=1268+1076=13756 Вт
РΣ=РсΣ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх=10536+3949+500+2608+13756=94861 Вт
19 КПД при номинальной нагрузке
=[1-РΣ(Р2н+РΣ)] 100=[1-94861(100000+94861)] 100=913 %
Характеристики машин
1 Повышение напряжения на зажимах генератора
ΔU%=[pic]%=[pic]=30%
ОКЗ=Е'0*хd*=12251=0478 о.е.
3 Кратность установившегося тока к.з.
IkI1н=ОКЗIп.н*=0478341=163 о.е.
4 Наибольшее мгновенное значение тока
iуд=189х''d*=1890168=113 о.е.
5 Статическая перегружаемость
S=E'0о*kpxd*cosφн=44410225108=225 о.е.
7 Определяем уравнение
Р*=(Е'0*хd*)sin+05(1хq*-1xd*)sin2=
=3251sin+05(1133-1251)sin2=12sin+018sin2
Рисунок 10.1. Угловая характеристика
Тепловой и вентиляционный расчеты
1 Тепловой расчет обмотки статора
1.1 Потери в основной и дополнительной обмотках статора
Р'м1=m1mт'[I'12r1+(Iп.н[pic])2rд]=
=3148[180420029+(668[pic])20003)=4235 Вт
где m'т=148 – коэффициент для класса нагревостойкости изоляции F
1.2 Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части
Sп1=D11=413140=181647 мм2
1.3 Условный периметр поперечного сечения
П1=2(hn1+bп1)=2(392+118)=102 мм
1.4 Условная поверхность охлаждения пазов
Sи.п1=z1П11=60102140=856800 мм2
1.5 Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки
Sл1=4D1в1=43144131583=821305 мм2
1.6 Условная поверхность охлаждения генераторов без охлаждающих
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
где к=082 – коэффициент
1.8 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и
от потерь в стали отнесенных к поверхности охлаждения пазов
1.9 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и
от потерь в стали отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей
1.10 Окружная скорость ротора
1.11 Превышение температуры внутренней поверхности активной части
статора над температурой воздуха внутри машины
где α1=1410-5 Вт(мм2град) – коэффициент теплоотдачи поверхности
1.12 Односторонняя толщина изоляции в пазу статора
bи1=(bп1-Nшb)2=(118-245)2=14 мм
Перепад температуры в изоляции паза и жестких катушек
1.13 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей
обмотки над температурой воздуха внутри машины
Δtл1=рл1α1=0003951410-5=282 ºС
1.14 Перепад температуры в изоляции лобовых частей из жестких
Δtи..л1=рл1[pic]=000395[pic] ºС
1.15 Среднее превышение температуры обмотки над температурой
воздуха внутри машины
Δt'1=(Δtп1+Δtи.п1)[pic]+(Δtл1+Δtи.л1) [pic]=
=(659+101)[pic]+(282+346)[pic] ºС
1.16 Потери в двигателе передаваемые воздуху внутри машины
Р'Σ=к(Р'м1[pic]+РсΣ)+Р'м1[pic]+Р'м2+РмхΣ+Рд=082(4235[pic][pic] Вт
1.17 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над
температурой наружного воздуха
1.28 Среднее превышение температуры обмотки над температурой
Δt1=Δt'1+Δtв=659+6=718 ºС
2 Тепловой расчет обмотки возбуждения
2.1 Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из
изолированных проводов
Sп2=2рср.пПп=227803154=481104 мм2
2.2 Удельный тепловой поток от потерь в обмотке отнесенных к
поверхности охлаждения обмотки
рп=кРпSп2=092608481104 =00049 Втмм2
2.3 Коэффициент теплоотдачи катушки
αТ=(26+019v2)10-5=(26+019321)10-5=8710-5 Вт(мм2 С)
2.4 Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки
Δtп.л=рпαТ=000490000087=562 С
2.5 Перепад температуры в наружной и внутренней изоляции
многослойных катушек из изолированных проводов
2.6 Среднее превышение температуры обмотки над температурой
Δt'п=Δtп.п+Δtи.п=562+61=623 С
2.7 Среднее превышение температуры обмотки над температурой
охлаждающего воздуха
Δtп=Δt'п+Δtв=623+6=682 С
3 Вентиляционный расчет
Принята система вентиляции аксиальная
3.1 Необходимый расход воздуха
3.2 Эквивалентное аэродинамическое сопр-ние воздухопровода
Наружный диаметр вентилятора
Dвен2=085D1=085413=351 мм
Внутренний диаметр колеса вентилятора
Dвен1=065D1=065413=2685 мм
Длина лопатки вентилятора
lл=013D1=013413=537 мм
Количество лопаток вентилятора
Линейная скорость вентилятора по наружному диаметру
Vвен2= Dвен2n(6104)=314351150060000=276 мс
Линейная скорость вентилятора по внутреннему диаметру
Vвен1= Dвен1n(6104)=3142685150060000=211 мс
H0=а.оγ(V2вен2-V2вен1)=06123(2762-2112)=2336 Па
где а.о=06 – аэродинамический КПД вентилятора
γ = 1.23 кгм3 – плотность воздуха.
Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора
Sвен=092Dвен2lл10-6=09231435153710-6=00545 м2
Максимальный расход воздуха
Vв max=042Vвен2Sвен =04227600545=0631 м3с
Действительный расход воздуха
Действительный напор вентилятора
и динамический момент инерции
1.1 стали сердечника статора
mс1Σ=mз1+mс1=29+869=1159 кг
mсп=7810-6ксп(bпh'п+ккbнпhнп)2р=
=7810-6098155(1152958+08217140)4=852 кг
1.3 стали сердечника ротора
mс2=612кс10-61[(205hс2+D2)2-D2]=
=61209810-6155[(205177+1014)-1014]=175 кг
1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора
mсΣ=mс1Σ+mсп+mс2=1159+852+175 =2186 кг
1.5 меди обмотки статора
mм1=8910-6m1(a1w1ср1S0+adwdсрдSэфд)=
=8910-63(332128224075+4312822403752)=173 кг
1.6 меди демпферной обмотки
mм.д=8910-62р(N'2S'ст+b'н.пSс+06SсСп)=
=8910-64(112832049+20665227+0652272)=266 кг
1.7 Суммарная масса меди
mмΣ= mм1+ mм.п +mмд =173+97+266=1207 кг
1.8 Суммарная масса изоляции
mи=(38D15н1+02Dн11)10-4=(3859015+02590140)10-4=71 кг
1.9 конструкционных материалов
mк=АDн1+В=032590+400=5888 кг
mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=2186+1207+71+5888=9352 кг
2 Динамический момент инерции ротора
2.1 Радиус инерции полюсов с катушками
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
Jп=(mс.п+mм.п+mм.д)4R2п.ср=(852+97+266)4004462=147 кгм2
2.3 Динамический момент инерции сердечника ротора
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
Jв=05mв(05D2)210-6=05216(051014)210-6=00278 кгм2
2.6 Суммарный динамический момент инерции ротора
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 вузов – М.: Высш. шк. 1984.
Копылов Справочник по машиностроительному черчению: Учеб. для
втузов – М.: Высш. шк. 1982.
В. Е. Ют Электрооборудование автомобилей. Учеб. для вузов
Пояснительная записка

таблица.docx

Наименование участка
Средняя длина пути магнитного потока мм
Зазор мд сердеч статора и полюс наконечником
Зубцы полюсного наконечника
Зазор в стыке пол. и серд. ротора
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.
Таблица 5.1 - Результаты характеристик холостого хода

Лист ротора.dwg