Синхронный генератор

синхронный генератор статор обмотка

1. Исходные данные

2. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал.

2.1 Конфигурация

2.2 Главные размеры

2.3 Сердечник статора

2.4 Сердечник ротора

2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник

3. Обмотка статора

4. Демпферная (пусковая) обмотка

5. Расчет магнитной цепи

5.1 Воздушный зазор

5.2 Зубцы статора

5.3 Спинка ст

5.4 Зубцы полюсного наконечника

5.5 Полюсы

5.6 Спинка ротора

5.7 Воздушный зазор в стыке полюса

5.8 Общие параметры магнитной цепи

6. Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима

7. Расчет магнитной цепи при нагрузке

8. Обмотка возбуждения

9. Параметры обмоток и постоянные времени. Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

9.2 Сопротивление обмотки возбуждения

9.3 Сопротивления пусковой обмотки

9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора

9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности

9.6 Постоянные времени обмоток

10. Потери и КПД

11. Характеристики машин

11.1 Отношение короткого замыкания

11.2 Угловые характеристики

12. Тепловой расчет синхронной машины

12.1 Обмотка статор

12.2 Обмотка возбуждения

12.3 Вентиляционный расчет

13. Масса и динамический момент инерции

13.1 Масса

13.2 Динамический момент инерции ротора

На современных электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Первичными двигателями для них являются паровые турбины или гидротурбины. Большинство турбогенераторов быстроходные, т. е. имеют максимальное число оборотов 3000. Генераторы небольших мощностей, соединенные с дизелями и другими поршневыми машинами, изготавливают на 750−1500 об/мин. Большие скорости вращения ротора отражаются на его конструкции — это цилиндрическая цельнокованая поковка из специальной легированной стали. Вдоль поверхности ротора фрезеруют радиальные пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Пазы закрываются клиньями, а в лобовой части обмотка укрепляется бандажными кольцами.

Для АЭС ввиду низких параметров пара целесообразно применять четырехполюсные генераторы с частотой вращения 1500 об/мин. Гидрогенераторы большой и средней мощности выполняются с вертикальным валом, в верхней части которого располагается генератор, а в нижней — гидротурбина. Мощность гидротурбины и ее скорость определяются величиной напора и расхода воды. Гидрогенераторы при больших мощностях изготавливаются на 60−125 об/мин, т. е. они являются тихоходными машинами. Находят применение капсульные гидрогенераторы с горизонтальным валом, заключенные в водонепроницаемую оболочку, которая обтекается потоком воды, приводящим в движение колесо гидротурбины.

В нашей стране синхронные генераторы с постоянными магнитами нашли применение в ветроэнергетике, в авиации, но при этом практически не используются в различных системах автономного электроснабжения. Не ведутся работы по проектированию и изготовлению синхронных генераторов с постоянными магнитами на мощности более 2 кВт. Исключением является лишь электроагрегат ОАО «Новая Эра», который, правда, может быть использован только в исключительных случаях. В мощных синхронных генераторах зарубежные фирмы используют генераторы с постоянными магнитами в основном как подвозбудитель для питания регулятора напряжения. Такая схема обеспечивает лучшие характеристики при пуске мощных асинхронных двигателей и быстрое восстановление напряжения, позволяет добиться 300-процентной стойкости к коротким замыканиям. Отметим, что в рекламных проспектах зарубежные фирмы часто необоснованно называют подобные системы синхронными генераторами с постоянными магнитами. На самом деле у таких генераторов система возбуждения электромагнитная, а синхронный генератор с постоянными магнитами используется лишь как подвозбудитель.

Считается перспективным направлением разработка электрогенераторных агрегатов с синхронным генератором с постоянными магнитами и с выходным электронным блоком, как имеющих лучшие массогабаритные характеристики, более высокий КПД, динамические характеристики, позволяющие приводному агрегату работать при различных частотах вращения.

Опыт разработок синхронных генераторов с постоянными магнитами (СГПМ) показал, что наибольший эффект достигается у генераторов с большими частотами вращения. Поэтому не случайно они находят применение в авиации с приводом от авиационных двигателей.

В ряде случаев конструкторы отказываются от изготовления генератора в виде самостоятельного агрегата и поэлементно размещают его внутри первичной силовой установки, например в турбине, с применением внутриканального охлаждения. Такая схема была разработана, например, в ОАО «Новая Эра». При этом вес собственно генератора при частоте вращения 72 000 об/мин и мощности 100 кВт составил всего 15 кг. Такие высокие показатели были достигнуты при использовании мощного водяного охлаждения. Для стабилизации напряжения и частоты на выходе генератора подключается специальный электронный блок.

В данной работе представлен расчет параметров синхронного генератора, который выполнен в защитном исполнении IP23, самовентиляцией IC01. Он рассчитан на продолжительный режим работы. Ток возбуждения регулируют изменением угла зажигания тиристоров преобразователя возбудительного устройства.

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.

1. ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2. МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ МАШИНЫ. РАЗМЕРЫ, КОНФИГУРАЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ

2.1 Конфигурация

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

2.1.1 Количество пар полюсов (9.1)

р=60f/n₁=60•50/1000=6.

2.1.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (рисунок 11.1)

х_у*=0,12 о.е.

2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки (11.1)

к_н=

2.1.4 Предварительное значение КПД (рисунок 11.2)

з'=0,95о.е.

2.2 Главные размеры

2.2.1 Расчетная мощность (1.11)

Р'=к_нР₂/(з cosц)=1,08•75/0,8=101,25 кВА

2.2.2 Высота оси вращения (таблица 11.1)

h=450 мм

2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности (таблица 9.2)

h₁=9 мм.

2.2.4 Наружный диаметр корпуса (1.27)

D_корп=2•(h-h₁)=2•(450−9)=882 мм.

2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (таблица 9.2)

D_н1==882−2*16=850 мм.

2.2.6 Выбираемый диаметр сердечника статора (§ 11.3)

D_н1=740 мм.

2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора (§ 11.3)

D₁=43+0,72• D_н1?43+0,72*850=655 мм.

2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора (рис. 11.3)

А'₁=51,5 А/мм.

2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок 11.4)

В'_б=0,83 Тл.

2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11.3)

В'_б0=В'_б/к_н=0,83/1,08=0,77 Тл.

2.2.11 Полюсное деление статора (1.5)

мм.

2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси (рис. 11.5)

х_d*=2,2 о.е.

2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11.4)

Х_ad=х_d* — х_у*=2,2−0,12=2,08 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 Форма зазора эксцентричная по рисунку 11.8

2.2.17 Отношение максимальной величины зазора к минимальной (§ 11.3)

/б'=1,5.

2.2.18 Расчетный воздушный зазор (11.13)

б=0,75* б'+0,25* б''=0,75*0,38+0,25*0,567=0,43 мм.

2.2.19 Коэффициент полюсной дуги действительный (§ 11.3)

б=0,73−3,33?10^-5•D_н1=0,73−3,33•10^-5•850=0,7.

2.2.20 Коэффициент полюсной дуги расчетный (рисунок 11.9)

б'=0,66.

2.3 Сердечник статора

Марка стали 2411, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм.

2.3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 9.3)

к_с=0,95.

2.3.2 Коэффициент формы поля возбуждения (рисунок 11.9)

к_в=1,05.

2.3.3 Обмоточный коэффициент (§ 9.3)

к_об1=0,92

2.3.4 Расчетная длина сердечника статора (1.31)

мм.

2.3.5 Конструктивная длина сердечника статора (1.33)

?₁ = ?₁+n_к1 •?_к1=400+6•10=460 мм.

2.3.6 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора (9.2)

л=?₁/D₁=400/655=0,61.

2.3.7 Проверка по условию л< л_max (рисунок 11.10)

л_max=084.

2.3.8 Количество пазов на полюс и фазу (§ 11.3)

q₁=4 .

2.3.9 Количество пазов сердечника статора (9.3)

z₁=2рm₁q₁=2•3•3•4=72.

2.3.10 Проверка правильности выбора значения z₁ (11.15)

z₁/gm₁=72/(2•3)=12- целое число.

2.4 Сердечник ротора Марка стали Ст 3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляционного покрытия и насаживаются непосредственно на вал, к_с=0,98.

2.4.1 Длина сердечника ротора (11.20)

?₂=?₁+(10ч20)=460+15=475 мм.

2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник

Марка стали Ст 3, толщина листов 1 мм, листы без изоляционного покрытия и насаживаются непосредственно на вал к_с=0,98.

2.5.1 Длина шихтованного сердечника полюса (11.19)

?_п=?₁+(10ч15)=460+15=475 мм.

2.5.2 Магнитная индукция в основании сердечника полюса (§ 11.3)

В'_п=0,83 Тл.

2.5.3 Предварительное значение магнитного потока (9.14)

Ф'=В'_бD₁?'₁10^-6/р=0,83•655•400•10^-6/6=0,072 Вб.

2.5.4 Ширина дуги полюсного наконечника (11.25)

b_н.п=бф=0,7•342,3=240 мм.

2.5.5 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре (11.26)

= =324,7 мм.

2.5.6 Высота полюсного наконечника (§ 11.3)

h'_н.п=10 мм.

2.5.7 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентричным зазором (11.29)

h_н.п=h'_н.п+R_н.п — мм.

2.5.8 Поправочный коэффициент (11.24)

к_у=1,25•h_н.п+25=1,25•32+25=64.

2.5.9 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11.22)

у'=1+к_у35б/ф²=1+64•35•0,43/342,3²=1.

2.5.10 Ширина сердечника статора (11.21)

b_п=у'Ф'•10⁶/(к_с?_пВ'_п)=1•0,0725•10⁶/(0,95•475•1,5)=107 мм.

2.5.11 Высота выступа у основания сердечника (11.32)

h'_п=10,5б'+0,18D₁=10,5•0,38+0,18•655=122 мм.

2.5.12 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора (11.33)

D'₂=d_в=к_в мм.

2.5.13 Высота спинки ротора (11.34)

h_с2=0,5D₁-б-h'_п-0,5D'₂=0,5•655−0,43−122−32−0,5•194=76 мм.

2.5.14 Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу (11.35)

h'_с2=h_с2+0,5D'₂=76+0,5•194=173 мм.

2.5.15 Магнитная индукция в спинке ротора (11.36)

В_с2= Тл.

Рисунок2.1 — Эскиз ротора

3. ОБМОТКА СТАТОРА

3.1 Принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из провода марки ПЭТП-155, укладываемую в прямоугольные открытые пазы

3.2 Коэффициент распределения (9.9)

к_р1=;

3.3 Укорочение шага (§ 9.3)

в'₁=0,8.

3.4 Шаг обмотки (9.11)

у_п1=в₁z₁/(2p)=0,8•72/(6)=9,6

Принимаем у_п1=10.

3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам (11.37)

в₁=2ру_п1/z₁=6*10/72=0,89.

3.6 Коэффициент укорочения (9.12)

к_у1=sin (в₁•90?)=sin (0,833•90)=0,97.

3.7 Обмоточный коэффициент (9.13)

к_об1=к_р1•к_у1=0,96•0,97=0,93.

3.8 Предварительное количество витков в обмотке фазы (9.15)

w'₁=.

3.9 Количество параллельных ветвей обмотки статора (§ 9.3)

а₁=1.

3.10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу (9.16)

N'_п1=;

Принимаем N_п1=14.

3.11 Уточненное количество витков (9.17)

.

3.12 Количество эффективных проводников в пазу (§ 11.4)

N_д=1.

3.13 Количество параллельных ветвей фазы дополнительной обмотки а_д=2.

3.14 Количество витков дополнительной обмотки статора (11.38)

.

3.15 Уточненное значение магнитного потока (9.18)

Ф=Ф'(w'₁/w₁)=0,0725(167/168)=0,072 Вб.

3.16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре (9.19)

В_б=В'_б(w'₁/w₁)=0,83•(167/168)=0,825 Тл.

3.17 Предварительное значение номинального фазного тока (9.20)

А.

3.18 Уточненная линейная нагрузка статора А

3.19 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора (9.13)

В_с1=1,4 Тл.

3.20 Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами (9.16)

В'_з1max=1,7 Тл.

3.20 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора (9.22)

t₁=рD₁/z₁=3,14•655/72=28,6 мм.

3.21 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте (9.47)

b'_з1min= мм.

3.22 Предварительная ширина полуоткрытого паза в штампе (9.48)

b'_п1=t_1min-b'_з1min=27,5−14=13,5 мм.

3.23 Высота спинки статора (9.24)

h_c1= мм.

3.24 Высота паза (9.25)

h_n1=(D_н1-D₁)/2-h_c1=(850−655)/2−58,8=38,7 мм.

3.25 Изоляция обмотки статора (приложение 30)

h_и=14,2 мм.

3.26 Двусторонняя толщина корпусной изоляции (§ 9.4)

2b_и=4,3 мм.

3.27 Высота шлица (§ 9.4)

h_ш=1 мм.

3.28 Высота клина (§ 9.4)

h_к=3,5 мм.

3.29 Предварительная ширина паза в штампе (9.48)

b'_п1=t_1min-b'_з1min=27,5−14=13,5 мм.

3.30 Припуск на сборку сердечника по ширине (§ 9.4)

b_c=0,35 мм.

3.31 Припуск на сборку сердечника по высоте (§ 9.4)

h_c=0,35 мм.

3.32 Количество эффективных проводников по ширине паза (§ 9.4)

N_ш=1.

3.33 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (9.50)

b'_эф=(b'_n1-2b_и1-b_c)/N_ш=(13,5−4,3−0,35)/1=8,85 мм.

3.34 Количество эффективных проводников по высоте паза (9.52)

N_в=N_п1/N_ш=14/1=14.

3.35 Допустимая высота эффективного проводника (11.49)

h'_эф=(с₀h_n1-h_и-h_k-h_ш-h_с)/N_в=(0,9•38,7−14,2−3,5−1-0,35)/14=1,13 мм.

3.36 Площадь эффективного проводника (9.53)

S'_эф=h'_эф•b'_эф=1.13•8.85=10 мм².

3.37 Количество элементарных проводов в эффективном (§ 9.4)

с=2.

3.38 Меньший размер неизолированного элементарного провода (9.54)

а'=(h'_эф/с_а)-Д_и=1.13/1−0,15=0.98 мм;

где Д_и=0,15 мм — двухсторонняя толщина изоляции провода (приложение 3).

3.39 Больший размер неизолированного элементарного провода (9.55)

b'=(b'_эф/с_b)-Д_и=8.85/1−0,15=8.7 мм.

3.40 Размеры провода (приложение 2)

а х b=1×8.5;

S=7.8 мм².

3.41 Размер по ширине паза в штампе (9.57)

b_n1=N_шс_b(b+Д_и)+2b_и+b_с=1•1•(8,5+0,15)+4,3+0,35=13,3 мм.

3.42 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части (9.85)

b_з1min=t_1min-b_n1=27,5−13,3=14,2 мм.

3.43 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора (9.59)

В_з1max=t₁B_б/(b_з1mink_c)=28,6•0,825/(14,2•0,95)=1,75 Тл.

3.44 Размер основной обмотки статора (11.50)

h_п.о=N_в.ос_о.в(а+Д_и.а)+h_и.о=30*1*(1+0,15)+14,2=48,7 мм.

3.45 Изоляция обмотки статора (приложение 28)

h_и.д=1,8 мм.

3.46 Размер дополнительной обмотки статора (11.51)

h_п.д=N_в.дс_д.в(а+Д_и.а)+h_и.д=1•2•(1+0,15)+1,8=4,1 мм.

3.47 Уточненная высота паза статора в штампе (11.52)

h_п1=h_п.о+h_п.д+h_к+h_ш+h_с=48,7+4,1+3,5+1+0,35=57,65 мм.

3.48 Среднее зубцовое деление статора (9.40)

t_ср1=р (D₁+h_п1)/z₁=3,14(655+58)/72=31.

3.49 Средняя ширина катушки обмотки статора (9.41)

b_ср1=t_ср1•у_п1=31•10=310 мм.

3.50 Средняя длина одной лобовой части обмотки (9.60)

?_л1=1,3b_ср1+h_п1+50=1,3•310+58+50=511 мм.

3.51 Средняя длина витка обмотки (9.43)

?_ср1=2(?₁+?_л1)=2(460+511)=1942 мм.

3.52 Длина вылета лобовой части обмотки (9.63)

?_в1=0,4b_ср1+h_п1/2+25=0,4•310+58/2+25=178 мм.

3.53 Плотность тока в обмотке статора (9.39)

J₁=I₁/(S•c•a₁)=113,7/(2•7,8•1)=3,64 А/мм².

3.54 Определяем значение А₁J₁ (§ 11.4)

А₁J₁=557,1•3,64=2028 А²/см•мм².

3.55 Допустимое значение А₁J₁ (рисунок 11.12)

А₁J₁=2300>2028 А²/см•мм².

4. ДЕМПФЕРНАЯ (ПУСКОВАЯ) ОБМОТКА

4.1 Суммарная площадь поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (11.53)

S_2У=0,015фА₁/J₁=0,015•342,8•557,1/3,64=787 мм².

4.2 Зубцовое деление полюсного наконечника ротора (§ 11.5)

t'₂=28,6 мм.

4.3 Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (11.54)

N'₂=1+(b_н.п-20)/t'₂=1+(240−20)/28,6=9,7?10 шт.

4.4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (11.55)

d'_с=1,13 мм.

4.5 Диаметр и сечение стержня (§ (11.5)

d_с=11 мм; S=95 мм².

4.6 Определяем отношение (§ 11.5)

h'_н.п >2d.

32 мм > 2*11=22 мм.

4.7 Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника

b_з2min=12 мм.

4.8 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (11.56)

t₂=(b_н.п — d_c — 2b_з2min)/(N₂-1)=(240−11−2•12)/(10−1)=25,6 мм.

4.9 Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (11.57)

d_п2=d_с+(0,1ч0,15)=11+0,1=11,01 мм.

4.10 Размеры шлица паза демпферной обмотки (§ 11.5)

b_ш2 х h_ш2=3×3 мм.

4.11 Предварительная длина стержня демпферной обмотки (11.58)

?'_ст=?₁+0,2ф=460+0,2•342,8=528,6 мм.

4.12 Площадь поперечного сечения (11.59)

S'_с=0,5S_2У=0,5•787=393,5 мм².

4.13 Высота короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)

h'_с=2•d_с=2•11=11 мм.

4.14 Ширина короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)

?'_с=0,7•d_с=0,7*10=7,7 мм.

4.15 Определяем размеры и сечение короткозамыкающих сегментов (приложение 2)

h_c х ?_с=35×10 мм;

S_с=348,1 мм².

Рисунок 4.1 — Эскиз демпферной обмотки

5. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

5.1 Воздушный зазор

5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (11.60)

S_б=б'ф (?'₁+2б)=0,66•342,8(401,6+2•0,43)=91 056 мм².

5.1.2 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (11.61)

В_б=Ф•10⁶/S_б=0,072•10⁶/91 056=0,79 Тл.

5.1.3 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения статора (9.116)

к_б1=1+.

5.1.4 Общий коэффициент воздушного зазора (9.120)

к_б=к_б1=1,67.

5.1.5 МДС для воздушного зазора (9.121)

F_б=0,8к_бВ_б•10³=0,8•0,43•1,67•0,825•10³=473,9 А.

5.2 Зубцы статора

5.2.1 Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца (9.122)

t_1(1/3)=р (D₁+(2/3)h_п1)/z₁=3,14(655+(2/3)•57,7)/72=30,2 мм.

5.2.2 Ширина зубца (9.126)

b_з1(1/3)=t_1(1/3)-b_п1=30,2−13,3=16,9 мм.

5.2.3 Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11.64)

S_з1(1/3)= мм².

5.2.4 Магнитная индукция в зубце статора (11.65)

В_з1(1/3)=Ф•10⁶/S_з1(1/3)=0,072•10⁶/51 000=1,41 Тл.

5.2.5 Напряженность магнитного поля (приложение 9)

Н_з1=4,32А/см.

5.2.6 Средняя длина пути магнитного потока (9.124)

L_з1=h_п1=57,7 мм.

5.2.7 МДС для зубцов (9.125)

F_з1=0,1Н_з1L_з1=0,1•4,32•57,7=25 А.

5.3 Спинка статора

5.3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (11.66)

S_c1=h_c1?_c1k_c=58,8•402•0,95=22 456 мм².

5.3.2 Расчетная магнитная индукция (11.67)

В_с1=Ф•10⁶/2(S_c1)=0,072•10⁶/(2•22 456)=1,6 Тл.

5.3.3 Напряженность магнитного поля (приложение (12)

Н_с1=15,6 А/см.

5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока (9.166)

L_с1=р (D_н1-h_с1)/4р=3,14(850−58,8)/(4•3)=207 мм.

5.3.5 МДС для спинки статора (11.68)

F_с1=0,1•Н_с1L_с1=0,1•15,6•207 =32,3 А.

5.4 Зубцы полюсного наконечника

5.4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (11.69)

В_з2= Тл.

5.4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (приложение 21)

Н_з2=18,7 А/см.

5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (11.70)

L_з2=h_ш2+d_п2=3+11,01=14 мм.

5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника (11.71)

F_з2=0,1H_з2L_з2=0,1•18,7•14=26,2 А.

5.5 Полюсы

5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника (11.72)

b''_п=0,5•(b'_н.п — b_п)=0,5•(240−107)=66,5 мм.

5.5.2 Высота широких полюсных наконечников (11.83)

h_н=(2h_н.п+h'_н.п)/3=(2•32+10)/3=24,7 мм.

5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11.84)

а_н.п=[р (D₁-2б''-h'_н.п)/2р]-b'_н.п=[3,14•(655−2•0,57−10)/(2•3)] - 240=97 мм.

5.5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния (11.85)

л_н.п=

.

5.5.5 Длина пути магнитного потока (11.87)

L_п=h'_п+0,5h_н.п — L_з2=122+0,5•32 — 14=124 мм.

5.5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11.88)

л_п.с=.

5.5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11.89)

л_п.в=37b_п/?_п=37•107/3475=8,3.

5.5.8 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11.90)

л_п=л_н.п+л_п.с+л_п.в=50,7+48,6+8,3=107,6.

5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора (11.91)

F_бзс=F_б+F_з1+F_с1=473,9 +25+323=822 А.

5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов (11.92)

Ф_у=4л_п?_н.пF_бзс•10^-11=4•107,6•475•822•10^-11=Вб.

5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока (11.93)

у=1+Ф_у/Ф=1+0,168/0,072=1,023.

5.5.12 Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11.94)

S_п=к_с?_пb_п=0,95•475•107=48 300 мм².

5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса (11.95)

Ф_п=Ф+Ф_у=0,072+0,168=0,0737 Вб.

5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса (11.96)

В_п=Ф_п/(S_п•10^-6)=0,0737/(48 300•10^-6)=1,53 Вб.

5.5.15 Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (приложение 21)

Н_п=32,1 А/см.

5.5.16 МДС для полюса (11.104)

F_п=0,1•L_п•Н_п=0,1•124•32,1=40 А.

5.6 Спинка ротора

5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11.105)

S_с2=?₂h'_с2к_с=475•173•0,98=80 532 мм².

5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора (11.106)

В_c2=уФ•10⁶/(2S_с2)=1,023•0,072•10⁶/(2•80 532)=0,46 Тл.

5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора (приложение 21)

Н_c2=3,68 А/см.

5.6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11.107)

L_с2=[р (D₂+2h_c2)/(4p)]+0,5h'_с2=[3,14•(194+2•76)/(4•3)]+0,5•173=177 мм.

5.6.5 МДС для спинки ротора (9.170)

F_c2=0,1•L_c2•H_c2=0.1•177•3,68=30 А.

5.7 Воздушный зазор в стыке полюса

5.7.1 Зазор в стыке (11.108)

б_п2=2?_п•10^-4+0,1=2•475•10^-4+0,1=0,195 мм.

5.7.2 МДС для зазора в стыке между сердечником полюса и полюсным наконечником (11.109)

F_п2=0,8б_п2В_п•10³=0,8•0,195•1,53•10³=239 А.

5.7.3 Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11.170)

F_пс=F_п+F_с2+F_п2+F_з2=40+30+239+26=335 А.

5.8 Общие параметры магнитной цепи

5.8.1 Суммарная МДС магнитной цепи (11.111)

F_{У (1)}=F_бзс+F_пс=531 +335=866 А.

5.8.2 Коэффициент насыщения (11.112)

к_нас=F_У/(F_б+F_п2)= 866 /(474 +239)=1,21.

Рисунок 5.1-Частичная характеристика намагничивания

Рисунок 5.2 -Характеристика холостого хода

6. АКТИВНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОБМОТКИ СТАТОРА ДЛЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА

6.1 Активное сопротивление обмотки фазы (9.178)

r₁= Ом.

6.2 Активное сопротивление в относительных единицах (9.179)

r_1*=r₁I₁/U₁=0,367•113,7•/400=0,018 о.е.

6.3 Проверка правильности определения r_1* (9.180)

r_1*= о.е.

6.4 Активное сопротивление демпферной обмотки (9.178)

r_д= Ом.

6.5 Размеры паза

b_п1=13,3 мм; h_ш1=1 мм; h_к1=3,5 мм; h₂=2,55 мм; h_п1=58 мм; h₃=5 мм;

h₁=14мм.

6.6 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага (9.181, 9.182)

к_в1=0,4ч0,6в₁=0,4+0,6•0,833=0,9;

к'_в1=0,2ч0,8в₁=0,2+0,8•0,833=0,87.

6.7 Коэффициент проводимости рассеяния (9.187)

л_п1=

.

6.8 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния (11.118)

л_д1=.

6.9 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки (9.191)

л_л1=0,34.

6.10 Коэффициент зубцовой зоны статора (11.120)

к_вб=.

6.11 Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную проницаемость рассеяния между коронками зубцов (§ 11.7)

к_к=0,16.

6.12 Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов (11.119)

л_к=0,04+к_к+0,07.

6.13 Суммарный коэфициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора (11.121)

л₁=л_п1+л_л1+л_д1+л_к=0,756+2,13+1,6+0,31=4,8.

6.14 Индуктивное сопротивление обмотки статора (9.193)

х_у=1,58f₁?₁w²₁л₁/(pq₁•10⁸)=1.58•50•460•168²•4,8/(3•4•10⁸)=0,41 Ом.

6.15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9.194)

х_у*=х₁I₁/U₁=0,41•113,7•/400=0,116 о.е.

6.16 Проверка правильности определения х_1*(9.195)

х_у*= о.е.

7 Расчет магнитной цепи при нагрузке

7.1 Амплитуда МДС обмотки статора (11.125)

F_a=0,45m₁w₁к_об1I₁к_фа/р=0,45•3•168•0,93•113,7•1/3=3198 А.

7.2 Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах (11.127)

F_а*= о.е.

7.3 Поперечная составляющая МДС реакции якоря, с учетом насыщения, отнесенная к обмотке возбуждения (11.128)

F_aq/cosш=х_qk_aqF_a*=0,64•0,35•3,7=0,83 о.е.

7.4 ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС

E_aq/cosш=1 о.е.

7.5 Направление вектора ЭДС Е_бd, определяемое построением вектора Е_aq/cosш ш=65?;

cosш=0,42;

sinш=0,91.

7.6 Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля (11.130)

F'_ad=x_dk_adF_a*sinш+k_qdF_a*cosшф/д=

=0,95•0,87•3,7•0,91+0,0032•3,7•0,42•343/0,43=6,75 о.е.

7.7 Продольная составляющая ЭДС

E_бd=Ф_бd=0,96 о.е.

7.8 МДС по продольной оси

F_бd=0,65 о.е.

7.9 Результирующая МДС по продольной оси (11.131)

F_ба*=F_бd*+F'_ad*=0,65+6,75=7,4 о.е.

7.10 Магнитный поток рассеяния Ф_у=0,083о.е.

7.11 Результирующий магнитный поток (11.132)

Ф_п*=Ф_бd*+Ф_у*=0,96+0,083=1,04 о.е.

7.12 МДС, необходимая для создания магнитного потока

F_п.с=0,52 о.е.

7.13 МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.133)

F_п.и*=F_бф*+F_пс*=7,4+0,52=7,92 о.е.

7.14 МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.134)

F_п.н=F_пн*F_{У (1)}=7,92•866=6858,7А.

8. ОБМОТКА ВОЗБУЖДЕНИЯ

8.1 Напряжение дополнительной обмотки (1.135)

U_d=U₁w_d/w₁=400•6/168=14,3 В.

8.2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения (11.136)

?'_ср.п=2,5(?_п+b_п)=2,5•(475+107)=1455 мм.

8.3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения (11.173)

S'= мм².

8.4 Предварительное количество витков одной полюсной катушки (11.138)

w'_п= .

8.5 Расстояние между катушками смежных полюсов (11.139)

а_к= мм.

Принимаем неизолированную шинную медь. Обмотка выполнена по ширине катушки из неизолированной меди, намотанной на узкую сторону (на ребро).

8.6 Предврительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро по ширине (11.145)

b'==

мм.

8.7 Предврительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро по толщине (11.145)

а= мм.

8.8 По приложению 2 выбираем размеры провода, а х b=3,28×35 мм²;

S=112,5 мм².

8.9 Минимальный допустимый радиус закругления проводника (11.147)

r_min=0,05•b²/a=0,05•35²/3,28=18,6 мм.

8.10 Фактический средний радиус закругления проводника, навиваемого на ребро (11.148)

r₁=0,5•(b_п+2(b_з+b_и))=0,5•(107+7)=57 мм.

8.11 Размер полюсной катушки по ширине (рисунок 11.22 б)

b_к.п=35мм.

8.12 Раскладка витков по катушке (рисунок 11.22 б)

N_в=w_п=16.

8.13 Размер полюсной катушки по высоте (11.150)

h_к.п=1,03[N_ва+(N_в-3)h_и+h'_и]=1,03[14•3,28+(14−3) 0,3+2]=52,7 мм.

8.14 Средняя длина витка катушки (11.151)

?_ср.п=2(?_п+b-r)+2р (r₁+b_к.п)=2(475+107−57)+2•3,14•(57+35)=1200мм.

8.15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке (11.153)

I_п.н=F_п.к/w_п=6858.7/16=428.7 А.

8.16 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения (§ 11.9)

а_п=1.

8.17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения (11.154)

J_п=I_п.н/(а_пS)= 490/(1•112.5)=4,3 А/мм².

8.18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения (11.155)

L_п=2рw_п?_ср.п•10^-3=2•3•16•1200•10^-3=100.8 м.

8.19 Массам меди обмотки возбуждения (11.156)

m_м.п=г_м•8,9L_пS•10^-3=8,9•100.8•112.5•10^-3=101 кг.

8.20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20? С (11.157)

r_п=L_п/с_м20а_пS=100.8/57•1•112.5=0,02 Ом.

8.21 Максимальный ток возбуждения (11.158)

I_пmax=U_п/r_пm_т=12.3/(0,02•1,38)=445,6 А.

8.22 Коэффициент запаса возбуждения (11.159)

I_пmax/I_п.н=445.6/428.7=1.04.

8.23 Номинальная мощность возбуждения (11.160)

Р_п=UI12.3•445.6=5481 Вт.

9. ПАРАМЕТРЫ ОБМОТОК И ПОСТОЯННЫЕ ВРЕМЕНИ. СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК СТАТОРА ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ

9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

9.1.1 Коэффициент продольной реакции якоря (таблица 11.4)

к_{нас (0,5)}=.

9.1.2 МДС для воздушного зазора

F_{б (1)}=474 о.е.

9.1.3 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря (11.162)

х_ad*= о.е.

9.1.4 Коэффициент поперечного реакции якоря (таблица 11.4)

к_aq=0,35.

9.1.5 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря (11.163)

х_aq*=о.е.

9.1.6 Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси (11.164)

х_d*=х_ad*+х_у*=5.24+0.116=5.356 о.е.

9.1.7 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси (11.165)

х_q*=х_aq*+х_у*=2.81+0.116=2.93 о.е.

9.2 Сопротивление обмотки возбуждения

9.2.1 Активное сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора (11.166)

о.е.

9.2.2 Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения (11.167)

л_пУ=л_н.п+0,65л_пс+0,38л_п.в=50.7+0,65•48.6+0,38•8,3=110.

9.2.3 Индуктивное сопротивление обмотки возбужденя (11.168)

х_п*=1,27к_adх_ad*(1+

о.е.

9.2.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения (11.169)

х_пу*=х_п* — х_ad*=5.86−5.24=0,62 о.е.

9.3 Сопротивления пусковой обмотки

9.3.1 Относительное зубцовое деление демпферной обмотки (11.170)

t_2*=рt₂/ф=3,14•25,6/343=0,23 о.е.

9.3.2 Коэффициент распределения демпферной обмотки (11.171)

к_р2=.

9.3.3 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника (11.172)

л_дз=t₂/g_dб=25.6/(16.5•0.43)=3.61.

9.3.4 Коэфициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов (11.173)

л_dп=(0,785.

9.3.5 Коэффициенты (рисунок 11.23)

С_d=0.8;

C_q=3.1.

9.3.6 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по продольной оси (11.174)

л_длd=0,019фC_d/N₂=0,019•343•0.8/9=0.58.

9.3.7 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по поперечной оси (11.175)

л_длq=0,019фC_q/N₂=0,019•343•3.1/9=2.24.

9.3.8 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси (11.176)

л_дd=.

9.3.9 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси (11.177)

л_дq=.

9.3.10 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.178)

х_дd*=о.е.

9.3.11 Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.179)

х_дq*=о.е.

9.3.12 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси (11.181)

r_cd*=

о.е.;

где м₀=4р?10^-7 Гн/м — магнитная проницаемость воздуха.

9.3.13 Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси (11.182)

r_cq*=0,75r_cd*=0,011 о.е.

9.3.14 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси (11.183)

r_kd*=

о.е.

9.3.15 Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси (11.184)

r_kq*=1,5r_kd*=0,003 о.е.

9.3.16 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.185)

r_дd*=r_cd*+r_kd*=0,015+0,003=0,018 о.е.

9.3.17 Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.186)

r_дq*=r_cq*+r_kq*=0,011+0,005=0,016 о.е.

9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора

9.4.1 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.188)

x'_d*=x_у*+ о.е.

9.4.2 Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.189)

х'_q*=x_q*=2.93 о.е.

9.4.3 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.190)

x''_d*=x_у*+о.е.

9.4.4 Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.191)

x''_q*=x_у*+о.е.

9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности

9.5.1 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при работе машины на малое внешнее сопротивление (11.194)

х_2*=о.е.

9.5.2 Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении (11.195)

х_2*=0,5(х''_d*+х''_q*)=0,5(0,19+0.152)=0,171 о.е.

9.5.3 Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности (11.196)

9.5.4 Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности при рабочей температуре (11.197)

r_0*=r_1*(20)•m_т=0,18•1,38=0,25 о.е.

9.6 Постоянные времени обмоток

9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной (11.198)

Т_d0=x_n*/w₁r_п*=5.86/2*3.14*50*0.002=9.3 с.

9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной (11.199)

Т'_d=Td₀•xd_*/x_d*=9.3•0.67/5.356=1.16 с.

9.6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси с.

9.6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси с.

9.6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения с.

9.6.6 Демпферная обмотка при короткозамкнутых обмотках статора и возбуждения с.

9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутых обмотках статора с.

9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора (11.205)

T_a=x_2*/w₁r_1*=0,171/(314•0,18)= 0,003 с.

10. ПОТЕРИ И КПД

10.1 Расчтная масса стали зубцов статора (9.260)

m_з1=7,8z₁b_з1срh_n1?₁k_c•10^-6=7,8•72•14•38,7•460•0,95•10^-6=133 кг.

10.2 Магнитные потери в зубцах статора (9.251)

P_з1=2,7В²_з1срm_з1=2,7•1,41²•133=714 Вт.

10.3 Масса стали спинки статора (9.261)

m_c1=7,8р (D_н1-h_c1)h_c1?₁k_c•10^-6=7,8•3,14•(850−58,8) 58,8•460•0,95•10^-6=498 кг.

10.4 Магнитные потери в спинке статора (9.254)

Р_с1=3В²_с1m_c1=2,7•1,6²•498=3442 Вт.

10.5 Амплитуда колебаний индукции (11.206)

В₀=в₀к_бВ_б=0,35•1,67•0,79=0,49 Тл.

10.6 Среднее значение удельных поверхностных потерь (11.207)

р_пов=к₀(z₁n₁•10^-4)^1.5(0,1В₀t₁)²=1,4•(72•1000•10^-4)^1,5(0,1•0,49•28,6)²=53,1 Вт/м².

10.7 Поверхностные потери машины (11.208)

Р_пов=2рфб?_пр_повк_п•10^-6=2•3•343•0,7•475•53,1•0,6•10^-6=21,8 Вт.

10.8 Суммарные магнитные потери (11.213)

Р_сУ=Р_с1+Р_з1+Р_пов=3442+714+21,8=4177,8 Вт.

10.9 Потери в обмотке статора (11.209)

Р_м1=m₁I²₁r₁m_т+m₁(I'_пн/)²r_dm_т=

=3•113,7²•0,367•1,38+3(428,7/)²0,006•1,38=21 164 Вт.

10.10 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора (11.214)

Р_п=I²_пнr_пm_т+2I_пн=428,7²•0,02+2•428,7=4533 Вт.

10.11 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке (11.216)

Р_доб=0,005Р_н =0,005•101.25•=5151.25 Вт.

10.12 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (11.211)

Р'_мх= Вт.

10.13 Потери на трение щеток о контактные кольца (11.212)

Р_т.щ=2,6I_пнD₁n₁•10^-6 =2,6•428,7•655•1000•10^-6=730 Вт.

10.14 Механические потери (11.217)

Р_мх=Р'_мх+Р_тщ=2248+730=2978 Вт.

10.15 Суммарные потери (11.218)

Р_У=Р_сУ+Р_м1+Р_доб+Р_п+Р_мх=

=4178+121 164+5151.25+4533+2978=138 004 Вт.

10.16 КПД при номинальной нагрузке (11.219)

з=1-Р_У/(Р_2н+Р_У)=1−36 003/(630 000+138004)=94,6%.

11. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН

11.1 Повышение напряжения на зажимах генератора

11.2 Значение ОКЗ (11.227)

ОКЗ=Е'_0*/х_d*=1,13/5,356=0,21 о.е.

11.3 Кратность установившегося тока к.з. (11.228)

I_k/I_1н=ОКЗ•I_пн*=0,21•3,8=0,8 о.е.

11.4 Наибольшее мгновенное значение тока (11.229)

i_уд=1,89/х''_d*=1,89/0,19=9,9 о.е.

11.5 Статическая перегружаемость (11.223)

S=E'_00*k_p/x_dcosц_н=4,29•1,02/2,356•0,8=1,02 о.е.

11.6 Угловые характеристики

11.6.1 Определяем ЭДС Е'_0*=4,2о.е.

11.6.2 Определяем уравнение (11.221)

Р_*=(Е'_0*/х_d*)sinи+0,5(1/х_q*-1/x_d*)sin2и=

=(4,2/5,356)•sinи+0,5(½, 93−1/5,356)sin2и=0,78sinи+0,26sin2и.

11.7 Приведенное сопротивление обмотки возбуждения

11.8 Приведенное сопротивление демпферной обмотки по продольной оси

11.9 Приведенное сопротивление демпферной обмотки по поперечной оси

11.10 Проводимисть обмотки статора по продольной оси

11.11 Приведенная проводимость обмотки возбуждения

11.12 Приведенная проводимость успокоительной обмотки (пусковой) по продольной оси

11.13 Полная приведенная проводимость по продольной оси

11.14 Полное приведенное сопротивление по продольной оси

11.15 Проводимость обмотки статора по поперечной оси

11.16 Приведенная проводимость пусковой обмотки по поперечной оси

11.17 Полная приведенная проводимость по поперечной оси

11.18 Полное приведенное сопротивление по поперечной оси

11.19 Пусковой ток статора прямого следования

11.20 Пусковой ток статора обратного следования

11.21 Полный пусковой ток статора

11.22 Активная составляющая пускового тока статора прямого следования

11.23 Пусковой момент Рисунок 11.1 Угловая характеристика генератора

12. ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТЫ

12.1 Тепловой расчет

12.1.1 Потери в основной и дополнительной обмотках статора (11.247)

Р'_м1=m₁m'[I'²r₁+(I_пн/)r_d]=

=3М1,48[113,7²•0,367+(428,7/)²•0,006)=22 698 Вт;

где m'_т=1,48 — коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В § 5.1.

12.1.2 Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)

S_n1=рD₁?₁=3,14•655•М460= мм².

12.1.3 Условный периметр поперечного сечения (9.381)

П₁=2(h_n1+b_п1)=2(38,7+13,3)=104 мм.

12.1.4 Условная поверхность охлаждения пазов (9.382)

S_и.п1=z₁П₁?₁=72•104•М460=мм².

12.1.5 Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)

S_л1=4рD₁?_л1=4М3,14М650•178=14,5 мм².

12.1.6 Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине (9.384)

S_маш=рD_н1(?₁+2?_п1)=3,14М850•(460+2М178)=21,8 мм².

12.1.7 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали (9.386)

р_п1= Вт, где к=0,76 — коэффициент (таблица 9.25).

12.1.8 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения пазов (9.387)

р_и.п1= Вт.

12.1.9 Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки (9.388)

р_л1== Вт.

12.1.10 Окружная скорость ротора (9.389)

v₂= м/с.

12.1.11 Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины (9.390)

Дt_п1=єС, где б₁=13М10^-5 Вт/мм²Мградкоэффициент теплоотдачи поверхности статора.

12.1.12 Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов (9.392)

Дt_и.п1= єС.

12.1.13 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри (9.393)

Дt_л1=р_л1/б₁=0,823/13М10^-5=63,3 єС.

12.1.14 Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов (9.395)

Дt_и.л1= єС.

12.1.15 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя (9.396)

Дt'₁=(Дt_п1+Дt_и.п1)+(Дt_л1+Дt_и.п1) =

=(92,3+48,8) +(63,3+128,6)=167,8 С.

12.1.16 Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри машины (9.397)

Р'_У=к (Р'_м1+Р_сУ)+Р'_м1+Р'_м2+Р_мхУ+Р_д=0,76(22 698Вт.

12.1.17 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха (9.399)

Дt_в=єС.

12.1.18 Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха (9.400)

Дt₁=Дt'₁+Дt_в=167,8+21,5=189,3єС.

12.2 Обмотка возбуждения

12.2.1 Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов (11.249)

S_п2=2р?_ср.пh_к=6•1200•52,7=3,8• мм².

12.2.2 Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки (11.250)

р_п=кР_п/S_п2=0,76•4533/3,8•=9• Вт/мм².

12.2.3 Коэффициент теплоотдачи катушки (§ 11.13)

б_Т=(3+0,42•34.2)•10^-5=17.4• Вт/(мм² ?С).

12.2.4 Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки (11.251)

Дt_пл=р_п/б_Т=9•/17.4•=51.7 ?С.

12.2.5 Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины

?С.

12.2.6 Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха

12.3 Вентиляционный расчет

12.3.1 Необходимый расход воздуха (5.28)

V_в= м³/с.

12.3.2 Коэффициент, зависящий от частоты вращения

12.3.3 Приближенный расход воздуха (5.44)

V'_в=к₁(D_н2/100)³М10^-3=5,6(653/100)² 10^-2=1,49 м³/с;

12.3.4 Напор воздуха Па

13. МАССА И ДИНАМИЧЕСКИЙ МОМЕНТ ИНЕРЦИИ

13.1 Масса

13.1.1 Масса стали сердечника статора (11.255)

m_с1У=m_з1+m_с1=133+498=631 кг.

13.1.2 Масса стали полюсов (11.256)

m_сп=7,8•10^-6к_с?_п(b_пh'_п+к_кb_нпh_нп)2р=

=7,8•10^-6•0,95•475•(107•122+0,8•240•32)•6=405,4 кг.

13.1.3 Масса стали сердечника ротора (11.257)

m_с2=6,12к_с10^-6?₁[(2,05h_с2+D₂)²-D₂]=

=6,12•0,97•10^-6•460[(2,05•76+194)-194]=336,4 кг.

13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора (11.258)

m_сУ=m_с1У+m_сп+m_с2=631+405,4+336,4=1372,8 кг.

13.1.5 Масса меди обмотки статора (11.259)

m_м1=8,9•10^-6m₁(a₁w₁?_ср1S₀+a_dw_d?_срдS_эфд)=

=8,9•10^-6•3(1•168•1942•7,8+2•6•1942•10)=74,2 кг.

13.1.6 Масса меди демпферной обмотки (11.260)

m_мд=8,9•10^-62р (N'₂S?'_ст+b'_нпS_с+0,6S_сС_п)=

=8,9•10^-6•6(9•95•528,6+240•348,1+0,6•348,1•2)=28,6 кг.

13.1.7 Суммарная масса меди (11.261)

m_мУ= m_м1+ m_мд+ m_мп =74,2+28,6+101=203,8 кг.

13.1.8 Суммарная масса изоляции (11.262)

m_и=(3,8D^1.5_н1+0,2D_н1?₁)10^-4=(3,8•850^1,5+0,2•850•460)•10^-4=17,2 кг.