Введение
Синхронной машиной (СМ) называется двухобмоточнаяэлектрическая машина переменного тока, одна из обмоток которой присоединена кэлектрической сети с постоянной частотой, а вторая – возбуждается постояннымтоком.
Конструктивное исполнение статора синхронноймашины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины.Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечникастатора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов,которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Корпуса статоровкрупногабаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобстватранспортировки и монтажа этих машин.
Роторы синхронных машин могут иметь двепринципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.У синхронного генератора(IP23) на якоре имеются обмотки, на которые подается электрический ток. Изменяяего величину, можно влиять на магнитное поле, а следовательно, и на напряжениена выходе статорных обмоток. Роль регулятора прекрасно исполняет простейшаяэлектрическая схема с обратной связью по току и напряжению. Благодаря этомуспособность синхронного генератора «проглатывать» кратковременные перегрузкивысока и ограничена лишь омическим (активным) сопротивлением его обмоток, т.е.легче переносят пусковые нагрузки.Однако у такой схемы есть инедостатки. Прежде всего, ток приходится подавать на вращающийся ротор, длячего традиционно используют щеточный узел. Работая с довольно большими(особенно во время перегрузок) токами, щетки перегреваются и частично «выгорают».Это приводит к плохому их прилеганию к коллектору, к повышению омическогосопротивления и к дальнейшему перегреву узла. Кроме того, подвижный контактнеизбежно искрит, а значит, становиться источником радиопомех. И самый основнойнедостаток низкая степень защиты от внешних воздействий таких как: пыль, грязь,вода, т. к. синхронный генератор охлаждается «протягивая» через себявоздух, соответственно все что находится в воздухе может попадать в генератор.Если генератор щёточный, чтобыизбежать преждевременного износа, рекомендуется время от времени контролироватьсостояние щеточного узла и при необходимости очищать либо менять щетки. Кстати,после их заменены, желательно дать им время «приработаться» к коллектору, а ужза тем нагружать станцию «по полной программе».Многие современные синхронныегенераторы снабжены безщеточными системами возбуждения тока на катушках ротора(их еще называют brash-less). Они лишены вышеуказанных недостатков связанных сщёточным узлом, а потому предпочтительнее.· для трёхфазныхсинхронных генераторов допустимый перекос фаз 33%· коэффициент нелинейныхискажений 13–25% (в зависимости от производителя).
1. Данные для проектирования Назначение Двигатель Номинальный режим работы Продолжительный
Номинальная отдаваемая мощность Р2, кВт 200
Количество фаз статора m1 3 Способ соединения фаз статора Звезда Частота напряжения f, Гц 50 Коэффициент мощности cos φ 0,8
Номинальное линейное напряжение Uл, В 400
Частота вращения n1, об/мин 1000 Способ возбуждения От спец. обмотки Степень защиты от внешних воздействий IP23 Способ охлаждения IC01 Исполнение по способу монтажа IM1001 Климатические условия и категория размещения У2
2. Магнитная цепь машины.Размеры, конфигурация, материалы
2.1 Конфигурация
Принимаемизоляцию класса нагревостойкости F
Количествопар полюсов (9.1)
р=60f/n1=60∙50/1000=3.
Индуктивноесопротивление рассеяния обмотки статора (рисунок 11.1)
хσ*=0,12о.е.
Коэффициентмощности нагрузки (11.1)
кн=/>
Предварительноезначение КПД (рисунок 11.2)
η'=0,93о.е. 2.2 Главные размеры
Расчетнаямощность (1.11)
Р'=кнР2/cosφ=1,076∙200/0,8=269кВт.Высота оси вращения (таблица 11.1)
h=355 мм.
Допустимое расстояниеот корпуса до опорной поверхности (таблица 9.2)
h1=10 мм.
Наружныйдиаметр корпуса (1.27)
Dкорп=2 (h-h1)=2 (355–10)=690 мм.
Максимально допустимыйнаружный диаметр сердечника статора (таблица 9.2)
Dн1max=660 мм.
Выбираемыйдиаметр сердечника статора (§ 11.3)
Dн1=660 мм.
Внутреннийдиаметр сердечника статора (§ 11.3)
D1=43+0,72 Dн1=43+0,72∙660=518,2 мм.
Предварительноезначение линейной нагрузки статора (рис. 11.3)
А'1=425А/см.
Предварительноезначение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок11.4)В'б=0,79 Тл.Предварительное значениемаксимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11.3)В'б0=В'б/кн=0,79/1,076=0,85Тл.
Полюсное делениестатора (1.5)
/> мм.
Индуктивноесопротивление машины по продольной оси (рис. 11.5)
хd*=2,5 о.е.
Индуктивноесопротивление реакции якоря по продольной оси (11.4)
хad*=хd* — хσ*=2,5–0,12=2,38о.е.
Коэффициент,учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсногонаконечника и полюса (§ 11.3)
к'=1,05
Расчетная величинавоздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора (11.2)
/> мм.
Уточненнаявеличина воздушного зазора (§ 11.3)
б=2,0 мм.Форма зазора эксцентричная порисунку 11.8
Отношениемаксимальной величины зазора к минимальной (§ 11.3)
б''/б'=1,5.Воздушный зазор по оси полюса(11.13)
б'=б/1,125=2/1,125=1,8
Воздушный зазорпод краем полюсного наконечника (11.14)
б''=б/0,75=2/0,75=2,7
Коэффициентполюсной дуги действительный (§ 11.3)
α=0,73–3,33∙10-5∙Dн1=0,73–3,33∙10 -5∙660=0,7.
Коэффициентполюсной дуги расчетный (рисунок 11.9)
α'=0,66.2.3 Сердечник статора
Марка стали2312, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм.
Коэффициентзаполнения сердечника статора сталью (§ 9.3)
кс=0,95.
Коэффициент формыполя возбуждения (рисунок 11.9)
кв=1,17.Обмоточный коэффициент (§ 9.3)
коб1=0,92
Расчетная длинасердечника статора (1.31)
/>.
2.3.5 Конструктивнаядлина сердечника статора (§ 11.3)
ℓ1= ℓ'1 =300 мм.
Отношениеконструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора (9.2)
λ=ℓ1/D1=300/518,2=0,58.Проверка по условию λλmax=1,07.
Количество пазовна полюс и фазу (§ 11.3)
q1=4.
Количество пазовсердечника статора (9.3)
z1=2рm1q1=2∙3∙3∙4=72.
Проверкаправильности выбора значения z1 (11.15)
z1/gm1=72/(3∙3)=8 – целоечисло.
2.4 Сердечник ротора
Марка сталиСт3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнениястали кс=0,98.
Длинасердечник ротора (11.20)
ℓ2=ℓ1+(10–20)=300+10=310 мм.2.5 Сердечник полюса иполюсный наконечник
Марка сталиСт3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнения кс=0,98.
Длинашихтованного сердечника полюса (11.19)
ℓп=ℓ1+(10–15)=300+10=310 мм.
Магнитная индукцияв основании сердечника полюса (§ 11.3)
В'п=1,45Тл.
Предварительноезначение магнитного потока (9.14)
Ф'=В'бD1∙ℓ'110-6/р=0,79∙518,2∙300∙10-6/3=40,9∙10-3Вб.
Ширина дугиполюсного наконечника (11.25)
bн.п=ατ=0,7∙271,2=190 мм.
Радиус очертанияполюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре (11.26)
/> мм.
Ширинаполюсного наконечника (11.28)
b'н.п=2Rн.пsin (0.5bн.п/Rн.п)= 2∙246∙sin (0,5∙190/246)=185 мм.
Высота полюсногонаконечника (§ 11.3)
h'н.п=15 мм.
Высота полюсногонаконечника по оси полюса для машин с эксцентричным зазором (11.29)
hн.п=h'н.п+Rн.п – /> мм
Поправочныйкоэффициент (11.24)
кσ=1,25hн.п+25=1,25∙33+25=66.
Предварительноезначение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11.22)
σ'=1+кσ35б/τ2=1+66∙35∙2/271,22=1,06.
Ширина сердечникаполюса (11.21)
bп=σ'Ф'∙106/(ксℓпВ'п)=1,06∙40,9∙10-3∙106/(0,98∙310∙1,45)=98,4 мм.
Высота выступа уоснования сердечника (11.32)
h'п=10,5б'+0,18D1=10,5∙1,8+0,18∙518,2=112 мм.
Предварительныйвнутренний диаметр сердечника ротора (11.33)
D'2=dв=кв/> мм.
Высота спинкиротора (11.34)
hс2=0,5D1-б-h'п-0,5D'2=0,5∙518,2–2–112–33–0,5∙140=42 мм.
Расчетная высотаспинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу (11.35)
h'с2=hс2+0,5D'2=42+0,5∙140=112 мм.
Магнитная индукцияв спинке ротора (11.36)
Вс2=/> Тл.
/>
Рисунок 1 – Эскиз ротора
3. Обмоткастатора
3.1 Принимаемдвухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из провода марки ПЭТВП,укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы
3.2 Коэффициентраспределения (9.9)
кр1=/>;
где α=60/q1.3.3 Укорочение шага (§ 9.3)
β'1=0,8.
3.4 Шаг обмотки(9.11)
уп1=β1z1/(2p)=0,8∙72/(2∙3)=9,6;
Принимаем уп1=10.
3.5 Укорочениешага обмотки статора по пазам (11.37)
β1=2руп1/z1=2∙3∙10/72=0,833.
3.6 Коэффициентукорочения (9.12)
ку1=sin(β1∙90˚)=sin (0,833∙90)=0,966.
3.7 Обмоточныйкоэффициент (9.13)
коб1=кр1∙ку1=0,96∙0,966=0,93.
3.8 Предварительноеколичество витков в обмотке фазы (9.15)
w'1=/>.
3.9 Количествопараллельных ветвей обмотки статора (§ 9.3)
а1=3.
3.10 Предварительноеколичество эффективных проводников в пазу (9.16)
N'п1=/>;
Принимаем N'п1=8.
3.11 Уточненноеколичество витков (9.17)
/>.
3.12 Количествоэффективных проводников в пазу (§ 11.4)
Nд=1.
3.13 Количествопараллельных ветвей фазы дополнительной обмотки
ад=2.
3.14 Количествовитков дополнительной обмотки статора (11.38)
/>.
3.15 Уточненноезначение магнитного потока (9.18)
Ф=Ф'(w'1/w1)= 40,9∙10-3(29,4/32)= 38,3∙10-3 Вб.
3.16 Уточненноезначение индукции в воздушном зазоре (9.19)
Вб=В'б(w'1/w1)=0,83∙(29,4/32)=0,74Тл.
3.17 Предварительноезначение номинального фазного тока (9.20)
/> А.
3.18 Уточненнаялинейная нагрузка статора (9.21)
/>.
Полученноезначение А1 не отличается от предварительно принятого А'1=425 А/см болеечем на 10%.
3.19 Среднеезначение магнитной индукции в спинке статора (т. 9.13)
Вс1=1,65Тл.3.20 Обмотка статора спрямоугольными полуоткрытыми пазами (таблица 9.16)
В'з1max=1,9∙0,95=1,8 Тл.3.21 Зубцовое деление статорав наиболее узком месте (9.46)
t1min=/> мм.3.22 Предельная шириназубца в наиболее узком месте (9.47)
b'з1min=/> мм.
3.23 Предварительнаяширина полуокрытого паза в штампе (9.48)
b'п1=t1min-b'з1min=22,99–9,95=13,04 мм.
3.24 Высотаспинки статора (9.24)
hc1=/> мм.
3.25 Высотапаза (9.25)
hn1=(Dн1-D1)/2-hc1=(660–518,2)/2–40,7=30,2 мм.
3.26 Изоляцияобмотки статора (приложение 28)
hи=4,5 мм.
3.27 Двусторонняятолщина корпусной изоляции (§ 9.4)
2bи=2,2 мм.3.28 Высота шлица (§ 9.4)
hш=1 мм.
3.29 Высотаклина (§ 9.4)
hк=3,5 мм.
3.30 Припуск насборку сердечника по ширине (§ 9.4)
bc=0,3 мм.
3.31 Припуск на сборкусердечника по высоте (§ 9.4)
hc=0,3 мм.
3.32 Количествоэффективных проводников по ширине паза (§ 9.4)
Nш=2.
3.33 Допустимаяширина эффективного проводника с витковой изоляцией (9.50)
b'эф=(b'n1-2bи1-bc)/Nш=(13,01–2,2–0,3)/2=5,27 мм.
3.34 Количествоэффективных проводников по высоте паза (9.52)
Nв=Nп1/Nш=8/2=5.
3.35 Допустимаявысота эффективного проводника (11.49)
а'эф=(с0hn1-hи-hk-hш-hс)/Nв=(0,85∙30,2–4,5–3,5–1–0,3)/4=4,09 мм.
3.36 Площадьэффективного проводника (9.53)
S'эф=а'эф∙b'эф=4,09∙5,27=21,55 мм2.
3.37 Количествоэлементарных проводов в эффективном (§ 9.4)
с=4.
3.38 Меньшийразмер неизолированного элементарного провода (9.54)
а'=(а'эф/са)-Δи=4,09/2–0,15=1,9 мм,
где Δи=0,15 мм– двухсторонняя толщина изоляции провода (приложение 3).
3.39 Большийразмер неизолированного элементарного провода (9.55)
b'=(b'эф/сb)-Δи=5,27/2–0,15=2,49 мм.
3.40 Размерыпровода (приложение 2)
а х b=1,8 х 2,8;
S=4,677 мм2.
3.41 Размер поширине паза в штампе (9.57)
bn1=Nшсb(b+Δи)+2bи+bс=2∙2 (2,8+0,15)+2,2+0,3=14,3 мм.
3.42 Уточненнаяширина зубца в наиболее узкой части (9.85)
bз1min=t1min –bn1=22,99–14,3=8,69 мм.
3.43 Уточненнаямагнитная индукция в узкой части зубца статора (9.59)
Вз1max=t1Bб/(bз1minkc)=22,6∙0,839/(8,69∙0,95)=2,3Тл.
3.44 Размеросновной обмотки статора (11.50)
hп.о=Nв.осо.в(а+Δи.а)+hи.о=4∙2 (1,8+0,15)+4,5=20,1 мм,
где со.в=2– количество элементарных проводников основной обмотки в одном эффективном по высотепазе.
3.45 Изоляцияобмотки статора (приложение 30)
hи.д=0,6+1,1+1=2,7 мм.
3.46 Размердополнительной обмотки статора (11.51)
hп.д=Nв.дсд.в(а+Δи.а)+hи.д=1∙1 (1,8+0,15)+2,7=4,65 мм,
где сд.в=2– количество элементарных проводников дополнительной обмотки в одномэффективном по высоте пазе.
3.47 Уточненнаявысота паза статора в штампе (11.52)
hп1=hп.о+hп.д+hк+hш+hс=20,1+4,65+3,5+1+0,3=29,55 мм.
3.48 Среднеезубцовое деление статора (9.40)
tср1=π(D1+hп1)/z1=3,14 (518,2+30,2)/72=23,92.
3.49 Средняя ширинакатушки обмотки статора (9.41)
bср1=tср1∙уп1=23,9∙10=239,2.
3.50 Средняядлина одной лобовой части обмотки (9.60)
ℓл1=1,3bср1+hп1+50=1,3∙239,2+30,2+50=391,2 мм.
3.51 Средняядлина витка обмотки (9.43)
ℓср1=2(ℓ1+ℓл1)=2 (300+391,2)=1382,4 мм.
3.52 Длинавылета лобовой части обмотки (9.63)
ℓв1=0,4bср1+hп1/2+25=0,4∙239,2+30,2/2+25=135,8 мм.
3.53 Плотностьтока в обмотке статора (9.39)
J1=I1/(S∙c∙a1)=360,8/(4,677∙4∙3)=6,44А/мм2.
3.54 Определяемзначение А1J1(§ 11.4)
А1J1=425,7∙6,44=2742 А2/см∙мм2.
3.55 Допустимоезначение А1J1 (рисунок 11.12)
(А1J1) доп=2750 > 2742 А2/см∙мм2.
/>
Рисунок 2 – Эскизстатора
4. Демпферная (пусковая)обмотка
Суммарнаяплощадь поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсноеделение (11.53)
S2Σ=0,015τА1/J1=0,015∙271,2∙425,7/6,44=269 мм2.
Зубцовое делениеполюсного наконечника ротора (§ 11.5)
t'2=20 мм.
Предварительноеколичество стержней демпферной обмотки на один полюс (11.54)
N'2=1+(bн.п-20)/t'2=1+(190–20)/20=10шт.
Предварительныйдиаметр стержня демпферной обмотки (11.55)
d'с=1,13/> мм.
Диаметр и сечениестержня (§ (11.5)
dс=6 мм; S=26,26 мм2.
Определяемотношение (§ 11.5)
h'н.п/d=15/6=2,5 > 1,7.
Минимальная ширинакрайнего зубца полюсного наконечника
bз2min=5 мм.
Уточненноезначение зубцового деления полюсного наконечника (11.56)
t2=(bн.п– dc –2bз2min)/(N2-1)=(190–6–2∙5)/(10–1)=19,3 мм.
Диаметр круглойчасти паза полюсного наконечника (11.57)
dп2=dс+(0,1–0,15)=6+0,1=6,1 мм.
Размеры шлица пазадемпферной обмотки (§ 11.5)
bш2 х hш2=2,5 х 3 мм.
Предварительнаядлина стержня демпферной обмотки (11.58)
ℓ'ст=ℓ1+0,2∙τ=300+0,2∙271,2=355 мм.
Площадьпоперечного сечения (11.59)
S'с=0,5S2Σ=0,5∙269=135 мм2.
Высотакороткозамыкающих сегментов (§ 11.5)
h'с=2∙dс=2∙6=12 мм.
Ширинакороткозамыкающих сегментов (§ 11.5)
ℓ'с=0,7∙dс=4,2 мм.
Определяемразмеры и сечение короткозамыкающих сегментов.
hc х ℓс=4,25х 12,5 мм;
Sс=52,27 мм2.
5. Расчет магнитной цепи
5.1 Воздушныйзазор
Расчетнаяплощадь поперечного сечения воздушного зазора (11.60)
Sб=α'τ(ℓ'1+2б)=0,66∙271,2(300+2∙2)=54414 мм2.
Уточненноезначение магнитной индукции в воздушном зазоре (11.61)
Вб=Ф∙106/Sб=38,3∙103/54414=0,7Тл.
Коэффициент,учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения статора(9.116)
кб1=/>.
Коэффициент,учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения ротора(9.117)
кб2=1+/>.
Общий коэффициентвоздушного зазора (9.120)
кб=кб1∙кб2=1,187∙1,027=1,219.
МДС для воздушногозазора (9.121)
Fб=0,8бкбВб∙103=0,8∙2∙1,219∙0,7∙103=1365А.
5.2 Зубцыстатора
Зубцовое делениена 1/3 высоты зубца (9.122)
t1(1/3)=π(D1+(2/3) hп1)/z1=3,14 (518,2+(2/3)∙30,2)/72=21,7 мм.
Ширина зубца(9.126)
bз1(1/3)=t1(1/3)-bп1=21,7–14,3=7,4 мм.
Расчетная площадьпоперечного сечения зубцов статора (11.64)
Sз1(1/3)=/> мм2.
Магнитная индукцияв зубце статора (11.65)
Вз1(1/3)=Ф∙106/Sз1(1/3)=38,3∙103/(30,89∙103)=1,24Тл.
Напряженностьмагнитного поля (приложение 9)
Нз1=14,01А/см.
Средняя длина путимагнитного потока (9.124)
Lз1=hп1=30,2 мм.
МДС для зубцов(9.125)
Fз1=0,1Нз1Lз1=0,1∙14,01∙30,2=42 А.
5.3 Спинкастатора
Расчетная площадьпоперечного сечения спинки статора (11.66)
Sc1=hc1ℓc1kc=40,7∙300∙0,9=11600 мм2.
Расчетнаямагнитная индукция (11.67)
Вс1=Ф∙106/(2Sc1)= 38,3∙103/(2∙11600)=1,65 Тл.
Напряженностьмагнитного поля (приложение (12)
Нс1=17,2А/см.
Средняя длина путимагнитного потока (9.166)
Lс1=π(Dн1-hс1)/4 р=3,14 (660–40,7)/(4∙3)=162 мм.
МДС для спинкистатора (11.68)
Fс1=0,1∙Нс1Lс1=0,1∙17,2∙162=279А.
5.4 Зубцыполюсного наконечника
Магнитная индукцияв зубцах полюсного наконечника (11.69)
Вз2=/> Тл.
Напряженностьмагнитного поля в зубцах полюсного наконечника.
Нз2=9,53А/см.
Средняя длина путимагнитного потока в зубцах полюсного наконечника (11.70)
Lз2=hш2+dп2=3+6,1=9,1
МДС для зубцовполюсного наконечника (11.71)
Fз2=0,1Hз2Lз2=0,1∙9,53∙9,1=9 А.
5.5 Полюсы
Величина выступаполюсного наконечника (11.72)
b''п=0,5 (b'н.п – bп)=0,5 (185–98,4)=43,3 мм.
Высота широкихполюсных наконечников (11.83)
hн=(2hн.п+h'н.п)/3=(2∙33+15)/3=27 мм.
Расстояние междубоковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11.84)
ан.п=[π(D1-2б''-h'н.п)/2 р] –b'н.п=[3,14 (518,2–2∙2,7–15)/(2∙3)]– 185=75,5 мм.
Коэффициентмагнитной проводимости потока рассеяния (11.85)
/>.
Длина путимагнитного потока (11.87)
Lп=h'п+0,5hн.п –Lз2=112+0,5∙33 – 9,1=119,4 мм.
Коэффициентмагнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11.88)
/>.
Коэффициентмагнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11.89)
λп.в=37bп/ℓп=37∙98,4/310=11,74.
Коэффициентмагнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11.90)
λп=λн.п+λп.с+λп.в=57,39+79,4+11,74=148,53.
МДС для статора ивоздушного зазора (11.91)
Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=1365+42+279=1686 А.
Магнитный поток рассеянияполюсов (11.92)
Фσ=4λпℓн.пFбзс∙10-11=4∙148,53∙1686∙310∙10-11=3,1∙10-3Вб.
Коэффициентрассеяния магнитного потока (11.93)
σ=1+Фσ/Ф=1+3,1∙10-3/38,3∙10-3 =1,08.
Расчетная площадьпоперечного сечения сердечника полюса (11.94)
Sп=ксℓпbп=0,98∙310∙98,4=29,89∙103 мм2.
Магнитный поток всердечнике полюса (11.95)
Фп=Ф+Фσ=(38,3+3,1)10-3 =41,4∙10-3 Вб.
Магнитная индукцияв сердечнике полюса (11.96)
Вп=Фп/(Sп∙10-6)= 41,4∙10-3/(29,89∙103∙10-6)=1,39Вб.
Напряженность магнитногополя в сердечнике полюса.
Нп=20,3А/см.
Длина путимагнитного потока в полюсе (11.87)
Lп=h'п+0,5hн.п –Lз2=112+0,5∙33 – 9,1=119,4 мм.
МДС для полюса(11.104)
Fп=0,1∙Lп∙Нп=0,1∙119,4∙20,3=242А.
5.6 Спинкаротора
Расчетная площадьпоперечного сечения спинки ротора (11.105)
Sс2=ℓ2h'с2кс=310∙112∙0,98=34025,6 мм2.
Среднее значениеиндукции в спинке ротора (11.106)
Вc2=σФ∙106/(2Sс2)=1,08∙38,3∙10-3∙106/(2∙34025,6)=0,61Тл.
Напряженностьмагнитного поля в спинке ротора (приложение 21)
Нc2=4,97 А/см.
Средняя длина путимагнитного потока в спинке ротора (11.107)
Lс2=[π(D2+2hc2)/(4p)]+0,5h'с2=[3,14 (140+2∙42)/(4∙3)+0,5∙112=115 мм.
МДС для спинкиротора (9.170)
Fc2=0.1∙Lc2∙Hc2=0,1∙115∙4,97=57 А.
5.7 Воздушныйзазор в стыке полюса
Зазор в стыке(11.108)
бп2=2ℓп∙10-4+0,1=2∙310∙10-4+0,1=0,162 мм.
МДС для зазора встыке между сердечником полюса и полюсным наконечником (11.109)
Fп2=0,8бп2Вп∙103=0,8∙0,162∙1,39∙103=180А.
Суммарная МДС дляполюса и спинки ротора (11.170)
Fпс=Fп+Fс2+Fп2+Fз2=242+57+180+9=488 А.
5.8 Общиепараметры магнитной цепи
Суммарная МДСмагнитной цепи (11.111)
FΣ(1)= Fбзс+Fпс=1686+488=2174 А.
Коэффициентнасыщения (11.112)
кнас=FΣ/(Fб+Fп2)=2174/(1365+180)=1,4.
/>
6. Активное ииндуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима
Активноесопротивление обмотки фазы (9.178)
r1=/> Ом.
Активноесопротивление в относительных единицах (9.179)
r1*=r1I1/U1=0,01∙360,8∙/>/400=0,0216 о.е.
Проверкаправильности определения r1* (9.180)
r1*=/> о.е.
Активноесопротивление демпферной обмотки (9.178)
rд= /> Ом.
Размеры паза
bп1=14,3 мм; hш1=1 мм; hк1=3 мм;h2=1,9 мм; hп1=30,2 мм; h3=h4=1 мм;
h1= hп1 – h4 – h2 – hк1 – hш1 =30,2–1–1,9–3–1=23,3 мм.
Коэффициенты,учитывающие укорочение шага (9.181, 9.182)
кβ1=0,4+0,6β1=0,4+0,6∙0,833=0,9;
к'β1=0,2+0,8β1=0,2+0,8∙0,833=0,87.
Коэффициентпроводимости рассеяния (9.187)
λп1=/>
/>
Коэффициентпроводимости дифференциального рассеяния (11.118)
λд1=/>.
Коэффициентпроводимости рассеяния лобовых частей обмотки (9.191)
λл1=0,34/>.
Коэффициентзубцовой зоны статора (11.120)
квб=/>.
Коэффициент,учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную проницаемость рассеяниямежду коронками зубцов (§ 11.7)
кк=0,04.
Коэффициентпроводимости рассеяния между коронками зубцов (11.119)
/>.
Суммарный коэффициентмагнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора (11.121)
λ1=λп1+λл1+λд1+λк=0,9681+0,4956+1,12+0,175=2,7587.
Индуктивноесопротивление обмотки статора (9.193)
хσ=1,58f1∙ℓ1w21∙λ1/(pq1∙108)=1,58∙50∙300∙322∙2,7578/(3∙4∙108)=0,0558Ом.
Индуктивноесопротивление обмотки фазы статора (9.194)
хσ*=х1∙I1/U1=0,0558∙360,8∙/>/400=0,09 о.е.
Проверкаправильности определения х1*(9.195)
хσ*=/> о.е.
7. Расчетмагнитной цепи при нагрузке
Строим частичныехарактеристики намагничивания Ф=f(Fбзс), Фσ=f(Fбзс), Фп=f(Fп2) (о.е.).
/>
Строим векторныедиаграммы Блонделя по следующим исходным данным: U1=1; I1=1; cos φ=0,8;φ=36,87/>(отстающий);x/>=0,069
/>
Рисунок 5 –Диаграмма Блонделя
ЭДС,индуктированная магнитным потоком воздушного зазора
Eб=1,022 о.е.
МДС для воздушногозазора
Fб=0,91 о.е.
МДС для магнитнойцепи воздушного зазора и статора
Fбзс=1,043 о.е.
Предварительныйкоэффициент насыщения магнитной цепи статора
к'нас=Fбзс/Fб=1,043/0,91=1,15.
Поправочныекоэффициенты, учитывающие насыщение магнитной цепи
хd=0,95;
хq=0,75;
кqd=0,0029.
Коэффициентыреакции якоря
каd=0,86;
каq=0,4.
Коэффициент формы поляреакции якоря
кфа=1.
Амплитуда МДСобмотки статора (11.125)
Fa=0,45m1w1∙коб1∙I1кфа/р=0,45∙3∙32∙0,93∙360,8∙1/3=4832А.
Амплитуда МДСобмотки статора в относительных единицах (11.127)
Fф*=/> о.е.
Поперечнаясоставляющая МДС реакции якоря, с учетом насыщения, отнесенная к обмоткевозбуждения (11.128)
Faq/cosψ=хqkaqFa*=0,75∙0,4∙2,22=0,67 о.е.
ЭДС обмотки статора,обусловленная действием МДС
Eaq/cosψ=0,77 о.е.
Направлениевектора ЭДС Ебd,определяемое построением вектора Еaq/cosψ
ψ=60,36˚;
cosψ=0,495;
sinψ=0,869.
Продольная МДСреакции якоря с учетом влияния поперечного поля (11.130)
F'ad=xdkadFa*sinψ+kqdFa*cosψτ/δ=
=0,95∙0,86∙2,22∙0,869+0,0029∙2,22∙0,495∙271,2/2=2о.е.
Продольнаясоставляющая ЭДС
Eбd*=Фбd=0,95 о.е.
МДС по продольнойоси
Fбd*=0,95о.е.
Результирующая МДСпо продольной оси (11.131)
Fба*=Fбd*+F'ad*=0,95+2=2,93 о.е.
Магнитный потокрассеяния
Фσ*=0,24о.е.
Результирующиймагнитный поток (11.132)
Фп*=Фбd*+Фσ*=0,95+0,24=1,19 о.е.
МДС, необходимаядля создания магнитного потока
Fп.с=0,29 о.е.
МДС обмоткивозбуждения при нагрузке (11.133)
Fп.н*=Fбф*+Fпс*=2,93+0,29=3,22 о.е.
МДС обмотки возбужденияпри нагрузке (11.134)
Fп.н=Fп.н*FΣ(1)=3,22∙2174=7000 А.
8. Обмоткавозбуждения
Напряжениедополнительной обмотки (1.135)
Ud=U1wd/w1=400∙6/32=75 В.
Предварительнаясредняя длина витка обмотки возбуждения (11.136)
ℓ'ср.п=2,5(ℓп+bп)=2,5 (310+98,4)=1021 мм.
Предварительнаяплощадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения (11.173)
S'=/> мм2.
Предварительноеколичество витков одной полюсной катушки (11.138)
w'п=/>.
Расстояние междукатушками смежных полюсов (11.139)
ак=/> мм.
По таблице 10–14 принимаемизолированный медный провод марки ПСД (класс нагревостойкости изоляции F) прямоугольного сечения с двусторонней толщиной изоляции 0,27х0,48 мм,катушка многослойная.
Размеры проводникабез изоляции:
а х b=1,35 х 12,5.
Размеры проводникас изоляцией
а’ х b’=1,62 х 12,98.
Площадьпоперечного сечения проводника (приложение 2)
S=16,5 мм2.
Предварительноенаибольшее количество витков в одном слое
Nв'=(hп-hпр)/(1,05b')= (112–2∙5)/(1,05∙12,98)=7,5.
Предварительноеколичество слоев обмотки по ширине полюсной катушки
Nш'= w'п/ Nв'=114/7,5=15,2
Выбираем Nш =16 слоев обмотки по ширине полюсной катушки
6 слоев по 8витков
5 слоев по 7витков
5 слоя по 6 витков
Уточненноенаибольшее количество витков в одном слое (рис 11.22)
Nв =8
Уточненноеколичество витков одной полюсной катушки (рис. 11.22)
wп=113
Размер полюснойкатушки по ширине
bк.п=1,05Nш а’=1,05∙16∙1,62=27,2 мм
Размер полюснойкатушки по высоте (11.150)
hк.п=1,05Nв b'=1,05∙8∙12,98=109 мм
Средняя длинавитка катушки (11.144)
ℓср.п=2(ℓп+ bп)+ π(bк+2 (bз+bи).)=2 (310+98,4)+ 3,14 (27,2+7)=924 мм
Ток возбужденияпри номинальной нагрузке (11.153)
Iп.н=Fп.н/wп=7000/113=61,4 А.
Количествопараллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения (§ 11.9)
ап=1.
Уточненнаяплотность тока в обмотке возбуждения (11.154)
Jп=Iп.н/(апS)=61,4/(1∙16,5)=3,72А/мм2.
Общая длина всехвитков обмотки возбуждения (11.155)
Lп=2рwпℓср.п∙10-3=2∙3∙113∙924∙10-3=632 м.
Массам медиобмотки возбуждения (11.156)
mм.п=γм∙8,9LпS∙10-3=8,9∙632∙16,5∙10-3=92,8кг.
Сопротивлениеобмотки возбуждения при температуре 20˚ С (11.157)
rп=Lп/ρм20апS=632/(57∙1∙16,5)=0,672Ом.
Максимальный токвозбуждения (11.158)
Iпmax=Uп/rпmт=(75–2)/(0,672∙1,38)=78,72А.
Коэффициент запасавозбуждения (11.159)
Iпmax/Iп.н=1,28.
Номинальнаямощность возбуждения (11.160)
Рп=(75–2)∙78,72=5747Вт.
/>
Рисунок 6 – Эскизполюса ротора
9. Параметрыобмоток и постоянные времени. Сопротивления обмоток статора при установившемсярежиме
9.1 Сопротивленияобмоток статора при установившемся режиме
Коэффициентпродольной реакции якоря (таблица 11.4)
/>=0,86
Коэффициентнасыщения при Е=0,5
кнас(0,5)=/>.
МДС для воздушногозазора
Fб(1)=1365 А.
Индуктивноесопротивление продольной реакции якоря (11.162)
хad*=/> о.е.
Коэффициентпоперечного реакции якоря (таблица 11.4)
кaq=0,4.
Индуктивноесопротивление поперечной реакции якоря (11.163)
хaq*=/>о.е.
Синхронноеиндуктивное сопротивление по продольной оси (11.164)
хd*=хad*+хσ*=2,46+0,0558=2,516 о.е.
Синхронноеиндуктивное сопротивление по поперечной оси (11.165)
хq*=хaq*+хσ*=1,27+0,0558=1,326о.е.
9.2 Сопротивлениеобмотки возбуждения
Активноесопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора (11.166)
/> о.е.
Коэффициентмагнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения (11.167)
λпΣ=λн.п+0,65λпс+0,38λп.в=57,39+0,65∙79,4+0,38∙11,74=113,5.
Индуктивноесопротивление обмотки возбуждения (11.168)
хп*=1,27кadхad*(1+/>/>о.е.
Индуктивноесопротивление рассеяния обмотки возбуждения (11.169)
хпσ*=хп*– хad*=2,85–2,46=0,39 о.е.
9.3 Сопротивленияпусковой обмотки
Относительноезубцовое деление демпферной обмотки (11.170)
t2*=πt2/τ=3,14∙19,3/271,2=0,223о.е.
Коэффициентраспределения демпферной обмотки (11.171)
кр2=/>.
Коэффициентмагнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника(11.172)
λдз=t2/(gdб)=22,6/(16,5∙2)=0,585.
Коэффициентмагнитной проводимости пазового рассеяния полюсов (11.173)
λdп=(0,785-/>.
Коэффициенты(рисунок 11.23)
Сd=1;
Cq=3,25.
Коэффициентмагнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки попродольной оси (11.174)
λдлd=0.019τCd/N2=0,019∙271,2∙1/10=0,515.
Коэффициентмагнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки попоперечной оси (11.175)
λдлq=0., 019τCq/N2=0,019∙271,2∙3,25/10=1,675.
Коэффициентмагнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси (11.176)
λдd=/>.
Коэффициентмагнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси (11.177)
λдq=/>.
Индуктивнойсопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.178)
хдd*=/>о.е.
Индуктивнойсопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.179)
хдq*=/>о.е.
Активноесопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси (11.181)
rcd*=/>/>о.е.;
где μ0=4π∙10-7Гн/м – магнитная проницаемость воздуха.
Активноесопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси (11.182)
rcq*=0,75rcd*=0,1 о.е.
Активноесопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси(11.183)
rkd*= />/> о.е.
Активноесопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси(11.184)
rkq*=1,5rkd*=0,068о.е.
Активноесопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.185)
rдd*=rcd*+rkd*=0,133+0,068=0,178 о.е.
Активноесопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.186)
rдq*=rcq*+rkq*=0,1+0,068=0,168 о.е.
9.4 Переходныеи сверхпереходные сопротивления обмотки статора
Переходноеиндуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.188)
x'd*=xσ*+/> о.е.
Переходноеиндуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.189)
х'q*=xq*=1,326 о.е.
Сверхпереходноеиндуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.190)
x''d*=xσ*=/>о.е.
Сверхпереходноеиндуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.191)
x''q*=xσ*+/>о.е.
9.5 Сопротивлениядля токов обратной и нулевой последовательности
Индуктивноесопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при работемашины на малое внешнее сопротивление (11.194)
х2*=/>о.е.
Индуктивноесопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большомвнешнем индуктивном сопротивлении (11.195)
х2*=0,5(х"d*+х"q*)=0,5 (0,141+0,122)=0,132 о.е.
Индуктивное сопротивлениедвухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности (11.196)
/>
Активноесопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности прирабочей температуре (11.197)
r0*=r1*(20)∙mт=0,0216∙1,38=0,03 о.е.
9.6 Постоянныевремени обмоток
Обмоткавозбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной (11.198)
Тd0=xa*/w1rп*=2,85/(2∙π∙50∙0,005)=1,82 с.
Обмоткавозбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной (11.199)
Т'd=Td0x’d*/xd*=1,82∙0,427/2,516=0,31 с.
Демпферная обмоткапри разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси (11.200)
Tдd0=/>с.
Демпферная обмоткапри разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси (11.201)
Tдq0=/> с.
Демпферная обмоткапо продольной оси при разомкнутой обмотке возбуждения (11.202)
T''d0=/>с.
Демпферная обмоткапо продольной оси при короткозамкнутых обмотке возбуждения и статора (11.203)
T"d=T"d0x''d*/x'd*=0.007∙0.141/0.427=0.002 с.
Демпферная обмоткапо поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора (11.204)
T"q=Tдq0x"q*/xq*=0.025∙0.122/1.326=0.0023 с.
Обмотка статорапри короткозамкнутых обмотках ротора (11.205)
Ta=x2*/w1r1*=0.131/(2∙3.14∙50∙0.0138)=0.03 с.
10. Потери иКПД
Зубцовое делениестатора в максимальном сечении зубца (9.128)
t1max=π(D1+2hп)/z1=π (518.2+2∙30.2)/72=25.2 мм.
Расчетная массастали зубцов статора (9.260)
mз1=7,8z1bз1срhn1ℓ1kc∙10-6=7.8∙72∙13,4∙30,2∙330∙0.95∙10-6=64,8кг.
Магнитные потери взубцах статора (9.251)
Pз1=3В2з1срmз1=3∙1,242∙64,8=299Вт.
Масса стали спинкистатора (9.261)
mc1=7.8π(Dн1-hc1) hc1ℓ1kc∙10-6=7.8∙3.14(660–40,7) 40,7∙300∙0.95∙10-6=176 кг.
Магнитные потери вспинке статора (9.254)
Рс1=3В2с1mc1=3∙1.652∙176=1552 Вт.
Амплитудаколебаний индукции (11.206)
В0=β0кбВб=0,33∙1,219∙0,7=0,28Тл.
Среднее значениеудельных поверхностных потерь (11.207)
рпов=к0(z1n1∙10-4)1.5(0.1В0t1)2=6 (72∙1000∙10-4)1.5(0.1∙0.28∙22,6)2=46,4 Вт/м2.
Поверхностныепотери машины (11.208)
Рпов=2рταℓпрповкп∙10-6=2∙3∙271,2∙0,7∙310∙46,4∙0,6∙10-6=9,83Вт.
Суммарныемагнитные потери (11.213)
РсΣ=Рс1+Рз1+Рпов=1437+299+9,83=1746Вт.
Потери в обмоткестатора (11.209)
Рм1=m1I21r1mт+m1(I'пн//>)2rdmт=
=3∙360,82∙0,0138∙1,38+3(61,4//>)20,0039∙1,38=7458Вт.
Потери навозбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора(11.214)
Рп=I2пнrп+2Iпн=61,42∙0,733+2∙61,4=3936Вт.
Добавочные потерив обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке (11.216)
Рдоб=0,005Рн=0,005∙200000=1000 Вт.
Потери на трение вподшипниках и на вентиляцию (11.210)
Р'мх=Рт.п+Рвен=8(/>)2(/>)3=8 (/>)2(/>)3=1113 Вт.
Потери на трениещеток о контактные кольца (11.212)
Рт.щ=2,6IпнD1n1∙10-6=2.6∙61,4∙518,2∙1000∙10-6=83Вт.
Механическиепотери (11.217)
Рмх=Р'мх+Ртщ=1113+83=1196Вт.
Суммарные потери(11.218)
РΣ=РсΣ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх=
=1746+7458+1000+3936+1196=15336Вт.
КПД приноминальной нагрузке (11.219)
η=1-РΣ/(Р2н+РΣ)=[1–15336/(200000+15336)]∙100=92,9%.
11.Характеристики машин
11.1 Изменениенапряжения генератора
/>
11.2 Отношениекороткого замыкания
Значение ОКЗ(11.227)
ОКЗ=Е'0*/хd*=1.18/2.516=0.47 о.е.
Кратностьустановившегося тока к.з. (11.228)
Ik/I1н=ОКЗ∙Iпн*=0,47∙3,22=1,51о.е.
Наибольшеемгновенное значение тока (11.229)
iуд=1,89/х''d*=1.89/0.141=13,4 о.е.
Статическаяперегружаемость (11.223)
S=E'00*kp/xdcosφн=3,8∙1,02/2,516∙0,8=1,93о.е., где
E'00*= E'0* Iпн*=1,18∙3,22=3,8 о.е.,
11.3 Угловыехарактеристики
Определяем ЭДС(рис. 11.15 а)
Е'0*=3,8о.е.
Определяемуравнение (11.221)
Р*=(Е'0*/хd*) sinθ+0.5 (1/хq*-1/xd*) sin2θ=
=3.8/2.516∙sinθ+0.5 (1/1.326–1/2.516) sin2θ=1.51sinθ+0.18sin2θ.
/>
12. Тепловой ивентиляционный расчеты
12.1 Тепловойрасчет
Потери в основнойи дополнительной обмотках статора (11.247)
Р'м1=m1m'[I'2r1+(Iпн//>) rd]=
=3ּ1,48 [360,82∙0,0138+(61,4//>)2∙0,0039)=7998Вт;
где m'т=1,48 – коэффициент для класса нагревостойкостиизоляции В (§ 5.1).
Потери навозбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора
PП= Iпн2ּ rП+2 Iпн=61,42ּ0,733+2∙61,4=4213 Вт
Условнаявнутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)
Sn1=πD1ℓ1=πּ518,2ּ300=4,88∙105 мм2.
Условный периметрпоперечного сечения (9.381)
П1=2 (hn1+bп1)=2 (30,2+14,3)=89 мм.
Условнаяповерхность охлаждения пазов (9.382)
Sи.п1=z1П1ℓ1=72ּ89ּ300=19,22∙105 мм2.
Условнаяповерхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)
Sл1=4πD1ℓ1=4ּπּ518,2ּ135,8=8,84∙105 мм2.
Условнаяповерхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине (9.384)
Sмаш=πDн1(ℓ1+2ℓВ1)=πּ660 (300+2ּ135,8)=11,85∙105 мм2.
Удельный тепловойпоток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных квнутренней поверхности охлаждения активной части статора (9.386)
рп1=/> Вт/мм2,
где к=0,76 –коэффициент (таблица 9.25).
Удельный тепловойпоток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных кповерхности охлаждения пазов (9.387)
ри.п1=/> Вт.
Удельный тепловойпоток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных кповерхности охлаждения лобовых частей обмотки (9.388)
рл1=/> Вт.
Окружная скоростьротора (9.389)
v2=/> м/с.
Превышениетемпературы внутренней поверхности активной части статора над температуройвоздуха внутри машины (9.390)
Δtп1=/>46,5°С,
где α1=17,5ּ10-5 Вт/мм2ּград – коэффициент теплоотдачи поверхности статора.
Односторонняятолщина изоляции в пазу статора (§ 9.13)
bи1=(bп1-Nшb)/2=(14,3–1∙2,8)/2=4,35 мм.
Перепадтемпературы в изоляции паза и катушек из круглых проводов (9.392)
Δtи.п1=/>°С.
Превышениетемпературы наружной поверхности лобовых частей обмотки над температуройвоздуха внутри двигателя (9.393)
Δtл1=рл1/α1=5,12∙10-3/17,5ּ10-5=29°С.
Перепадтемпературы в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов (9.395)
Δtи.л1=рл1/>=5,12∙10-3/>38,4 °С.
Среднее превышениетемпературы обмотки над температурой воздуха внутри двигателя (9.396)
Δt'1=(Δtп1+Δtи.п1)/>+(Δtл1+Δtи.п1) />=(46,5+49,2)/>+(29+38,4)/>°С.
Потери вдвигателе, передаваемые воздуху внутри машины (9.397)
Р'Σ=к(Р'м1/>+РсΣ)+Р'м1/>+Р'м2+РмхΣ+Рд=0,76(7998/>/>Вт.
Среднее превышениетемпературы воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха (9.399)
Δtв=/>°С.
Среднее превышениетемпературы обмотки над температурой наружного воздуха (9.400)
Δt1=Δt'1+Δtв=79,7+10,4=90,1°С.
12.2 Обмоткавозбуждения
Условнаяповерхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов (11.249)
Sп2=2рℓср.пhк=2∙2∙924∙130=72,1∙104 мм2.
Удельный тепловойпоток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки (11.250)
рп=кРп/Sп2=0,9∙4213/72,1∙104=52,6∙10-4Вт/мм2.
Коэффициенттеплоотдачи катушки (§ 11.13)
αТ=(3+0,42∙26,9)∙10-5=14,3∙10-5Вт/(мм2 ˚С).
Превышениетемпературы наружной поверхности охлаждения обмотки (11.251)
Δtпл=рп/αТ=52,6∙10-4/(14,3∙10-5)=36,8˚С.
Перепадтемпературы в наружной и внутренней изоляции многослойных катушек изизолированных проводов
Δtип= рп/>=52,6∙10-4/>=13,2 ˚С.
Среднее превышениетемпературы обмотки над температурой воздуха внутри машины (11.253)
ΔtB2=Δt'n+Δtип=60˚С.
Среднее превышениетемпературы обмотки над температурой охлаждающего воздуха (11.254)
Δtп=Δt'п+Δtв=60+10,4=70,4˚ С.
12.3 Вентиляционныйрасчет
Необходимый расходвоздуха (5.28)
Vв=/> м3/с.
Расход воздуха(5.44)
V'в=к1(Dн2/100)2ּ10-2=3,5(514,2/100)2 ּ10-2=0,93 м3/с;
где к1=3,5/> – коэффициент, зависящийот частоты вращения.
Напор воздуха(5.41)
Н=7,85 (n1/1000)2(Dн2/100)2=7,85 (1000/1000)2(514,2/100)2=208Па.
13. Масса идинамический момент инерции
13.1 Масса
Масса сталисердечника статора (11.255)
mс1Σ=mз1+mс1=64,8+176=240,8 кг.
Масса сталиполюсов (11.256)
mсп=7,8∙10-6ксℓп(bпh'п+ккbнпhнп) 2 р=7,8∙10-6∙0,98∙310(98,4∙112+0,8∙185∙33)∙6=37,7 кг.
Масса сталисердечника ротора (11.257)
mс2=6,12кс10-6ℓ1[(2,05hс2+D2)2-D2]=6,12∙0,98∙10-6∙300[(2,05∙42+140)2-140]=56,7 кг.
Суммарная массаактивной стали статора и ротора (11.258)
mсΣ=mсзΣ+mсп+mс2=240,8+37,7+56,7=335,2 кг.
Масса меди обмоткистатора (11.259)
mм1=8,9∙10-6m1(a1w1ℓср1S0+adwdℓсрдSэфд)=8,9∙10-6∙3 (3∙32∙1382,4∙4,677+2∙6∙1382,4∙4,677)=18,6кг.
Масса медидемпферной обмотки (11.260)
mмд=8,9∙10-62 р(N'2Sℓ'ст+b'нпSс+0,6SсСп)=8,9∙10-6∙6(10∙26,26∙355+185∙52,27+0,6∙52,27∙2)=5,5 кг.
Суммарная массамеди (11.261)
mмΣ= mм1+ mмп + mмд =18,6+92,8+5,5=116,9 кг.
Суммарная массаизоляции (11.262)
mи=(3,8D1.5н1+0,2Dн1ℓ1) 10-4=(3,8∙6601,5+0,2∙660∙300)∙10-4=10,4кг.
Массаконструкционных материалов (11.264)
mк=АDн1+В=0,32∙660+400=611,2 кг.
Масса машины(11.265)
mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=335,2+116,9+10,4+611,2=1073,7 кг.
13.2 Динамическиймомент инерции ротора
Радиус инерцииполюсов с катушками (11.266)
Rп.ср=0,5 [(0,5D21+(0.85÷0.96) (0.5D2+hc2)2]∙106=0.5 [(0.5∙518,22+0.85(0.5∙140+42)2]∙10-6=0.072 м.
Динамическиймомент инерции полюсов с катушками (11.267)
Jп=(mсп+mмп+mмd) 4R2п.ср=(37,7+83+5,5) 4∙0,0722=2,6 кг/м2.
Динамическиймомент инерции сердечника ротора (11.268)
Jс2=0,5mс2∙10-6[(0,5D2+hс2)2 – (0,5D2)2]=0,5∙56,7∙10-6[(0,5∙140+42)2– (0,5∙140)2]=0,22 кг/м2.
Масса вала(11.269)
mв=15∙10-6ℓ1D22=15∙10-6∙300∙1402=88,2кг.
Динамическиймомент инерции вала (11.270)
Jв=0,5mв(0,5D2)210-6=0,5∙88,2(0,5∙140)2∙10-6=0.22 кг/м2.
Суммарныйдинамический момент инерции ротора (11.271)
Jи.д=Jn+Jc2+Jв=2,6+0,22+0,22=3,04 кг/м2.
Список литературы
1. Антонов М.В. Технологияпроизводства электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1993. -590 с.
2. Анурьев В.И. Справочникконструктора-машиностроителя. — М.; Машиностроение. 1978
3. Гольдберг О.Д. Проектированиеэлектрических машин – М.: Высшая школа, 2001
4. Копылов И.П. Проектированиеэлектрических машин – М.: Высшая школа, 2002
5. Электротехническийсправочник – Под ред. Орлова И.Н. – М.; Энергоатомиздат 1986
6. Проектирование синхронныхмашин средней мощности: Методические указания к выполнению курсового проекта подисциплине «Инженерное проектирование и САПР электромагнитных устройств иэлектромеханических преобразователей» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост. Н.Л. Бабикова.-Уфа, 2008. – 38 с.
7. Введение вконструирование электромеханических преобразователей энергии: учеб. пособие / Исмагилов Ф.Р.,Афанасьев Ю.В., Стыскин А.В. – М.: Изд-во МАИ, 2006. – 130 с.