Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

Данные проектирования

 

№	Наименование заданных параметров и их условные обозначения	Синхронный генератор СГ-2
	Номинальный режим работы	Продолжительный
	Номинальная мощность Рн, кВт
	Номинальное напряжение (линейное) Uн, В
	Номинальная частота вращения n, об/мин
	Частота питающей сети, Гц
	Коэффициент мощности, cosj	0,8
	Способ соединения фаз статора	звезда
	Способ возбуждения	От специальной обмотки, вложенной в паз статора
	Степень защиты от внешних воздействий	IP23
	Способ охлаждения	IC01
	Исполнение по способу монтажа	IM1001
	Климатические условия и категория размещения	У2
	Форма выступающего конца вала	Цилиндрическая
	Способ соединения с приводным механизмом или приводным двигателем	Упругая муфта

Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

 

Конфигурация

 

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

 

2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]

 

р=60∙f/n₁=60∙50/750=4

 

2.1.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]

 

х'_σ*=0,14 o.e.

 

2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]

 

к_н=

 

2.1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]

 

η'=0,945

 

Главные размеры

 

2.2.1 Расчетная мощность [1-12]

 

Р'=к_нР₂/ cos φ=1.089∙500/0.8 = 680 кВт

 

2.2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]

 

h = 450 мм

 

2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности

[табл. 9-2]

 

h₁ = 9 мм

 

2.2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]

 

D_корп=2(h-h₁) = 2(450-9) =880 мм

 

2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [таб­л. 9-2]

 

D_н1max=850 мм

2.2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]

 

D_н1 = 850 мм

 

2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]

 

D₁=6+0.69D_н1=43+0.72*850 =655 мм

 

2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора [рис. 11-3]

 

А'₁= 490 А/см

 

2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в но­минальном режиме, [рис. 11-4]

 

В'_б = 0,82 Тл

 

2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздуш­ном зазоре машины при х.х. [11-3]

 

В'_б0=В'_б/к_н=0,82/1,089 = 0,75 Тлφφφφφφφφφφφφφφφ∙∙φφ

 

2.2.11 Полюсное деление статора [1-5]

 

мм

 

2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси [рис. 1-5]

 

х_d*=2,4 о. е.

 

2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси [11-4]

 

х_ad*=х_d* - х_σ*=2,4-0,14=2,26 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 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]

 

б=2,5 мм

 

2.2.17 В машинах с h=315-450 мм по [§ 11-3] применяем эксцентричную форму воздушного зазора по [рис. 11-8]

 

2.2.18 Отношение максимальной величины зазора к минимальной [§ 11-3]

 

б''/б' = 1,5

 

2.2.19 Воздушный зазор по оси полюса [11-13]

 

б' = б/1,125 = 2,5/1,125 = 2,2 мм

 

2.2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]

 

б'' = б/0,75 = 2,5/0,75 = 3,3 мм

 

2.2.21 Коэффициент полюсной дуги действительный [§ 11-3]

 

α = 0,73 – 3,33∙10­^-5∙D_н1=0,73 – 3,33∙10^-5∙8500=0,70

 

2.2.22 Коэффициент полюсной дуги расчетный [рис. 11-9]

 

­α' = 0,65

 

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 [рис. 11-9]

 

к_в = 1,16

 

2.3.3 Обмоточный коэффициент [§ 9-3, стр. 119]

 

к_об1 = 0,91

 

2.3.4 Расчетная длина сердечника статора [1-31]

 

мм

 

Принимаем ℓ'₁ = 480 мм.

 

2.3.5 Количество пакетов стали в сердечнике статора [11-16]

 

n_n1= ℓ'₁/ ℓ_п1 = 480/60 = 8

 

2.3.6 Конструктивная длина сердечника статора [1-33, § 9-3]

 

Сердечники статора длиной более 300-350 мм собирают из отдельных пакетов с радиальными вентиляционными каналами между ними.

 

n_к1= n_n1 –1 = 8–1 = 7

ℓ₁ = 480+10∙7 = 550 мм

 

2.3.7 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора [9-2]

 

λ=ℓ₁/D₁=550/655=0,84

 

2.3.8 Проверка по условию λ< λ_max [рис. 11-10]

 

λ_max= 0,95>0,84 = λ

 

2.3.9 Количество пазов на полюс и фазу [§ 11-3]

 

q₁=3

 

2.3.10 Количество пазов сердечника статора [9-3]

 

z₁=2∙р∙m₁∙q₁=2∙4∙3∙3=72

 

2.3.11 Проверка правильности выбора значения z₁ [11-15]

 

z₁/g∙m₁=K,

где К – целое число,

g – общий делитель чисел z₁ и p

 

72/4∙3 = 6 – целое число

Сердечник ротора

 

Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффици­ент заполнения сердечника ротора сталью к_с=0,98

 

2.4.1 Длина сердечник ротора [11-20]

 

ℓ₂=ℓ₁+15=550+15=565 мм

 

Обмотка статора

 

3.1 По [табл. 9-4, § 9-4] 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= ,

где α=60/q₁

 

3.3 Укорочение шага [§ 9-4]

 

при 2p≥4 принимаем β'₁=0,8

 

3.4 Шаг обмотки [9-11]

 

у_п1= β₁∙z₁/(2∙p) = 0,8∙60/8 = 7,2

 

Принимаем у_п1= 8

 

3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам [11-37]

 

β₁=2∙р∙у_п1/z₁=8∙8/72=0,89

 

3.6 Коэффициент укорочения [9-12]

 

к_у1=sin(β₁∙90˚)=sin(0,89∙90)=0,98

 

3.7 Обмоточный коэффициент [9-13]

 

к_об1=к_р1∙к_у1=0,96∙0,98=0,94

 

3.8 Предварительное количество витков в обмотке фазы [9-15]

w'₁=

 

3.9 Количество параллельных ветвей обмотки статора [§ 9-3]

 

а₁=2

 

3.10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу [9-16]

 

N'_п1=

 

Принимаем N_п1=3

 

3.11 Уточненное количество витков [9-17]

 

 

3.12 Количество эффективных проводников дополнительной обмотки в пазу [§ 11-4]

N_д=1

 

3.13 Количество параллельных ветвей фазы дополнительной обмотки [§ 11-4]

 

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) = 0,064(18,8/18) = 0,066 Вб

 

3.16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре [9-19]

 

В_б = В'_б(w'₁/w₁) = 0,88∙(18,8/18) = 0,85 Тл

 

3.17 Предварительное значение номинального фазного тока [11-40]

 

А

 

3.18 Уточненная линейная нагрузка статора [9-21]

 

А/см

 

 

3.19 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора [табл.9-13]

 

В_с1=1,5 Тл

 

 

3.20 Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами [табл. 9-16]

 

В'_з1max = 1,8 Тл

 

3.21 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора [9-22]

 

t₁ = π∙D₁/z₁ = 3,14∙655/72 = 28,2 мм

 

3.22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте [9-47]

 

b'_з1min= мм

 

3.23 Предварительная ширина открытого паза в штампе [9-48]

 

b'_п1=t_1min-b'_з1min= 28,2 – 14,2= 14 мм

 

3.24 Высота спинки статора [9-24]

 

h_c1= мм

 

3.25 Высота паза [9-25]

 

h_n1= мм

 

3.26 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по высоте [прил. 28]

 

h_и= 6,5 мм

 

3.27 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по щирине [прил. 28]

 

2b_и=2,2 мм

 

3.28 Высота шлица [§ 9-4]

 

h_ш=1,0 мм

 

3.29 Высота клина [§ 9-4, стр. 135]

 

h_к=3,5 мм

 

3.30 Ширина зубца в наиболее узком месте [§ 9-4]

 

b'_з1min=14 мм

 

3.31 Предварительная ширина паза в штампе [9-48]

 

b'_п1=t_1min-b'_з1min=28,2-10=11,6 мм

 

3.32 Припуск на сборку сердечника по ширине [§ 9-4]

 

b_c=0,35 мм

 

3.33 Припуск на сборку сердечника по высоте [§ 9-4]

 

h_c=0,35 мм

 

3.34 Количество эффективных проводников по ширине паза [§ 9-4]

 

N_ш=1

 

3.35 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией [9-50]

 

b'_эф = (b'_n1-2b_и1-b_c)/N_ш = (14-2,2-0,35)/2 = 11,35 мм

 

3.36 Количество эффективных проводников по высоте паза [9-52]

 

N_в = N_п1/N_ш = 3/1 = 3

 

3.37 Допустимая высота эффективного проводника [11-49] (с₀=0,9)

 

а'_эф=(с₀∙h_n1-h_и-h_k-h_ш-h_с)/N_в=(0,9∙49,5-6,5-3,5-1-0,35)/3=11 мм

 

3.38 Площадь эффективного проводника [9-53]

 

S'_эф = а'_эф ∙ b'_эф = 11∙11,35 = 125,95 мм²

 

3.39 Количество элементарных проводников в одном эффективном [§ 9-4]

 

с=7

3.40 Меньший размер неизолированного элементарного провода [9-54]

 

а' = (а'_эф/с_а)-Δ_и = 11/7–0,15= 1,42 мм

 

где Δ_и=0,15 мм – двухсторонняя толщина изоляции провода [прил. 3]

 

3.41 Больший размер неизолированного элементарного провода [9-55]

 

b'=(b'_эф/с_b)-Δ_и=11,5/1-0,15= 11,2 мм

 

3.42 Размеры провода [прил. 2]

 

а × b = 1,5 × 11,2 мм

S = 16,59 мм²

 

3.43 Размер по ширине паза в штампе [9-57]

 

b_n1 = N_ш∙с_b(b+Δ_и)+2∙b_и1+b_с = 1∙1(11,2+0,15)+2,2+0,35 = 13,9 мм

 

3.44 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]

 

b_з1min=t_1min -b_n1=28,2-13,9 = 14,3 мм

 

3.45 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора [9-59]

 

В_з1max=t₁∙B_б/(b_з1mink_c)=28,2∙0,85/(14,3∙0,95)=1,76 Тл

 

3.46 Размер основной обмотки статора по высоте паза [11-50]

 

h_п.о=N_в.ос_о.в(а+Δ_и.а)+h_и.о=3∙7(1,5+0,15)+11,2 = 45,85 мм

 

3.47 Изоляция обмотки статора [прил. 28]

 

h_и.д=0,6+1,1+0,5= 2,2 мм

 

3.48 Размер дополнительной обмотки статора по высоте паза [11-51]

 

h_п.д=N_в.дс_д.в(а+Δ_и.а)+h_и.д=1∙3(1,4+0,15)+2=6,65 мм

 

3.49 Уточненная высота паза статора в штампе [11-52]

 

h_п1=h_п.о+h_п.д+h_к+h_ш+h_с=45,85+5,1+3,5+1,0+0,35 = 55,8 мм

 

3.50 Среднее зубцовое деление статора [9-40]

 

t_ср1=π(D₁+h_п1)/z₁=3,14(655+55,8)/72= 31 мм

 

3.51 Средняя ширина катушки обмотки статора [9-41]

 

b_ср1 = t_ср1∙у_п1 = 31∙8 = 248 мм

 

3.52 Средняя длина одной лобовой части обмотки [9-60]

 

ℓ_л1 = 1,3∙b_ср1+h_п1+50 = 1,3∙248+55,8+50 = 428 мм

 

3.53 Средняя длина витка обмотки [9-43]

 

ℓ_ср1 = 2∙(ℓ₁+ℓ_л1) = 2∙(480+428) = 1816 мм

 

3.54 Длина вылета лобовой части обмотки [9-63]

 

ℓ_в1=0,4∙b_ср1+h_п1/2+25 = 0,4∙248+55,8/2+25 = 152 мм

 

3.55 Плотность тока в обмотке статора [9-39]

 

J₁ = I₁/(S∙c∙a₁) = 902/(16,59∙7∙2) = 3,88 А/мм²

 

3.56 Определяем значение А₁*J₁

 

А₁*J₁ = 473,6∙3,88 = 1839,2 A²/(cм∙мм²)

 

3.57 Допустимое значение (А₁*J₁)_доп [рис. 11-12]

 

(А₁*J₁)_доп = 2100 > 1839,2 = А₁*J₁

Воздушный зазор

 

5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора [11-60]

 

S_б = α'∙τ(ℓ'₁+2∙б) = 0,65∙257∙(480+2∙2,5) = 81019 мм²

 

5.1.2 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре

[11-61]

 

В_б = Ф∙10⁶/S_б = 0,066∙10⁶/81019 = 0,815 Тл

 

5.1.3 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора [9-116]

 

к_б1=1+

 

5.1.4 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора [9-117]

 

к_б2=1+

 

5.1.5 Коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных каналов [§ 9-7]

 

 

5.1.6 Общий коэффициент воздушного зазора [9-120]

 

к_б = к_б1∙к_б2∙к_к = 1,35∙1,023∙0,93 = 1,29

 

5.1.7 МДС для воздушного зазора [9-121]

 

F_б = 0,8∙ б∙к_б∙В_б∙10³ = 0,8∙1,29∙2,5∙0,815 ∙10³ = 2102,7 А

 

Зубцы статора

 

5.2.1 Зубцовое деление статора в минимальном сечении зубца [9-46]

 

мм

 

5.2.2 Ширина зубца [9-126]

 

b_{з1 (1/3)} = t_{1 (1/3)} – b_п1 = 30–13,9 = 16,1 мм

 

5.2.3 Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора на расстоянии 1/3 его высоты от окружности [11-64]

 

мм

 

5.2.4 Магнитная индукция в зубце статора на расстоянии 1/3 его высоты от окружности [9-136]

 

В_{З 1(1/3)} = Ф∙10⁶/S_1(1/3) = 0,066∙10⁶/42681,6 = 1,55 Тл

 

5.2.5 Напряженность магнитного поля в зубцах [прил. 10]

 

H_з1 = 7,56 А/см

 

5.2.6 Средняя длина пути магнитного потока

 

L_з1 = h_п1 = 55,8 мм

 

5.2.7 МДС для зубцов [9-125]

 

F_з1 = 0,1∙Н_з1∙L_з1 = 0,1∙7,56∙55,8 = 42,2 А

 

Спинка статора

 

5.3.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора [11-66]

 

S_c1 = h_c1∙ℓ_c1∙k_c = 48∙480∙0,95 = 21888 мм²

 

5.3.2 Расчетная магнитная индукция [11-67]

 

В_с1 = Ф∙10⁶/2(S_c1) = 0,066∙10⁶/(2∙21888) = 1,5 Тл

 

 

5.3.3 Напряженность магнитного поля [прил. 12]

 

Н_с1= 2,2 А/см

 

5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока [9-166]

 

L_с1= π∙ (D_н1-h_с1)/(4р) = 3,14∙ (850-48)/8 = 157,4 мм

 

5.3.5 МДС для спинки статора [11-68]

 

F_с1 = 0,1∙Н_с1L_с1 = 0,1∙2,2∙157,4 = 129 А

 

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 [при­л. 21]

 

Н_з2 = 16,3 А/см

 

5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника [11-70]

 

L_з2 = h_ш2+d_п2 = 3+10,1 = 13,1 мм

 

5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника [11-71]

 

F_з2 = 0,1H_з2L_з2 = 0,1∙16,3∙13,1 = 22 А

Полюсы

 

5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника [11-72]

 

b''_п = 0,5(b'_н.п – b_п) = 0,5(177-86,8) = 45 мм

 

5.5.2 Высота полюсного наконечника [11-83]

 

h_н = (2h_н.п+h'_н.п)/3 = (2∙34+20)/3 = 29 мм

 

 

5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконеч­ников [11-84]

 

а_н.п = [π(D₁-2б''-h'_н.п)/2р]-b'_н.п = [3,14(655-2∙3,3-20)/8]-177 = 69,6 мм

 

5.5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния [11-85]

 

λ_н.п= =

=

 

5.5.5 Длина пути магнитного потока в полюсе [11-87]

 

L_н = h'_п+0,5∙h_н.п – L_з2 = 141+0,2∙34-13 = 145 мм

 

5.5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов [11-88]

 

λ_п.с= =

5.5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полю­сов [11-89]

 

λ_п.в=37∙b_п/ℓ_п=37∙86,8/565=5,7

 

5.5.8 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов [11-90]

 

λ_п=λ_н.п+λ_п.с+λ_п.в=69+90+5,7= 164,7

 

5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора [11-91]

 

F_бзс=F_б+F_з1+F_с1=2102,7+42,2+129= 2274 А

 

5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов [11-92]

 

Ф_σ=4∙λ_п∙ℓ_н.п∙F_бзс∙10^-11=4∙164,7∙565∙2274 ∙10^-11=0,0084 Вб

 

5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока [11-93]

 

σ=1+Ф_σ/Ф=1+0,0084/0,066= 1,13

 

5.5.12 Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса [11-94]

 

S_п=к_сℓ_пb_п=0,98∙565∙86,8= 48061 мм²

 

5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса [11-95]

 

Ф_п= Ф+Ф_σ =0,066+0,0084= 0,0744 Вб

 

5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса [11-96]

 

В_п = Ф_п/(S_п∙10^-6)= 0,0744/(48061 ∙10^-6)= 1,5 Тл

 

5.5.15 Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса [прил. 21]

 

Н_п=28,9 А/см

 

5.5.16 Длина пути магнитного потока в полюсе

 

L_п = L_н = 145 мм

 

5.5.17 МДС для полюса [11-104]

 

F_п=0,1∙L_п∙Н_п=0,1∙145∙28,9= 419 А

Спинка ротора

 

5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора [11-105]

 

S_с2=ℓ₂∙h'_с2∙к_с=565∙174∙0,98 = 96344 мм²

 

5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора [11-106]

 

В_c2=σ∙Ф∙10⁶/(2∙S_с2)=1,13∙0,066∙10⁶/(2∙96344)= 0,37 Тл

 

5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора [прил. 21]

 

Н_c2= 2,96 А/см

 

5.6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора [11-107]

 

L_с2=[π(D₂+2h_c2)/(4p)]+0,5h'_с2=[3,14(198+2∙75)/8+0,5∙174= 155,3 мм

 

5.6.5 МДС для спинки ротора [9-170]

 

F_c2=0,1∙L_c2∙H_c2=0,1∙155,3∙2,96 = 46 А

Обмотка возбуждения

 

8.1 Напряжение дополнительной обмотки статора [11-135]

 

U_д = U₁∙w_d/w₁ = 400∙6/18 = 133 В

 

8.2 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения [11-136]

 

ℓ'_ср.п = 2,5∙(ℓ_п+b_п) = 2,5∙(565+86,8) = 1630 мм

 

8.3 Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки воз­буждения [11-173]

 

S'= мм²

 

8.4 Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения [рис. 11-21]

 

J'_п = 5,2 А/мм²

 

8.5 Предварительное количество витков одной полюсной катушки [11-138]

 

w'_п=

 

8.6 Расстояние между катушками смежных полюсов [11-139]

 

а_к= мм

 

По [§ 11-9] принимаем неизолированный ленточный медный провод. Изоляция между витками – асбестовая бумага толщиной 0,3 мм, катушка однослойная.

 

8.7 Предварительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро, по ширине [11-145]

 

мм

 

 

8.8 Предварительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемой на ребро, по толщине

 

мм

 

8.9 Размера проводника без изоляции [прил. 2]

 

a×b = 1,5×16 мм;

S= 23,5 мм²

 

8.10 Минимальный допустимый радиус закругления проводника, навиваемого на ребро [11-147]

 

мм

 

8.11 Фактический средний радиус закругления проводника, навиваемого на ребро [11-148]

 

мм

 

8.12 Размер полюсной катушки по ширине [по рис. 11-22 б]

 

b_к.п=b= 16 мм

 

8.13 Раскладка витков по высоте катушки [по рис. 11-22 б]

 

N_в=w_п=80

 

8.14 Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения [§ 11-9]

 

а_п=1

 

8.15 Размер полюсной катушки по высоте [11-150]

 

мм

 

8.16 Средняя длина витка катушки [11-151]

 

ℓ_ср.п=2∙(ℓ_п+2b_п- r₁)+2π(r₁+ b_к.п)=2∙(565+86,8-46,9∙)+2∙3,14∙(46,9+16)= 1604 мм

 

8.15 Ток возбуждения при номинальной нагрузке [11-153]

 

I_п.н=F_п.н/w_п=8436/80= 105,5 А

8.17 Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения [11-154]

 

J_п=I_п.н/(а_п∙S) = 105,5/(1∙23,5) = 4,5 А/мм²

 

8.18 Общая длина всех витков обмотки возбуждения [11-155]

 

L_п = 2р∙w_п∙ℓ_ср.п∙10^-3 = 8∙80∙1604∙10^-3 = 1026,5 м

8.19 Массам меди обмотки возбуждения [11-156]

 

m_м.п = 8,9∙L_п∙S∙10^-3 = 8,9∙1026,5∙23,5∙10^-3 = 214 кг

 

8.20 Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20˚ С [11-157]

 

r_п = L_п/ρ_м20∙а_п∙S = 895/57∙1∙23,5= 0,64 Ом

 

8.21 Максимальный ток возбуждения [11-158]

 

I_{п max} = U_п/(r_п∙m_т) = (133-2)/(0,64∙1,38) = 148,3 А

 

8.22 Коэффициент запаса возбуждения [11-159]

 

I_{п max}/I_п.н = 148,3/105,5 = 1,40

 

8.23 Номинальная мощность возбуждения [11-160]

 

Р_п = U_п∙I_{п max} = (133-2)∙148,3 = 19427 Вт

Постоянные времени обмоток

 

9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной [11-198]

 

Т_d0=x_п*/ω₁∙r_п*=2,25/(0,0047∙2∙3,14∙50) = 1,52 с

 

9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной [11-199]

 

Т'_d = T_d0∙x'_d*/x_d* = 1,52∙0,449/1,94= 0,35 с

 

9.6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси [11-200]

 

T_дd0= с

 

9.6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси [11-201]

 

T_дq0= с

 

9.6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения [11-202]

 

T''_d0= с

 

9.6.6 Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых обмотках возбуждения и статора [11-203]

 

T''_d = T'''_d0∙x''_d*/x'_d* = 0,04∙0,163/0,449 = 0,014 с

 

9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора [11-204]

 

T''_q = T_дq0∙x''_q*/x_q* = 0,09∙0,141/1,08 = 0,011 с

 

9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора [11-205]

 

T_a = x_2*/ω₁∙r_1* = 0,151/(2∙3,14∙50∙0,0096) = 0,05 с

Потери и КПД

 

10.1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]

 

t_1max=π∙ (D₁-2h_п)/z₁= 3,14∙(655-2∙49,5)/72 = 32,8 мм

 

10.2 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]

 

b_з1max = t_1max-b_n1 = 32,8-13,9 = 18,9 мм

 

10.3 Ширина зубца в средней части [9-130]

 

b_з1cp=(b_з1min+b_з1max)/2=(14,3+18,9)/2 = 16,6 мм

 

10.4 Расчетная масса стали зубцов статора [9-260]

 

m_з1=7,8∙z₁∙b_з1ср∙h_n1∙ℓ₁∙k_c∙10^-6 = 7,8∙72∙16,6∙49,5∙480∙0,95∙10^-6 = 210 кг

 

10.5 Магнитные потери в зубцах статора [9-252]

 

P_з1=3∙В²_з1ср∙m_з1=2,7∙1,52²∙210 = 1310 Вт

 

10.6 Масса стали спинки статора [9-261]

 

m_c1=7,8∙π∙(D_н1-h_c1) ∙h_c1∙ℓ₁∙k_c∙10^-6=7,8∙3,14(850-48)∙48∙480∙0.95∙10^-6 = 430 кг

 

10.7 Магнитные потери в спинке статора [9-256]

 

Р_с1=2,7∙В²_с1∙m_c1=2,7∙1,5²∙430 = 2612 Вт

 

10.8 Амплитуда колебаний индукции [11-206]

 

В₀=β₀∙к_б∙В_б=0,35∙1,35∙0,85=0,4 Тл

 

10.9 Среднее значение удельных поверхностных потерь [11-207]

 

р_пов=к₀∙(z₁n₁∙10^-4)^1,5(0,1∙В₀∙t₁)²=1,4(72∙750∙10^-4)^1,5∙(0,1∙0,4∙28,2)² = 22,35 Вт/м²

 

10.10 Поверхностные потери машины [11-208]

 

Р_пов=2∙р∙τ∙α∙ℓ_пр∙_пов∙к_п∙10^-6 = 8∙257∙0,7∙565∙22,35∙0,6∙10^-6 = 10,9 Вт

 

10.11 Суммарные магнитные потери [11-213]

 

Р_сΣ=Р_с1+Р_з1+Р_пов=2612+1310+10,9=3933 Вт

10.12 Потери в обмотке статора [11-209]

 

Р_м1=m₁∙I²₁∙r₁∙m_т+m₁∙(I'_пн/ )²∙r_д∙m_т=

=3∙902∙0,0025∙1,38+3∙(105,5/ )²∙0,00082∙1,38 = 6115 Вт

 

10.13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора [11-214]

 

Р_п=I²_п.нr_пm_т+2I_п.н=105,5∙0,64∙1,38+2∙105,5= 10041 Вт

 

10.14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке [11-215]

 

Р_доб=0,005∙Р_н=0,005∙500000=2500 Вт

 

10.15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию [11-210]

 

Р'_мх = Р_т.п + Р_вен = Вт

 

10.16 Потери на трение щеток о контактные кольца [11-212]

 

Р_т.щ=2,6∙I_п.н∙D₁∙n₁∙10^-6 =2,6∙105,5∙655∙750∙10^-6= 135 Вт

 

10.17 Механические потери [11-217]

 

Р_мх=Р'_мх+Р_тщ=1264+135= 1399 Вт

 

10.18 Суммарные потери [11-218]

 

Р_Σ = Р_сΣ+Р_м1+Р_доб+Р_п+Р_мх = 3933+6115+2500+1399+10041 = 23988 Вт

 

10.19 КПД при номинальной нагрузке [11-219]

 

η = [1-Р_Σ/(Р_2н+Р_Σ)] ∙100 = [1-23988/(500000+23988)] ∙100 = 95,4 %

Характеристики машин

 

11.1 Повышение напряжения на зажимах генератора [11-220]

 

ΔU%= %= =30%

 

11.2 Значение ОКЗ [11-227]

 

ОКЗ=Е'_0*/х_d*=1,2/1,94=0,618 о.е.

 

11.3 Кратность установившегося тока к.з. [11-228]

 

I_k/I_1н=ОКЗ∙I_п.н*=0,618∙2,8=1,73 о.е.

 

11.4 Наибольшее мгновенное значение тока [11-229]

 

i_уд=1,89/х''_d*=1,89/0,163=11,6 о.е.

 

11.5 Статическая перегружаемость [11-223]

 

S=E'_0о*k_p/x_d*cosφ_н=4,44∙1,02/1,94∙0,8=2,9 о.е.

 

11. 6 Определяем ЭДС (рис. 5-1)

Е'_0*= 3 о.е.

 

11. 7 Определяем уравнение [11-221]

 

Р_*=(Е'_0*/х_d*)sinθ+0,5(1/х_q*-1/x_d*)sin2θ=

=3/1,94∙sinθ+0,5(1/1,08-1/1,94)sin2θ=1,54∙sinθ+0,41∙sin2θ

Рис. 11-1 – Угловая характеристика

Вентиляционный расчет

 

Принята система вентиляции радиальная [§ 11-13]

 

12.3.1 Необходимый расход воздуха [5-28]

 

V_в = м³/с

 

12.3.2 Коэффициент, зависящий от частоты вращения n₁ [5-40]

 

 

12.3.3 Приближенный расход воздуха[5-39]

 

м³/с

 

12. 3.3 Напор воздуха, развиваемый при радиальной системе [5-41]

 

Па

Масса

 

13.1.1 Масса стали сердечника статора [11-255]

 

m_с1Σ=m_з1+m_с1=210+430=640 кг

 

13.1.2 Масса стали полюсов [11-256]

 

m_сп=7,8∙10^-6к_сℓ_п(b_пh'_п+к_кb_нпh_нп)2р=

=7,8∙10^-6∙0,98∙565(86,8∙141+0,8∙184∙34)∙8=595 кг

 

13.1.3 Масса стали сердечника ротора [11-257]

 

m_с2=6,12к_с10^-6ℓ₁[(2,05h_с2+D₂)²-D₂]=

=6,12∙0,98∙10^-6∙565[(2,05∙75+198)-198]=286 кг

 

13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора [11-258]

 

m_сΣ=m_с1Σ+m_сп+m_с2=640+595+286 =1521 кг

 

13.1.5 Масса меди обмотки статора [11-259]

 

m_м1=8,9∙10^-6m₁(a₁w₁ℓ_ср1S₀+a_dw_dℓ_срдS_эфд)=

=8,9∙10^-6∙3(7∙18∙1816∙16,59+2∙6∙1816∙16,59∙2)=125,5 кг

 

13.1.6 Масса меди демпферной обмотки [11-260]

 

m_м.д=8,9∙10^-62р(N'₂Sℓ'_ст+b'_н.пS_с+0,6S_сС_п)=

=8,9∙10^-6∙8(7∙78,5∙600+180∙198,1+0,6∙198,1∙2)=26 кг

 

13.1.7 Суммарная масса меди [11-261]

 

m_мΣ= m_м1+ m_м.п +m_мд =125,5+194+26=345,5 кг

 

13.1.8 Суммарная масса изоляции [11-262]

 

m_и=(3,8D^1,5_н1+0,2D_н1ℓ₁)10^-4=(3,8∙850^1,5+0,2∙850∙565)∙10^-4=19 кг

 

13.1.9 Масса конструкционных материалов [11-264]

 

m_к=АD_н1+В=0,32∙850+400=672 кг

 

 

13.1.10 Масса машины [11-265]

 

m_маш=m_сΣ+m_мΣ+m_и+m_к=1521+245,5+19+672=2557 кг

 

Данные проектирования

 

№	Наименование заданных параметров и их условные обозначения	Синхронный генератор СГ-2
	Номинальный режим работы	Продолжительный
	Номинальная мощность Рн, кВт
	Номинальное напряжение (линейное) Uн, В
	Номинальная частота вращения n, об/мин
	Частота питающей сети, Гц
	Коэффициент мощности, cosj	0,8
	Способ соединения фаз статора	звезда
	Способ возбуждения	От специальной обмотки, вложенной в паз статора
	Степень защиты от внешних воздействий	IP23
	Способ охлаждения	IC01
	Исполнение по способу монтажа	IM1001
	Климатические условия и категория размещения	У2
	Форма выступающего конца вала	Цилиндрическая
	Способ соединения с приводным механизмом или приводным двигателем	Упругая муфта

Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

 

Конфигурация

 

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

 

2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]

 

р=60∙f/n₁=60∙50/750=4

 

2.1.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]

 

х'_σ*=0,14 o.e.

 

2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]

 

к_н=

 

2.1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]

 

η'=0,945

 

Главные размеры

 

2.2.1 Расчетная мощность [1-12]

 

Р'=к_нР₂/ cos φ=1.089∙500/0.8 = 680 кВт

 

2.2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]

 

h = 450 мм

 

2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности

[табл. 9-2]

 

h₁ = 9 мм

 

2.2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]

 

D_корп=2(h-h₁) = 2(450-9) =880 мм

 

2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [таб­л. 9-2]

 

D_н1max=850 мм

2.2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]

 

D_н1 = 850 мм

 

2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]

 

D₁=6+0.69D_н1=43+0.72*850 =655 мм

 

2.2.8 Предварительное значение линейной нагрузки статора [рис. 11-3]

 

А'₁= 490 А/см

 

2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в но­минальном режиме, [рис. 11-4]

 

В'_б = 0,82 Тл

 

2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздуш­ном зазоре машины при х.х. [11-3]

 

В'_б0=В'_б/к_н=0,82/1,089 = 0,75 Тлφφφφφφφφφφφφφφφ∙∙φφ

 

2.2.11 Полюсное деление статора [1-5]

 

мм

 

2.2.12 Индуктивное сопротивление машины по продольной оси [рис. 1-5]

 

х_d*=2,4 о. е.

 

2.2.13 Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси [11-4]

 

х_ad*=х_d* - х_σ*=2,4-0,14=2,26 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 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]

 

б=2,5 мм

 

2.2.17 В машинах с h=315-450 мм по [§ 11-3] применяем эксцентричную форму воздушного зазора по [рис. 11-8]

 

2.2.18 Отношение максимальной величины зазора к минимальной [§ 11-3]

 

б''/б' = 1,5

 

2.2.19 Воздушный зазор по оси полюса [11-13]

 

б' = б/1,125 = 2,5/1,125 = 2,2 мм

 

2.2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]

 

б'' = б/0,75 = 2,5/0,75 = 3,