2. 1 Расчет магнитной цепи при холостом ходе (стр. 1 из 11)
Содержание
Введение………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5
1. Выбор главных размеров……………………………………………………………………………………………………………………………………..6
2. Расчет магнитной цепи……………………………………………………………………………………………………………………………………..14
2.1 Расчет магнитной цепи при холостом ходе………………………………………………………………………………………….14
2.1.1 Магнитное напряжение воздушного зазора…………………………………………………………………………………………15
2.1.2 Магнитное напряжение зубцов статора……………………………………………………………………………………………..16
2.1.3 Магнитное напряжение для спинки статора…………………………………………………………………………………….17
2.1.4 Магнитное напряжение зубцов ротора………………………………………………………………………………………………..18
2.1.5 Магнитное напряжение полюса…………………………………………………………………………………………………………………20
2.1.6 Магнитное напряжение стыка между полюсом и ярмом ротора……………………………………………..22
2.1.7 Магнитное напряжение в остове или ободе ротора…………………………………………………………………….22
2.2 Расчет магнитной цепи при нагрузке…………………………………………………………………………………………………….23
Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………28
Список литературы……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..29
Приложение 1…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..30
Приложение 2…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..31
Введение
Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве генераторов на электростанциях, их мощность составляет 1500 МВт для турбогенераторов и 800 МВт для гидрогенераторов. В промышленный установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы.
Генераторы серии СГ2 изготовляют мощностью от 132 до 1000 кВт, при высоте оси вращения до 450 мм, в защищенном исполнении IP23, с самовентиляцией IC01, с частотой вращения от 500 до 1500 об/мин.
Электрические машины серии СГ2 рассчитаны на продолжительный режим работы. Их возбуждение осуществляется от устройства, питающегося от дополнительной обмотки , заложенной в пазы статора. Нагревостойкость изоляционных материалов соответствует классу В. Ток возбуждения регулируют изменением угла зажигания тиристоров преобразователя возбудительного устройства. Последние для генератора смонтированы в двух шкафах. В шкафах размещены тиристорные преобразователи, элементы электронной системы управления, коммутационная аппаратура.
Обмотка возбуждения синхронного генератора получает выпрямленный ток через тиристорный и диодный преобразователи, соединенный параллельно на стороне выпрямленного тока. Тиристорный преобразователь питается от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора синхронного генератора, и в номинальном режиме работы генератора несет на себе около 30% нагрузки возбуждения. Остальную часть мощности возбуждения обеспечивает диодный преобразователь, питаемый от компаундирующего трансформатора, включенного в цепь статора, который служит для поддержания напряжения генератора при изменении нагрузки и в режиме короткого замыкания. Генераторы имеют радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками. Охлаждающий воздух при этом входит через вентиляционные окна в подшипниковых щитах, проходит по лобовым частям обмотки статора, через междуполюсное пространство ротора, радиальные каналы статора и выходит через боковые жалюзи станины.
Генераторы допускают левое и правое направление вращения.
В настоящее время для синхронных машин не существует жесткой увязки мощностей с установочными размерами и высотой оси вращения, как это имеется, например у асинхронных машин.
1. Выбор главных размеров
Проектирование синхронных машин, как впрочем, и любой другой электрической машины, начинают с выбора главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины lδ. Задача эта не имеет однозначного решения, так как при выборе главных размеров приходится учитывать ряд требований. Поэтому для нахождения оптимальных значений D и lδ приходится в некоторых случаях просчитывать ряд вариантов. Для сокращения числа рассчитываемых вариантов целесообразно воспользоваться рекомендациями, полученными на основе накопленного опыта проектирования и эксплуатации подобных машин. Для предварительного определения диаметра можно воспользоваться построенными в логарифмическом масштабе зависимостями D=f(S’) (см. рис. 1), которые соответствуют усредненным диаметрам выполненных машин.
Рис. 1. Зависимость D=f(S’) при различных числах полюсов:
а - при S’>100 кВА; б - при S’≤100 кВА
Расчетную электромагнитную мощность генератора
определяют по формуле:
(1)Коэффициент кЕ представляет собой отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к номинальному напряжению. Он зависит от сosφ и сопротивления обмотки статора. При работе синхронного двигателя с опережающим током и сosφ=0,9 можно принять кЕ≈1,05…1,06; для генераторов, работающих с отстающим током и сosφ=0,8, принимают кЕ≈1,08.
Коэффициент полезного действия для двигателей предварительно можно взять из табл. 1, где даны значения КПД для серийно выпускаемых синхронных двигателей при номинальном напряжении Uном=6000 В. При Uном=380 В КПД двигателей увеличивается на 0,3…1%, а при Uном=10000 В снижается на 0,05…0,2%. Коэффициенты полезного действия выпускаемых в настоящее время синхронных генераторов при сosφ=0,8 и Uном=400 В даны в табл. 2.
При других значениях мощности, частоты вращения и напряжения предварительное значение КПД генераторов при сosφ=0,8 можно получить по табл. 1 (с учетом поправки по напряжению), снизив найденное значение на 0,2…0,7%. В табл. 5 даны КПД для генераторов мощностью до 100 кВт.
Таблица 1. Значения КПД синхронных двигателей, %, при сosφ=0,9 и Uном=6000 В.
Таблица 2. Значения КПД синхронных генераторов, %, при сosφ=0,8 и Uном=400 В.
Таблица 3. Значения КПД синхронных генераторов, %, при сosφ=0,8, Uном=230 и 400 В и nном=1500 об/мин.
По найденному диаметру определяют полюсное деление:
(2)где р=60∙f/nном.
Предварительное значение внешнего диаметра статора Da находят по формуле:
(3)Коэффициент КD в зависимости от числа полюсов машины имеет значения, приведенные в табл. 4.
Таблица 4. Значения КD в зависимости от числа полюсов.
Полученное значение Da следует округлить до ближайшего нормализованного диаметра. Значения их даны в табл. 5.
Таблица 5. Высота оси вращения и диаметр статора.
Нормализованные диаметры получены исходя из наиболее благоприятного раскроя листов электротехнической стали, при котором уменьшаются отходы при штамповке. Нормализованным диаметром определяется габарит машины.
От выбранного внешнего диаметра магнитопровода статора Da зависит высота оси вращения h у проектируемой машины. Высоты осей вращения в зависимости от Da для выпускаемых в настоящее время синхронных машин даны в табл. 5. Машины, выполненные на диаметрах Da от 1180 мм и выше, имеют высоту оси вращения h=630 мм, что достигается соответствующей приваркой лап к станине (см. рис. 2).
Рис. 2
Если в результате округления отношение Da/D будет выходить за пределы значений коэффициента КD, то следует произвести перерасчет внутреннего диаметра D и полюсного деления τ:
D=Da/КD; τ=π∙D/(2∙р). (4)
В этом случае для КD можно взять среднее значение при данном числе полюсов.
По полученному диаметру D находят расчетную длину машины, м:
(5)где аδ - расчетный коэффициент полюсного перекрытия (см. рис. 3); кВ - коэффициент формы поля (см. рис. 3); коб1 - обмоточный коэффициент обмотки статора; А - линейная нагрузка статора, А/м; Вδном - максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл; D - внутренний диаметр статора, м.
Рис. 3. αS=f(α) и КВ=f(α) для синхронных машин:
а - при Sm/δ=1; б - Sm/δ=1,5
Как аδ, так и кВ зависят от размеров и конфигурации полюсного наконечника, а также воздушного зазора и полюсного деления. Поскольку на данной стадии расчета эти значения неизвестны, то предварительно можно принять аδ=0,65…0,68, кВ=1,16…1,41, а их произведение аδ∙кВ=0,75…0,78 (эти значения соответствуют а=0,68…0,72, δm/δ=1,5 и δ/τ=0,01). При равномерном воздушном зазоре над полюсным наконечником в машинах небольшой мощности (менее 100 кВт) δm/δ=1, и можно принять аδ∙кВ=0,84…0,87.