Определяем число полюсов р:
(2.1)
где f - частота напряжения, n1 - частота вращения
по рис. 11-1 определяем [гольд]: о.е.
по рис. 11-2 определяем [гольд]:
Расчетную мощность определяют по формуле (3) для этого определим значение коэффициента по формуле (2).
(2.2)
кВт (2.3)
Определим высоту оси вращения h по таблице 11-1. Для мощности Р2 = 400 кВт и частоте вращения п1 = 600 об/мин получаем высоту оси вращения h = 450 мм.
По таблице 9-2 определим предельно допустимое значение наружного диаметра DH1max для известной высоты оси вращения h = 450 мм - DH1max = 850 мм.
По той же таблице определяют припуски на штамповку , а так же ширина резаных лент h1 и стандартной рулонной стали h2, из которых штампуются листы сердечника. мм, h1 = 9 мм, h2 = 16 мм. [гольд]
Исходя из условия DH1max DH1, принимаем DH1 = 850 мм. Для количества полюсов 2р = 10, внутренний диаметр сердечника статора определяется по формуле (4):
мм (2.4)
Определим наружный диаметр корпуса по формуле (5):
мм (2.5)
По рис. 11-3 определим предварительное значение линейной нагрузки статора, для DH1 = 850 и 2р = 10 А/см
Так же по рис 11-4 и 11-5 определяем предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме Тл индуктивное сопротивление машины по продольной оси о.е.
Определим индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси по формуле (6):
о.е. (2.6)
Определим полюсное деление по формуле (7):
мм (2.7)
Коэффициент, учитывающий наличие зазора в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса, . Обычно , меньшее значение относятся к машинам большей мощности. Примем = 1,05. Определим предварительное значение максимальной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. по формуле (8):
Тл (2.8)
Определим величину воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора по формуле (9):
мм (2.9)
В машинах с h = 315-450 мм применяют эксцентричный воздушный зазор, при котором центры радиусов полюсной дуги и внутренней окружности сердечника статора не совпадают. В этом случае зазор имеет наименьшее значение под серединой полюса, постепенно увеличивающегося до к краям наконечника. Для рассматриваемых машин применяют
Определим значения и по формулам (2.10) и (2.11):
мм (2.10)
мм (2.11)
Определим коэффициент полюсной дуги для 2р = 10 по формуле (2.12)
(2.12)
по рис. 11-9 для графика 2 определим значение расчетного коэффициента полюсной дуги и коэффициент формы поля возбуждения кв = 1,13 [гольд].
Сердечник статора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов. Для высоты оси вращения 500-450 мм рекомендуется применять сталь 2411.Для этой стали изолирование листов обычно производят лакировкой (КС = 0,95). При использовании двухслойной обмотки с укороченным шагом обмоточный коэффициент коб = 0,91
Определим расчетную длину сердечника статора по формуле (2.13):
мм (2.13),
примем мм.
При длине сердечника более 300-350 мм применяют радиальные вентиляционные каналы. В этом случае определяют по формуле (14):
(2.14)
где , количество вентиляционных каналов (2.16)
Примем длину пакета стали , при этом количество пакетов определяется по формуле (2.14):
(2.15)
Тогда количество радиальных вентиляционных каналов сердечника статора :
(2.16)
Для проверки размеров определим показатель :
(2.17)
По рис. 11-10 определим значение = 1. Условие выполняется. Определим количество пазов на полюс и фазу q1 . Для h = 450 и 2р = 10 получаем q1 = 3.
Определим количество пазов z1 сердечника статора:
(2.18)
Проверим выполнения условия симметричной обмотки:
целое число. (2.19)
Сердечник ротора
В синхронных машинах с h = 315-450 мм сердечник ротора выполняют из стали марки Ст3 толщиной 1-2мм. Сердечник ротора собирают из штампованных многогранных листов без изоляционного покрытия. При этом кс = 0,98.
Определим длину сердечника ротора по оси h = 450 мм:
мм (2.20)
Сердечник полюса и полюсный наконечник
В синхронных машинах с h = 315-450 мм, выполняемых с эксцентричным воздушным зазором под полюсными наконечниками, полюса изготовляют из листов стали марки Ст3 толщиной 1-2 мм без изоляционного покрытия и крепят к остову с помощью выступов Т-образной формы, или в виде ласточкиного хвоста. При этом кс = 0,98.
Определим длину шихтованного сердечника полюса:
мм (2.21)
Примем магнитную индукцию у основания сердечника полюса Вп = 1,5 Тл. Определим предварительное значение магнитного потока :
Вб (2.22)
Определим ширину дуги полюсного наконечника
мм (2.23)
Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре:
мм (2.24)
Ширина полюсного наконечника, определяемая хордой
мм (2.25)
Примем что мм, определим высоту полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентричном зазором
мм (2.26)
Поправочный коэффициент зависит от высоты полюсного наконечника и расчетного коэффициента полюсной дуги. При
(2.27)
Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов
(2.28)
Ширина сердечника полюса
мм (2.29)
Предварительная высота полюсного сердечника
мм (2.30)
Предварительно внутренний диаметр сердечника ротора
мм, (2.31)
где кв = 22 определяется как зависимость от D1.
Высота спинки ротора
мм (2.32)
Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока на валу
мм (2.33)
Магнитная индукция в спинке ротора
Тл (2.34)
2.2 Активное и индуктивное сопротивления статора
Активное сопротивление обмотки фазы при 20о С
Ом (2.35)
Относительное значение активного сопротивления обмотки фазы при 20оС
о.е. (2.36)
Проверка правильности определения
о.е. (2.37)
Активное сопротивление дополнительной обмотки статора при 20о С
Ом (2.38)
По таблице 9-21 определяем размеры частей обмоток и паза: hk1 = 3,5мм; h2 = 2,55мм; h3 = 5мм. При этом определим размер обмотки
мм, (2.39)
где hn1 = 43,25мм - высота паза статора, hш = 1 - высота шлица, ширина паза статора bn1 = 14,3 мм
Коэффициенты, учитывающие укорочение шага
(2.40)
(2.41)
Коэффициент проводимости рассеяния для прямоугольного открытого паза
(2.42)
Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния
(2.43)
Коэффициент рассеяния между коронками зубцов
, (2.44)
где кк коэффициент учитывающий влияние открытия пазов статора на магнитную проводимость рассеяния между коронками зубцов, определяется по рис. 11-16 в зависимости от коэффициента зубцовой зоны статора
(2.45)
получаем кк = 0,05. Коэффициент магнитной проводимости для лобовых частей
(2.46)
Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния
(2.47)
Индуктивное сопротивление обмотки фазы ротора
Ом (2.48)
Индуктивное сопротивление обмоток фаз статора
о.е. (2.49)
Проверка правильности определения
о.е. (2.50)
2.3 ЭДС обмотки статора в номинальном режиме
технический трехфазный синхронный генератор электробезопасность
Сопротивление обмотки статора для установившегося режима.
По табл. 11-4 определим для и получили и . Определим коэффициент насыщения при Е = 0,5
(2.51)
МДС для воздушного зазора при Е = 1 т.е. А. При этом индуктивное сопротивление продольной реакции якоря
(2.52)
Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря
(2.53)
Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси
(2.54)
Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси
(2.55)
Сопротивления обмотки возбуждения
Активное сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора, при рабочей температуре
(2.56)
Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения
(2.57)
Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения
(2.58)
Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения
(2.59)
Сопротивление демпферной обмотки
Относительное зубцовое деление демпферной обмотки
(2.60)
Коэффициент распределения демпферной обмотки
(2.61)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника
(2.62)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов
(2.63)
По рис. 11-23 определим коэффициенты , . Коэффициенты магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси
(2.64)
Коэффициенты магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси
(2.65)
Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси
(2.66)
Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси
(2.67)
Индуктивное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси
(2.68)
Индуктивное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси
(2.69)
Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси
(2.70)
Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси
(2.71)
Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси
(2.72)
Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси
(2.73)
Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси
(2.74)
Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси
(2.75)
2.4 Определение размеров магнитопровода
Активное сечение Рст стержня, т. е. сечение активной стали, будет зависеть от выбранной формы сечения, числа ступеней и коэффициента заполнения.
Число ступеней в принципе должно быть возможно большим, потому что чем больше ступеней, тем большим будет коэффициент Кз.кр заполнения площади круга геометрической фигурой сечения стержня. Но по технологическим соображениям число ступеней часто предпочитают ограничивать с тем, чтобы не усложнять производство чрезмерно большим количеством размеров пластин. Поэтому число ступеней выбирается в зависимости от выбранного диаметра D.
Выбранное число ступеней определяет число пакетов пластин, из которых складывается сечение стержня. Наибольшее сечение стержня (ступенчатой фигуры) получается лишь при определенных соотношениях ширины сп пакетов к диаметру D. Эти соотношения различны для разных чисел ступеней. Ширина каждого пакета cп получается путем умножения соответствующего коэффициента на диаметр D.
Сечение ярма, поскольку магнитный поток в ярме такой же величины, как и в стержне, теоретически (по крайней мере в геометрическом смысле) должно было бы повторять сечение стержня. Однако ярмо не несет обмоток и поэтому его форма не обусловлена в этом отношении особыми требованиями. С другой стороны, желание упростить в какой-то мере конструкцию магнитопровода приводит к уменьшению числа ступеней сечения ярма по сравнению со стержнем.
В случае применения прямоугольного или двухступенчатого ярма необходимо увеличивать его сечение, т. е. делать так называемое усиление ярма. Усиление ярма делается из следующих соображений. Так как пакеты ярма в этих случаях не равны соответствующим пакетам стержня, то при равных общих сечениях магнитные индукции в пакетах будут разными. Например, в прямоугольном ярме сечение среднего пакета, очевидно, будет меньше сечения среднего (большего) пакета стержня, следовательно, индукция в среднем пакете ярма будет больше средней индукции. Кроме того, индукция будет стремиться выравниваться по общему сечению, а это значит, что часть магнитного потока будет переходить из одного пакета в другой, вызывая добавочные потери от вихревых токов в пластинах стали. Это явление главным образом будет происходить в углах магнитопровода.
Чтобы уменьшить добавочные потери и отчасти несколько уменьшить перераспределение магнитного потока по пакетам, делают усиление ярма. Величина усиления обычно составляет 10-15% при прямоугольном ярме и около 5% при двухступенчатом ярме. При этом только в среднем (большем) пакете ярма индукция будет примерно на 10% больше средней индукции стержня.
Так как пакеты стержня и ярма собираются из тонких изолированных пластин электротехнической стали, то из-за наличия изоляционных прослоек и неплотностей между пластинами активное сечение стержня и ярма на несколько процентов меньше площади ступенчатой фигуры.
Активное сечение определяется умножением площади сечения ступенчатой фигуры на коэффициент заполнения сталью этой площади. Для обычно применяемого двустороннего изоляционного покрытия пластин лаковой пленкой коэффициент заполнения имеет значение 0,93.