Проектирование синхронного генератора

S'с=0,5S2Σ=0,5∙512,44=256,22 мм2.

13. Высота короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)

h'с=2∙dс=2∙10=20 мм.

14. Ширина короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)

ℓ'с=0,7∙dс=0,7*10=7 мм.

15. Определяем размеры и сечение короткозамыкающих сегментов (приложение 2)

hc х ℓс=20 х 10 мм;

Sс=199,1мм2.

 

 

                        Рисунок 4.1 – Эскиз демпферной  обмотки

 

 

 

 

 

 

5. Расчет магнитной цепи

 

1. Воздушный зазор
1. Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (11.60)

Sб=α'τ(ℓ'1+2б)=0,66∙342,78(255+2*3,69)=59359,49 мм2.

2. Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (11.61)

Вб=Ф∙106/Sб=0,049∙106/59359,49 =0,83 Тл.

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

кб1=1+

.

4. Общий коэффициент воздушного зазора (9.120)

кб=кб1* кб2* кк=1,29*1,02*0,96=1,26.

5. МДС для воздушного зазора (9.121)

Fб=0,8кбВб∙103=0,8∙3,69∙1,26∙0,82∙103=2980 А.

2. Зубцы статора
1. Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца (9.122)

t1(1/3)=π(D1+(2/3)hп1)/z1=3,14(655+(2/3)∙27,47)/72=29,36 мм.

2. Ширина зубца (9.126)

bз1(1/3)=t1(1/3)-bп1=29,36-16=13,36 мм.

3. Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11.64)

Sз1(1/3)=

мм2.

4. Магнитная индукция в зубце статора (11.65)

Вз1(1/3)=Ф∙106/Sз1(1/3)=0,049∙106/26981,86=1,82 Тл.

 

5. Напряженность магнитного поля (приложение 9)

Нз1=29,2А/см.

6. Средняя длина пути магнитного потока (9.124)

Lз1=hп1=27,47 мм.

7. МДС для зубцов (9.125)

Fз1=0,1Нз1Lз1=0,1∙29,2∙27,47=80,21 А.

3. Спинка статора
1. Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (11.66)

Sc1=hc1ℓc1kc=70,03∙204,09∙0,98=14006,57 мм2.

2. Расчетная магнитная индукция (11.67)

Вс1=Ф∙106/2(Sc1)=0,049∙106/(2∙14006,57)=1,75 Тл.

3. Напряженность магнитного поля (приложение (12)

Нс1=27,2 А/см.

4. Средняя длина пути магнитного потока (9.166)

Lс1=π(Dн1-hс1)/4р=3,14(850-70,03)/(4∙3)=204,09 мм.

5. МДС для спинки статора (11.68)

Fс1=0,1∙Нс1Lс1=0,1∙27,2∙204,09 =555,12 А.

4. Зубцы полюсного наконечника
1. Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (11.69)

Вз2=

Тл.

2. Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (приложение 21)

Нз2=17,2 А/см.

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

Lз2=hш2+dп2=2+10,01=12,1 мм.

4. МДС для зубцов полюсного наконечника (11.71)

Fз2=0,1Hз2Lз2=0,1∙17,2∙12,1=20,81 А.

5. Полюсы
1. Величина выступа полюсного наконечника (11.72)

b''п=0,5∙(b'н.п – bп)=0,5∙(240-145,5)=44,25 мм.

2. Высота широких полюсных наконечников (11.83)

hн=(2hн.п+h'н.п)/3=(2∙33+10)/3=25,33 мм.

3. Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11.84)

ан.п=[π(D1-2б''-h'н.п)/2р]-b'н.п=[3,14∙(850-2∙4,98-10)/(2∙3)] – 234=300,39 мм.

4. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния (11.85)

λн.п=

.

5. Длина пути магнитного потока (11.87)

Lп=h'п+0,5hн.п – Lз2=152+0,5∙33 – 12,1=156,4 мм.

6. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11.88)

λп.с=

7. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11.89)

λп.в=37bп/ℓп=37∙145,5/265=20,32.

8. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11.90)

λп=λн.п+λп.с+λп.в=8,96+108,09+20,32=137,37.

9. МДС для статора и воздушного зазора (11.91)

Fбзс=Fб+Fз1+Fс1=2980+80,21+555,12=3615,42 А.

10. Магнитный поток рассеяния полюсов (11.92)

Фσ=4λпℓн.пFбзс∙10-11=4∙137,37∙265∙3615,42∙10-11=

Вб.

11. Коэффициент рассеяния магнитного потока (11.93)

σ=1+Фσ/Ф=1+0,00526/0,049=1,11.

12. Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11.94)

Sп=ксℓпbп=0,98∙265∙145,5=37790 мм2.

13. Магнитный поток в сердечнике полюса (11.95)

Фп=Ф+Фσ=0,049+0,00526=0,05439 Вб.

14. Магнитная индукция в сердечнике полюса (11.96)

Вп=Фп/(Sп∙10-6)=0,05439/(37790∙10-6)=1,44 Вб.

15. Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (приложение 21)

Нп=23,7 А/см.

16. МДС для полюса (11.104)

Fп=0,1∙Lп∙Нп=0,1∙156,4∙23,7=370,67 А.

6. Спинка ротора
1. Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11.105)

Sс2=ℓ2h'с2кс=265∙138,81∙0,98=36050 мм2.

2. Среднее значение индукции в спинке ротора (11.106)

Вc2=σФ∙106/(2Sс2)=1,113∙0,049∙106/(2∙36050)=0,75 Тл.

3. Напряженность магнитного поля в спинке ротора (приложение 21)

Нc2=5,35 А/см.

4. Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11.107)

Lс2=[π(D2+2hc2)/(4p)]+0,5h'с2=[3,14∙(166,5+2∙55,56)/(4∙3)]+0,5∙138,81=142,05 мм.

5. МДС для спинки ротора (9.170)

Fc2=0,1∙Lc2∙Hc2=0.1∙5,35∙142,05=75,99 А.

7. Воздушный зазор в стыке полюса
1. Зазор в стыке (11.108)

бп2=2ℓп∙10-4+0,1=2∙265∙10-4+0,1=0,15 мм.

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

Fп2=0,8бп2Вп∙103=0,8∙0,15∙1,44∙103=172,8 А.

3. Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11.170)

Fпс=Fп+Fс2+Fп2+Fз2=370,67+75,99+172,8+20,81=640,27 А.

 

8. Общие параметры магнитной цепи
1. Суммарная МДС магнитной цепи (11.111)

FΣ(1)=Fбзс+Fпс=3615,42+640,27=4255,69 А.

2. Коэффициент насыщения (11.112)

кнас=FΣ/(Fб+Fп2)= 4255,69 /(2980+172,8)=1,35.

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1-Частичная характеристика намагничивания        

 

 

 

                               Рисунок 5.2 –Характеристика холостого  хода 

 

               Рисунок 5.3 – Векторная диаграмма  синхронного генератора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима

 

1. Активное сопротивление обмотки фазы (9.178)

r1=

Ом.

2. Активное сопротивление в относительных единицах (9.179)

r1*=r1I1/U1=0,004∙721,69∙

/400=0,013 о.е.

3. Проверка правильности определения r1* (9.180)

r1*=

о.е.

4. Активное сопротивление демпферной обмотки (9.178)

rд=

Ом.

5. Размеры паза

bп1=16 мм; hш1=1 мм; hк1=3,5 мм; h2=2,55 мм; hп1=28,39 мм; h3=5 мм;

h1=16,34мм.

6. Коэффициенты, учитывающие укорочение шага (9.181, 9.182)

кβ1=0,4÷0,6β1=0,4+0,6∙0,83=0,898;

к'β1=0,2÷0,8β1=0,2+0,8∙0,83=0,864.

7. Коэффициент проводимости рассеяния (9.187)

λп1=

=

.

8. Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния (11.118)

λд1=

.

9. Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки (9.191)

λл1=0,34

.

10. Коэффициент зубцовой зоны статора (11.120)

квб=

.

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

кк=0,06.

12. Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов (11.119)

λк=0,04+кк+0,07

.

13. Суммарный коэфициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора (11.121)

λ1=λп1+λл1+λд1+λк=0,67+0,35+1,53+0,16=2,71.

14. Индуктивное сопротивление обмотки статора (9.193)

хσ=1,58f1ℓ1w21λ1/(pq1∙108)=1.58∙50∙255∙242∙2,71/(3∙4∙108)=0,026 Ом.

15. Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9.194)

хσ*=х1I1/U1=0,026∙721,69∙

/400=0,081 о.е.

16. Проверка правильности определения х1*(9.195)

хσ*=

о.е.

 

7. Расчет магнитной цепи при нагрузке
1. Амплитуда МДС обмотки статора (11.125)

Fa=0,45m1w1коб1I1кфа/р=0,45∙3∙24∙0,92∙721,69∙1,05/3=7529,25 А.

2. Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах (11.127)

Fа*=

о.е.

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

Faq/cosψ=хqkaqFa*=0,68∙0,4∙1,77=0,48 о.е.

4. ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС

Eaq/cosψ=0,63 о.е.

5. Направление вектора ЭДС Ебd, определяемое построением вектора Еaq/cosψ

ψ=65˚;

cosψ=0,4226;

sinψ=0,9063.

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

F'ad=xdkadFa*sinψ+kqdFa*cosψτ/δ=

=0,96∙0,86∙1,77∙0,91+0,0031∙1,77∙0,42∙342,78/3,69=1,54 о.е.

7. Продольная составляющая ЭДС