Проектирование синхронного генератора

с.

6. Демпферная обмотка при короткозамкнутых обмотках статора и возбуждения

с.

 

 

 

7. Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутых обмотках статора

с.

8. Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора (11.205)

Ta=x2*/w1r1*=0,1205/(314∙0,013)= 0,03 с.

 

 

10. Потери и КПД
1. Расчётная масса стали зубцов статора (9.260)

mз1=7,8z1bз1срhn1ℓ1kc∙10-6=7,8∙72∙13,79∙28,39∙255∙0,98∙10-6=54,94 кг.

2. Магнитные потери в зубцах статора (9.251)

Pз1=4,4*В2з1срmз1=4,4∙1,92∙54,94=800,73 Вт.

3. Масса стали спинки статора (9.261)

mc1=7,8π(Dн1-hc1)hc1ℓ1kc∙10-6=7,8∙3,14∙(850-70) *70*255∙0,98∙10-6=314,18 кг.

4. Магнитные потери в спинке статора (9.254)

Рс1=4,4*В2с1mc1=4,4*∙1,752∙314,18=4233,58 Вт.

5. Амплитуда колебаний индукции (11.206)

В0=β0кбВб=0,33∙1,26∙0,83=0,35 Тл.

6. Среднее значение удельных поверхностных потерь (11.207)

рпов=к0(z1n1∙10-4)1.5(0,1В0t1)2=4,5∙(72∙1000∙10-4)1,5(0,1∙0,35∙30)2=95,85 Вт/м2.

7. Поверхностные потери машины (11.208)

Рпов=2рταℓпрповкп∙10-6=2∙3∙343∙0,7∙265∙95,85∙0,6∙10-6=21,94 Вт.

8. Суммарные магнитные потери (11.213)

РсΣ=Рс1+Рз1+Рпов=4233,58+800,73+21,94=5056,25 Вт.

9. Потери в обмотке статора (11.209)

Рм1=m1I21r1mт+m1(I'пн/

)2rdmт=

=3∙721,692∙0,004∙1,38+3(96,39/

)20,005∙1,38=8689,16 Вт.

10. Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора (11.214)

Рп=I2пнrпmт+2Iпн=96,392∙0,61+2∙96,39=5860,3 Вт.

11. Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке (11.216)

Рдоб=0,005Рн =0,005∙630∙

=2040,82 Вт.

12. Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (11.211)

Р'мх=

Вт.

13. Потери на трение щеток о контактные кольца (11.212)

Рт.щ=2,6IпнD1n1∙10-6 =2,6∙96,39∙655∙1000∙10-6=164,15 Вт.

14. Механические потери (11.217)

Рмх=Р'мх+Ртщ=583,47+164,15=747,62 Вт.

15. Суммарные потери (11.218)

РΣ=РсΣ+Рм1+Рдоб+Рп+Рмх=

=5056,25+8689,16+2040,82+5860,3+747,62=22394,15 Вт.

16. КПД при номинальной нагрузке (11.219)

η=1-РΣ/(Р2н+РΣ)=1-22394,15/(400000+22394,15)=94,69 %.

 

 

11. Характеристики машин
1. Повышение напряжения на зажимах генератора

2. Значение ОКЗ (11.227)

ОКЗ=Е'0*/хd*=1,1/2,062=0,53 о.е.

3. Кратность установившегося тока к.з. (11.228)

Ik/I1н=ОКЗ∙Iпн*=0,53*2,99=1,58 о.е.

4. Наибольшее мгновенное значение тока  (11.229)

iуд=1,89/х''d*=1,89/0,1281=14,75 о.е.

5. Статическая перегружаемость (11.223)

S=E'00*kp/xdcosφн=3,29*1,03/2,062∙0,8=1,05 о.е.

6. Угловые характеристики
1. Определяем ЭДС

Е'0*=3,54 о.е.

2. Определяем уравнение (11.221)

Р*=(Е'0*/хd*)sinθ+0,5(1/хq*-1/xd*)sin2θ=

=(3,54/2,062)∙sinθ+0,5(1/1,122-1/2,062)sin2θ=1,72sinθ+0,2sin2θ.

 

 

Рисунок 11.1 Угловая характеристика генератора

12. Тепловой и вентиляционный расчеты
1. Тепловой расчет
1. Потери в основной и дополнительной обмотках статора (11.247)

Р'м1=m1m'[I'2r1+(Iпн/

)rd]=

=3ּ1,38[721,692∙0,004+(96,39/

)2∙0,005)=8700 Вт;

где        m'т=1,38 – коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В   (§ 5.1).

2. Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)

Sn1=πD1ℓ1=3,14∙655∙ּ255=5,24*105 мм2.

3. Условный периметр поперечного сечения (9.381)

П1=2(hn1+bп1)=2(27,47+16,01)=86,96 мм.

4. Условная поверхность охлаждения пазов (9.382)

Sи.п1=z1П1ℓ1=72∙86,96∙ּ255=

мм2.

5. Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)

Sл1=4πD1ℓл1=4ּ3,14ּ655∙159,5=13,1

мм2.

6. Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине (9.384)

Sмаш=πDн1(ℓ1+2ℓп1)=3,14ּ850∙(255+2ּ159,5)=15,3

мм2.

7. Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали (9.386)

рп1=

Вт,

где       к=0,77 – коэффициент (таблица 9.25).

8. Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения пазов (9.387)

ри.п1=

Вт.

9. Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки (9.388)

рл1=

= Вт.

10. Окружная скорость ротора (9.389)

v2=

м/с.

11. Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины (9.390)

Δtп1=

ºС,

где      α1=12ּ10-5 Вт/мм2ּград– коэффициент теплоотдачи поверхности статора.

12. Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов (9.392)

Δtи.п1=

ºС.

13. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри (9.393)

Δtл1=рл1/α1=0,0043/12ּ10-5=35,83 ºС.

14. Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов (9.395)

Δtи.л1=

ºС.

15. Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя (9.396)

Δt'1=(Δtп1+Δtи.п1)

+(Δtл1+Δtи.п1) =

=(99,92+28,59)

+(35,83+67,19) =111,99 С.

16. Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри машины (9.397)

Р'Σ=к(Р'м1

+РсΣ)+Р'м1 +Р'м2+РмхΣ+Рд=0,77(8700 Вт.

17. Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха (9.399)

Δtв=

ºС.

18. Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха (9.400)

Δt1=Δt'1+Δtв=111,19+8,35=120,34ºС.

 

2. Обмотка возбуждения
1. Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов (11.249)

Sп2=2рℓср.пhк=6∙956,69∙68=3,9∙

мм2.

2. Удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесенных к поверхности охлаждения обмотки (11.250)

рп=кРп/Sп2=0,9∙5900/3,9∙

=13,6∙ Вт/мм2.

3. Коэффициент теплоотдачи катушки (§ 11.13)

αТ=(2,6+0,19∙23,86)∙10-5=7,13∙

Вт/(мм2 ˚С).

4. Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки (11.251)

Δtпл=рп/αТ=13,6∙

/7,13∙ =190,74 ˚С.

5. Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины

˚С.

6. Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха

3. Вентиляционный расчет
1. Необходимый расход воздуха (5.28)

Vв=

м3/с.

2. Коэффициент, зависящий от частоты вращения

3. Приближенный расход воздуха (5.44)

V'в=к1(Dн2/100)3ּ10-3=5,6(456/100)2 10-2=1,16 м3/с;

4. Напор воздуха                                       
4. Па

 

13. Масса и динамический момент инерции
1. Масса
1. Масса стали сердечника статора (11.255)

mс1Σ=mз1+mс1=54,94+314,18=369,18 кг.

2. Масса стали полюсов (11.256)

mсп=7,8∙10-6ксℓп(bпh'п+ккbнпhнп)2р=

=7,8∙10-6∙0,98∙265∙(145,5∙152+0,8∙240∙33)∙6=57,63 кг.

3. Масса стали сердечника ротора (11.257)

mс2=6,12кс10-6ℓ1[(2,05hс2+D2)2-D2]=

=6,12∙0,98∙10-6∙255[(2,05∙55,56+166,5)-166,5]=77,85 кг.

4. Суммарная масса активной стали статора и ротора (11.258)

mсΣ=mс1Σ+mсп+mс2=631+405,4+336,4=1372,8 кг.

5. Масса меди обмотки статора (11.259)

mм1=8,9∙10-6m1(a1w1ℓср1S0+adwdℓсрдSэфд)=

=8,9∙10-6∙3(1∙24∙1448∙14,24+2∙6∙1448∙12,24)=19,82 кг.

6. Масса меди демпферной обмотки (11.260)

mмд=8,9∙10-62р(N'2Sℓ'ст+b'нпSс+0,6SсСп)=

=8,9∙10-6∙6(9∙14,24∙323,56+234∙199,1+0,6∙199,1∙2)=4,72 кг.

7. Суммарная масса меди (11.261)

mмΣ= mм1+ mмд+ mмп =19,82+147,8+4,72=172,35 кг.

8. Суммарная масса изоляции (11.262)

mи=(3,8D1.5н1+0,2Dн1ℓ1)10-4=(3,8∙8501,5+0,2∙850∙255)∙10-4=13,75кг.

9. Масса конструкционных материалов (11.264)

mк=АDн1+В=0,32∙850 + 400=672кг.

10. Масса машины (11.265)

mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=504,66+172,35+13,75+672=1362,76 кг.

 

 

 

2. Динамический момент инерции ротора
1. Радиус инерции полюсов с катушками (11.266)

Rп.ср=0,5[(0,5D21+(0,85÷0,96)(0,5D2+hc2)2]∙10-6

=0,5[(0,5∙655)2+0,96(0,5∙166,5+55,56)2]∙10-6=0,0629 м.

2. Динамический момент инерции полюсов с катушками (11.267)

Jп=(mсп+mмп+mмd)4R2п.ср=(57,63+147,81+4,72) 4∙0,06292=3,33 кг∙м2.

3. Динамический момент инерции сердечника ротора (11.268)

Jс2=0,5mс2∙10-6[(0,5D2+hс2)2-(0,5D2)2]=

=0,5∙77,85∙10-6[(0,5∙166,5+55,56)2-(0,5∙166,5)2]=0,48 кг*м2.

4. Масса вала (11.269)

mв=15∙10-6ℓ1D22=15∙10-6∙255∙166,52=106,04 кг.

5. Динамический момент инерции вала (11.270)