Расчет синхронного генератора

Министерство образования и науки Российской Федерации

Пензенский государственный университет

Кафедра «Автоматизированные электроэнергетические  системы»

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Электромеханика»

на тему: «Расчет синхронного генератора»

 

 

Выполнил:

                                                                                Ермолаева А. Ю.

Принял: к.т.н., доцент

Джазовский Н.Б.

 

 

 

 

 

 

Пенза, 2011

 

Введение 

Электрические машины служат для преобразования механической энергии  в электрическую (электрические генераторы), электрической, энергии в механическую (электрические двигатели), также для преобразования: частоты и числа фаз переменного тока, рода тока, например постоянного в переменный ток, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (электромашинные преобразователи).

Электрические машины подразделяются на типы: асинхронные, синхронные и  машины постоянного тока. Каждая из них имеет свои особенности  конструкции.

Синхронные машины широко используются в промышленности. Основная область их применения — преобразование механической энергии различных двигателей в электрическую энергию. Преобладающая часть электрической энергии производится с помощью синхронных трехфазных турбогенераторов и гидрогенераторов. Первые приводятся во вращение паровыми турбинами, вторые — гидротурбинами. Гидрогенераторы обычно имеют явнополюсное исполнение ротора, турбогенераторы —неявнополюсное.

Синхронные машины могут  использоваться одновременно и как  двигатели, и как генераторы реактивной энергии, что дает им большое преимущество перед асинхронными двигателями, являющимися потребителями реактивной энергии.

Синхронные генераторы (основные типы)

Турбогенераторы	Неявнополюсные, предназначенные для сопряжения с паровыми или газовыми турбинами. Обычно двухполюсные с частотой вращения 3000 об/мин и мощностью до 1000 МВт. При мощности до 12 МВт выпускаются с. воздушным охлаждением, при больших мощностях — с водородным. В турбогенераторах мощностью более 100 МВт применяется непосредственное охлаждение проводов обмоток водородом при избыточном давлении до (3-4)-105 Па, дистиллированной водой или трансформаторным маслом
Гидрогенераторы	Явнополюсные, предназначенные для сопряжения с гидравлическими турбинами. Обычно многополюсные с частотами вращения от 50 до 500 об/мин (иногда до 1000 об/мин) мощностью от 100 до 600 MB-А. Рассчитана на угонную частоту вращения 1,8—3,5 номинальной
Трехфазные синхронные   генераторы       общего применения	Предназначены для сопряжения с поршневыми двигателями. Рассчитаны на угонную частоту вращения 1,2 η|н. Выполняются на мощность от нескольких киловатт до нескольких десятков тысяч киловатт при частотах вращения от 1500 до 100 об/мин

Устройство  синхронной машины. Статор синхронной машины принципиально устроен так же, как и статор асинхронной машины. На роторе, ватт которого опирается на подшипники, располагается обмотка возбуждения, имеющая такое же число полюсов 2р, как и обмотка статора. Обмотка возбуждения питается постоянным током через два контактных кольца и щетки от постороннего источника. Обмотка возбуждения создает магнитное поле возбуждения. Конструктивное оформление ротора существенно зависит от частоты вращения машины. При 1500 об/мин (соответственно 2р≥4 при f = 50 Гц) применяется явно-полюсное исполнение (явно выраженные полюсы). При n = 3000 об/мин (иногда при п = 1500 об/мин), т. е. при 2р = 2(4) и f = 50 Гц применяется неявно-полюсное исполнение (неявно выраженные полюсы).

Сердечник явнополюсного ротора состоит из полюсов и ярма, к которому они прикрепляются. Полюсы обычно собираются из штампованных листов стали марки Ст. 3 толщиной 1—1,5 мм, которые стягиваются коваными или литыми нажимными щеками. В отдельных случаях применяются массивные литые полюсы. Полюсы крепятся к ярму ротора с помощью либо болтов (машины малой и средней мощности с массивным ярмом), либо полюсных хвостов Т-образной или иной формы. На каждом полюсе устанавливается катушка обмотки возбуждения.

Ярмо ротора выполняют  массивным (сварное, литое) или шихтованным из штампованных листов стали марки СТ. 3 толщиной 1,5—6 мм (если листы штампуются) и до 100 мм (если листы вырезаются пламенем газовой горелки). Листы стягиваются шпильками. При малом наружном диаметре (до 2—4 м) ярмо изготовляется из сплошных листов и насаживается непосредственно на вал. При большом диаметре ярмо собирается из отдельных сегментов, которые крепятся к сварному ободу, жестко связанному с валом с помощью спиц. Для улучшения вентиляции машин, имеющих значительную осевую длину, обод выполняется подразделенным на несколько пакетов, между которыми имеются каналы для прохождения охлаждающего воздуха к периферийным зонам ротора.

Сердечник неявнополюсного ротора изготовляется как единое целое с хвостовиками (концами вала) из одной поковки из углеродистой (диаметрам до 800 мм) или легированной (диаметром свыше 800 мм) стали. Обмотка возбуждения распределяется по нескольким пазам ротора. Для защиты лобовых частей обмотки возбуждения от действия центробежных сил применяют стальные бандажные кольца (каппы), изготовляемые для крупных турбогенераторов из немагнитной стали с высокими механическими свойствами. Бандажное кольцо жестко сопрягается с сердечником или хвостовиком.

Синхронные генераторы выпускают в виде ряда серий. Каждая серия включает в себя машины в  определенном диапазоне мощностей  и частот вращения, их выполняют  на нескольких нормализованных внешних  диаметрах статора, которые определяют габарит машины.

В данной работе приведен укороченный расчет синхронного генератора, т.к. полный расчет достаточно велик и не укладывается в рамки данной работы.

Расчет выполнен в  пакете MathCAD.

 

1.   должно быть кратным числу фаз m и числу параллельных ветвей a, т.е. - целое число.

2. Число пазов на  полюс и фазу  должно быть целым или дробным вида (b-целое число, а c/d - правильная несократимая дробь), причем d не может быть кратно числу фаз m и должно быть меньше числа пар полюсов.

3. Число параллельных ветвей и число полюсов должны быть связаны следующими соотношениями:

  а) при целом  q1=2p/a - целое число;

  б) при дробном  q1=2p/ad- целое число.

4. Для удобства сегментировки  статора желательно, чтобы число  пазов разлагалось на возможно  большее число простых множителей (2,3,5). Выполняют для машин с Da>990 мм.

5. Число пазов должно  быть кратным числу разъемов  статора. Выполняют для машин  с Da>3250 мм.

Наилучшим вариантом  числа пазов следует признать такой, при котором уточненное значение линейной нагрузки А незначительно отличается от выбранной в начале расчета (+-5%) и зубцовое деление имеет приемлемое значение.

В дальнейших расчетах используем _А/м

№варианта	Число пазов Z1	Число сегментов sст	Хорда H, м	Число пазов в сегменте Zs=Z1/s	Число пазов на полюс и фазу q1	Число параллельных ветвей а	Число проводов в пазу uп	Пазовое (зубцовое) деление t1, м	Линейная нагрузка А, А/м
1	36=2*2*3*3	9	0.169	4	3	1	22	0.019	17410
2	36=2*2*3*3	8	0.189	4,5	3	1	22	0.019	17410

Сегменты штампуются из листов из листов электротехнической стали размером 600*1500

Применяем изоляцию класса B марка ПСД

Для изготовления используют сталь Ст3 с толщиной 1 или 1,4 мм.

6. Расчет магнитной  цепи:

Для магнитопровода статора  выбираем сталь 1413 (ГОСТ-214273-75) толщиной 0,5 мм. Полюсы ротора выполняют из стали Ст3 толщиной 1 мм. Крепление полюсов к ободу магнитного колеса осуществляют с помощью шпилек и гаек.

 

Для расчета принимаем 

 

Заключение

В данной работе был рассчитан синхронный генератор. В соответствии с заданной мощностью, напряжению и количеству оборотов из стандартных синхронных генераторов выбран синхронный генератор серии ОС-52. Данный синхронный генератор трехфазный, со статической системой возбуждения и автоматическим регулированием напряжения, предназначен для продолжительного режима работы. Служит источником переменного тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 230/400 В в стационарных и передвижных электроустановках. Изображение, габаритные и установочно-присоединительные размеры генератора серии ОС-52 представлено в приложении.

Расчет выполнен в  соответствии с общими техническими требованиями к генераторам мощностью  до 100 кВт – ГОСТ 22407-85.

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов/И.П. Копылов, Б.К.Клоков, В.П. Морозкин и др. Под ред. И.П. Копылов. – М.: Высшая школа, 2002. 757 с.
2. Электротехнический справочник: В 3-х т. /Под общ. ред. Чиликина М.Г..-М.: “Энергия”, 1974.
3. Справочник по электрическим машинам: В 2-х томах. Под ред. И.П. Копылов - М.: Энергоатомиздат, 1988.

 

Приложение