Синхронный генератор

 

11. Тепловой и  вентиляционный расчеты

11.1 Тепловой расчет

Потери в основной и дополнительной обмотках статора (11.247)

Р'м1=m1m'[I'2r1+(Iпн/ )rd]=3ּ1,48[54,12∙0,118+(17,9/ )2∙0,006)=1535 Вт;

где m'т=1,48 - коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В § 5.1.

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)

Sn1=pD1l1=pּ286ּ160=1,44*105 мм2.

Условный периметр поперечного сечения (9.381)

П1=2hn1+b1+b2 =2,25+12,7+15,7=78,4 мм.

Условная поверхность охлаждения пазов (9.382)

Sи.п1=z1П1l1=42ּ78,4ּ160=5,27*105 мм2.

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)

Sл1=4pD1l1=4ּpּ286ּ188=3,16*105 мм2.

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

 

Sмаш=pDн1(l1+2lп1)= pּ406(160+2ּ88)=4,26*105 мм2.

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора (9.386)

рп1=  Вт,

где к=0,84 - коэффициент (таблица 9.25).

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

ри.п1=  Вт.

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.

Окружная скорость ротора (9.389)

v2=  м/с.

 

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

Dtп1= 42 С,

где a1=16ּ10-5 Вт/мм2ּград - коэффициент теплоотдачи поверхности статора.

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

Dtи.п1=  CÅ.

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

Dtл1=рл1/a1=3,1*10-3/16ּ10-5=20 CÅ

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

Dt'1=(Dtп1+Dtи.п1) +(Dtл1+Dtи.п1)  = (42+4,2) + (20+13,1)  CÅ.

Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри машины (9.397)

 

Р'Σ=к(Р'м1 +РсΣ)+Р'м1 +Р'м2+РмхΣ+Рд=0,84

(1535 3360 Вт.

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

Dtв=  CÅ.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха (9.400)

Dt1=Dt'1+Dtв=37,6+6,2=43,8 CÅ.

11.2 Обмотка возбуждения

Условная поверхность охлаждения многослойных катушек из изолированных проводов (11.249)

Sп2=2рlср.пhк=4∙623∙53=13,2*104 мм2.

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

рп=кРп/Sп2=0,9∙684/13,2*104=47*10-4 Вт/мм2.

Коэффициент теплоотдачи катушки (§ 11.13)

 

aТ=6,8∙10-5Вт/(мм2 CÅ).

Превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки (11.251)

Dtпл=рп/aТ=47*10-4/6,8*10-5=69 CÅ.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины (11.253)

DtB2=Dt'n+Dtип=69+12=81 С.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой охлаждающего воздуха (11.254)

Dtп=Dt'п+Dtв=81+6,2=87 С.

11.3 Вентиляционный  расчет

Необходимый расход воздуха (5.28)

Vв= м3/с.

Z1=600

Наружный диаметр вентилятора

мм

Внутренний диаметр колеса вентилятора

мм

Длина лопатки вентилятора

мм

Количество лопаток вентилятора

Линейные скорости вентилятора по наружному и внутреннему диаметрам соответственно:

м/с

 м/с

Напор вентилятора

 Па

Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора

 мм2

Максимальный расход воздуха

 м3/с

Действительный расход воздуха

 м3/с

Действительный напор вентилятора

 

 Па

 

12. Масса и динамический  момент инерции

12.1 Масса

Масса стали сердечника статора (11.255)

mс1Σ=mз1+mс1=11,9+50=61,9 кг.

Масса стали полюсов (11.256)

mсп=7,8∙10-6ксlп(bпh'п+ккbнпhнп)2р=7,8∙10-6∙0,97∙170 (78∙65+0,7∙162∙28)∙4 = 42,4 кг.

Масса стали сердечника ротора (11.257)

mс2=6,12кс10-6l1[(2,05hс2+D2)2-D2]=6,12∙0,97∙10-6∙170[(2,05∙13+72)-722]=4,6 кг.

Суммарная масса активной стали статора и ротора (11.258)

mсΣ=mсзΣ+mсп+mс2=61,9+42,4+4,6=108,9

Масса меди обмотки статора (11.259)

mм1=8,9∙10-6m1(a1w1lср1S0+adwdlсрдSэфд)=8,9∙10-6∙3(63∙1∙70*890*9,234 + 2∙7∙9,234∙890) = 18,4кг.

Суммарная масса меди (11.261)

mмΣ= mм1+mн.п=18,4+27,7=46кг.

 

Суммарная масса изоляции (11.262)

mи=(3,8D1.5н1+0,2Dн1l1)10-4=(3,8∙4061,5+0,2∙406∙160)∙10-4=4,4кг.

Масса конструкционных материалов (11.264)

mк=АDн1+В=1,25∙406-300=207,5 кг.

Масса машины (11.265)

mмаш=mсΣ+mмΣ+mи+mк=109,9+46+4,4+207,5=367 кг.

12.2 Динамический  момент инерции ротора

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∙2862 + 0.96(0.5∙72 +13)2]∙10-60,0115 м.

Динамический момент инерции полюсов с катушками (11.267)

Jп=(mсп+mмп+mмd)4R2п.ср=(42,4+24,6)4∙0,01152=0,77 кг/м2.

Динамический момент инерции сердечника ротора (11.268)

Jс2=0,5mс2∙10-6[(0,5D2+hс2)2-(0,5D2)2]=0,5∙4,6∙10-6[(0,5∙72+13)2-0,5∙72]=0,01 кг/м2.

Масса вала (11.269)

mв=15∙10-6l1D22=15∙10-6∙160*722=12,5кг.

Динамический момент инерции вала (11.270)

Jв=0,5mв(0,5D2)210-6=0.5∙12,5(0.5∙72)2∙10-6=0,01 кг/м2.

Суммарный динамический момент инерции ротора (11.271)

Jи.д=Jn+Jc2+Jв=0,077+0,01+0,01=0,79 кг/м2.

 

13. Механический  расчет вала

Расчет вала на жесткость

Данные для расчета:

Dн2=284 мм, l2=170 мм, δ=1 мм

d1 = 70 мм; d2 = 75 мм; d3 = 87 мм; d4 = 75 мм; у1 = 70 мм; у2 = 120 мм; х1 = 34 мм;

х2 = 98 мм; а = 254 мм; b = 232 мм; c = 94 мм; l = 514 мм; t = 7,5 мм.

Сила тяжести (3-3)

Н

Прогиб вала на середине сердечника от силы тяжести по (3-5)

Номинальный момент вращения (3-1б)

Н·м

Поперечная сила (3-7)

Н

Прогиб вала от поперечной силы (3-8)

 

Расчетный эксцентриситет сердечника ротора (3-9)

мм

Сила одностороннего магнитного притяжения (3-10)

Н

Дополнительный прогиб от силы тяжести (3-11)

мм

Установившийся прогиб вала (3-12)

мм

Результирующей прогиб вала (3-13)

мм

Сила тяжести упругой муфты (§ 3-3)

 

Н

Прогиб от силы тяжести упругой муфты (3-14)

мм

Определение критической частоты вращения

Первая критическая частота вращения

об/мин

nкр должно превышать максимальную рабочую частоту на 30%, донное условие выполняется.

Расчет вала на прочность

Изгибающий момент (3-17)

Н·м

Момент кручения (3-19)

Н

Момент сопротивления при изгибе (3-20)

мм 3

 

Приведенное напряжение (3-21)

Па

Значение σпр ни при одном сечении вала не должно превышать σТ=245 ·10 6 Па, данное условие выполняется.

 

Литература

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование  электрических машин: Учебник для  вузов. – М.: Высшая школа, 2001.- 430 с.

2. Копылов И.П. Проектирование  электрических машин: Учебник для  вузов. – 3-е изд., испр. и доп. –  М.: Высшая школа, 2002. –757 с.: ил.