Введение

2. Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

2.2 Главные размеры

Высота оси вращения (таблица 11.1)

В'_б

Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11.3)

В'_б0

Форма зазора эксцентричная по рисунку 11.8

Воздушный зазор по оси полюса (11.13)

2.3 Сердечник статора

Обмоточный коэффициент (§ 9.3)

Проверка по условию λ< λ_max

2.4 Сердечник ротора

2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник

3.20 Обмотка статора с прямоугольными полуоткрытыми пазами (таблица 9.16)

3.21 Зубцовое деление статора в наиболее узком месте (9.46)

3.22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте (9.47)

3.28 Высота шлица (§ 9.4)

4. Демпферная (пусковая) обмотка .

5. Расчет магнитной цепи

5.1 Воздушный зазор

Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (11.60)

S_б =α'τ(ℓ'₁ +2б)=0,66∙271,2 (300+2∙2)=54414 мм² .

Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (11.61)

В_б =Ф∙10⁶ /S_б =38,3∙10³ /54414=0,7 Тл.

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

к_б1 = .

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного зазора, вследствие зубчатого строения ротора (9.117)

к_б2 =1+ .

Общий коэффициент воздушного зазора (9.120)

к_б =к_б1 ∙к_б2 =1,187∙1,027=1,219.

МДС для воздушного зазора (9.121)

F_б =0,8бк_б В_б ∙10³ =0,8∙2∙1,219∙0,7∙10³ =1365 А.

5.2 Зубцы статора

Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца (9.122)

t_1(1/3) =π(D₁ +(2/3) h_п1 )/z₁ =3,14 (518,2+(2/3)∙30,2)/72=21,7 мм.

Ширина зубца (9.126)

b_з1(1/3) =t_1(1/3) -b_п1 =21,7–14,3=7,4 мм.

Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11.64)

S_з1(1/3) = мм² .

Магнитная индукция в зубце статора (11.65)

В_з1(1/3) =Ф∙10⁶ /S_з1(1/3) =38,3∙10³ /(30,89∙10³ )=1,24 Тл.

Напряженность магнитного поля (приложение 9)

Н_з1 =14,01 А/см.

Средняя длина пути магнитного потока (9.124)

L_з1 =h_п1 =30,2 мм.

МДС для зубцов (9.125)

F_з1 =0,1Н_з1 L_з1 =0,1∙14,01∙30,2=42 А.

5.3 Спинка статора

Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (11.66)

S_{c 1} =h_{c 1} ℓ_{c 1} k_c =40,7∙300∙0,9=11600 мм² .

Расчетная магнитная индукция (11.67)

В_с1 =Ф∙10⁶ /(2S_{c 1} )= 38,3∙10³ /(2∙11600)=1,65 Тл.

Напряженность магнитного поля (приложение (12)

Н_с1 =17,2 А/см.

Средняя длина пути магнитного потока (9.166)

L_с1 =π(D_н1 -h_с1 )/4 р=3,14 (660–40,7)/(4∙3)=162 мм.

МДС для спинки статора (11.68)

F_с1 =0,1∙Н_с1 L_с1 =0,1∙17,2∙162=279 А.

5.4 Зубцы полюсного наконечника

Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (11.69)

В_з2 = Тл.

Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника.

Н_з2 =9,53 А/см.

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

L_з2 =h_ш2 +d_п2 =3+6,1=9,1

МДС для зубцов полюсного наконечника (11.71)

F_з2 =0,1H_з2 L_з2 =0,1∙9,53∙9,1=9 А.

5.5 Полюсы

Величина выступа полюсного наконечника (11.72)

b''_п =0,5 (b'_н.п – b_п )=0,5 (185–98,4)=43,3 мм.

Высота широких полюсных наконечников (11.83)

h_н =(2h_н.п +h'_н.п )/3=(2∙33+15)/3=27 мм.

Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11.84)

а_н.п =[π(D₁ -2б''-h'_н.п )/2 р] – b'_н.п =[3,14 (518,2–2∙2,7–15)/(2∙3)] – 185=75,5 мм.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния (11.85)

.

Длина пути магнитного потока (11.87)

L_п =h'_п +0,5h_н.п – L_з2 =112+0,5∙33 – 9,1=119,4 мм.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11.88)

.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11.89)

λ_п.в =37b_п /ℓ_п =37∙98,4/310=11,74.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11.90)

λ_п =λ_н.п +λ_п.с +λ_п.в =57,39+79,4+11,74=148,53.

МДС для статора и воздушного зазора (11.91)

F_бзс =F_б +F_з1 +F_с1 =1365+42+279=1686 А.

Магнитный поток рассеяния полюсов (11.92)

Ф_σ =4λ_п ℓ_н.п F_бзс ∙10^-11 =4∙148,53∙1686∙310∙10^-11 =3,1∙10^-3 Вб.

Коэффициент рассеяния магнитного потока (11.93)

σ=1+Ф_σ /Ф=1+3,1∙10^-3 /38,3∙10^-3 =1,08.

Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11.94)

S_п =к_с ℓ_п b_п =0,98∙310∙98,4=29,89∙10³ мм² .

Магнитный поток в сердечнике полюса (11.95)

Ф_п =Ф+Ф_σ =(38,3+3,1) 10^-3 =41,4∙10^-3 Вб.

Магнитная индукция в сердечнике полюса (11.96)

В_п =Ф_п /(S_п ∙10^-6 )= 41,4∙10^-3 /(29,89∙10³ ∙10^-6 )=1,39 Вб.

Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса.

Н_п =20,3 А/см.

Длина пути магнитного потока в полюсе (11.87)

L_п =h'_п +0,5h_н.п – L_з2 =112+0,5∙33 – 9,1=119,4 мм.

МДС для полюса (11.104)

F_п =0,1∙L_п ∙Н_п =0,1∙119,4∙20,3=242 А.

5.6 Спинка ротора

Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11.105)

S_с2 =ℓ₂ h'_с2 к_с =310∙112∙0,98=34025,6 мм² .

Среднее значение индукции в спинке ротора (11.106)

В_{c 2} =σФ∙10⁶ /(2S_с2 )=1,08∙38,3∙10^-3 ∙10⁶ /(2∙34025,6)=0,61 Тл.

Напряженность магнитного поля в спинке ротора (приложение 21)

Н_{c 2} =4,97 А/см.

Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11.107)

L_с2 =[π(D₂ +2h_{c 2} )/(4p)]+0,5h'_с2 =[3,14 (140+2∙42)/(4∙3)+0,5∙112=115 мм.

МДС для спинки ротора (9.170)

F_{c 2} =0.1∙L_{c 2} ∙H_{c 2} =0,1∙115∙4,97=57 А.

5.7 Воздушный зазор в стыке полюса

Зазор в стыке (11.108)

б_п2 =2ℓ_п ∙10^-4 +0,1=2∙310∙10^-4 +0,1=0,162 мм.

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

F_п2 =0,8б_п2 В_п ∙10³ =0,8∙0,162∙1,39∙10³ =180 А.

Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11.170)

F_пс =F_п +F_с2 +F_п2 +F_з2 =242+57+180+9=488 А.

5.8 Общие параметры магнитной цепи

Суммарная МДС магнитной цепи (11.111)

F_Σ(1) = F_бзс +F_пс =1686+488=2174 А.

Коэффициент насыщения (11.112)

к_нас =F_Σ /(F_б +F_п2 )=2174/(1365+180)=1,4.

6. Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима

Активное сопротивление обмотки фазы (9.178)

r₁ = Ом.

Активное сопротивление в относительных единицах (9.179)

r_1* =r₁ I₁ /U₁ =0,01∙360,8∙ /400=0,0216 о.е.

Проверка правильности определения r_1* (9.180)

r_1* = о.е.

Активное сопротивление демпферной обмотки (9.178)

r_д = Ом.

Размеры паза

b_п1 =14,3 мм; h_ш1 =1 мм; h_к1 =3 мм; h₂ =1,9 мм; h_п1 =30,2 мм; h₃ =h₄ =1 мм;

h₁ = h_п1 – h₄ – h₂ – h_к1 – h_ш1 =30,2–1–1,9–3–1=23,3 мм.

Коэффициенты, учитывающие укорочение шага (9.181, 9.182)

к_{β 1} =0,4+0,6β₁ =0,4+0,6∙0,833=0,9;

к'_{β 1} =0,2+0,8β₁ =0,2+0,8∙0,833=0,87.

Коэффициент проводимости рассеяния (9.187)

λ_п1 =

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния (11.118)

λ_д1 = .

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки (9.191)

λ_л1 =0,34 .

Коэффициент зубцовой зоны статора (11.120)

к_вб = _.

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

к_к =0,04.

Коэффициент проводимости рассеяния между коронками зубцов (11.119)

.

Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния обмотки статора (11.121)

λ₁ =λ_п1 +λ_л1 +λ_д1 +λ_к =0,9681+0,4956+1,12+0,175=2,7587.

Индуктивное сопротивление обмотки статора (9.193)

х_σ =1,58f₁ ∙ℓ₁ w² ₁ ∙λ₁ /(pq₁ ∙10⁸ )=1,58∙50∙300∙32² ∙2,7578/(3∙4∙10⁸ )=0,0558 Ом.

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9.194)

х_σ* =х₁ ∙I₁ /U₁ =0,0558∙360,8∙ /400=0,09 о.е.

Проверка правильности определения х_1* (9.195)

х_σ* = о.е.

7. Расчет магнитной цепи при нагрузке

Строим частичные характеристики намагничивания Ф=f(F_бзс ), Ф_σ =f(F_бзс ), Ф_п =f(F_п2 ) (о.е.).

Строим векторные диаграммы Блонделя по следующим исходным данным: U1=1; I1=1; cosφ=0,8; φ=36,87 (отстающий); x =0,069

Рисунок 5 – Диаграмма Блонделя

ЭДС, индуктированная магнитным потоком воздушного зазора

E_б =1,022 о.е.

МДС для воздушного зазора

F_б =0,91 о.е.

МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора

F_бзс =1,043 о.е.

Предварительный коэффициент насыщения магнитной цепи статора

к'_нас =F_бзс /F_б =1,043/0,91=1,15.

Поправочные коэффициенты, учитывающие насыщение магнитной цепи

х_d =0,95;

х_q =0,75;

к_qd =0,0029.

Коэффициенты реакции якоря

к_{а d} =0,86;

к_{а q} =0,4.

Коэффициент формы поля реакции якоря

к_фа =1.

Амплитуда МДС обмотки статора (11.125)

F_a =0,45m₁ w₁ ∙к_об1 ∙I₁ к_фа /р=0,45∙3∙32∙0,93∙360,8∙1/3=4832 А.

Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах (11.127)

F_ф* = о.е.

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

F_aq /cosψ=х_q k_aq F_{a *} =0,75∙0,4∙2,22=0,67 о.е.

ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС

E_aq /cosψ=0,77 о.е.

Направление вектора ЭДС Е_{б d} , определяемое построением вектора Е_aq /cosψ

ψ=60,36˚;

cosψ=0,495;

sinψ=0,869.

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

F'_ad =x_d k_ad F_{a *} sinψ+k_qd F_{a *} cosψτ/δ=

=0,95∙0,86∙2,22∙0,869+0,0029∙2,22∙0,495∙271,2/2=2 о.е.

Продольная составляющая ЭДС

E_{б d *} =Ф_{б d} =0,95 о.е.

МДС по продольной оси

F_{б d *} =0,95 о.е.

Результирующая МДС по продольной оси (11.131)

F_ба* =F_{б d *} +F'_{ad *} =0,95+2=2,93 о.е.

Магнитный поток рассеяния

Ф_σ* =0,24 о.е.

Результирующий магнитный поток (11.132)

Ф_п* =Ф_{б d *} +Ф_σ* =0,95+0,24=1,19 о.е.

МДС, необходимая для создания магнитного потока

F_п.с =0,29 о.е.

МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.133)

F_п.н* =F_бф* +F_пс* =2,93+0,29=3,22 о.е.

МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.134)

F_п.н =F_п.н* F_Σ(1) =3,22∙2174=7000 А.

8. Обмотка возбуждения

Напряжение дополнительной обмотки (1.135)

U_d =U₁ w_d /w₁ =400∙6/32=75 В.

Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения (11.136)

ℓ'_ср.п =2,5 (ℓ_п +b_п )=2,5 (310+98,4)=1021 мм.

Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения (11.173)

S'= мм² .

Предварительное количество витков одной полюсной катушки (11.138)

w'_п = .

Расстояние между катушками смежных полюсов (11.139)

а_к = мм.

По таблице 10–14 принимаем изолированный медный провод марки ПСД (класс нагревостойкости изоляции F) прямоугольного сечения с двусторонней толщиной изоляции 0,27х0,48 мм, катушка многослойная.

Размеры проводника без изоляции:

а х b=1,35 х 12,5.

Размеры проводника с изоляцией

а’ х b’=1,62 х 12,98.

Площадь поперечного сечения проводника (приложение 2)

S=16,5 мм² .

Предварительное наибольшее количество витков в одном слое

N_в '=(hп-hпр)/(1,05b')= (112–2∙5)/(1,05∙12,98)=7,5.

Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной катушки

N_ш '= w'_п / N_в '=114/7,5=15,2

Выбираем N_ш =16 слоев обмотки по ширине полюсной катушки

6 слоев по 8 витков

5 слоев по 7 витков

5 слоя по 6 витков

Уточненное наибольшее количество витков в одном слое (рис 11.22)

N_в =8

Уточненное количество витков одной полюсной катушки (рис. 11.22)

w_п =113

Размер полюсной катушки по ширине

b_к.п =1,05N_ш а’=1,05∙16∙1,62=27,2 мм

Размер полюсной катушки по высоте (11.150)

h_к.п =1,05N_в b'=1,05∙8∙12,98=109 мм

Средняя длина витка катушки (11.144)

ℓ_ср.п =2 (ℓ_п + b_п )+ π(b_к +2 (b_з +b_и )_. )=2 (310+98,4)+ 3,14 (27,2+7)=924 мм

Ток возбуждения при номинальной нагрузке (11.153)

I_п.н =F_п.н /w_п =7000/113=61,4 А.

Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения (§ 11.9)

а_п =1.

Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения (11.154)

J_п =I_п.н /(а_п S)=61,4/(1∙16,5)=3,72 А/мм² .

Общая длина всех витков обмотки возбуждения (11.155)

L_п =2рw_п ℓ_ср.п ∙10^-3 =2∙3∙113∙924∙10^-3 =632 м.

Массам меди обмотки возбуждения (11.156)

m_м.п =γ_м ∙8,9L_п S∙10^-3 =8,9∙632∙16,5∙10^-3 =92,8 кг.

Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20˚ С (11.157)

r_п =L_п /ρ_м20 а_п S=632/(57∙1∙16,5)=0,672 Ом.

Максимальный ток возбуждения (11.158)

I_{п max} =U_п /r_п m_т =(75–2)/(0,672∙1,38)=78,72 А.

Коэффициент запаса возбуждения (11.159)

I_{п max} /I_п.н =1,28.

Номинальная мощность возбуждения (11.160)

Р_п =(75–2)∙78,72=5747 Вт.

Рисунок 6 – Эскиз полюса ротора

9. Параметры обмоток и постоянные времени. Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

Коэффициент продольной реакции якоря (таблица 11.4)

=0,86

Коэффициент насыщения при Е=0,5

к_нас(0,5) = .

МДС для воздушного зазора

F_б(1) =1365 А.

Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря (11.162)

х_{ad *} = о.е.

Коэффициент поперечного реакции якоря (таблица 11.4)

к_aq =0,4.

Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря (11.163)

х_{aq *} = о.е.

Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси (11.164)

х_{d *} =х_{ad *} +х_{σ *} =2,46+0,0558=2,516 о.е.

Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси (11.165)

х_{q *} =х_{aq *} +х_σ* =1,27+0,0558=1,326 о.е.

9.2 Сопротивление обмотки возбуждения

Активное сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора (11.166)

о.е.

Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения (11.167)

λ_пΣ =λ_н.п +0,65λ_пс +0,38λ_п.в =57,39+0,65∙79,4+0,38∙11,74=113,5.

Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения (11.168)

х_п* =1,27к_ad х_{ad *} (1+ о.е.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения (11.169)

х_пσ* =х_п* – х_{ad *} =2,85–2,46=0,39 о.е.

9.3 Сопротивления пусковой обмотки

Относительное зубцовое деление демпферной обмотки (11.170)

t_2* =πt₂ /τ=3,14∙19,3/271,2=0,223 о.е.

Коэффициент распределения демпферной обмотки (11.171)

к_р2 = .

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по зубцам полюсного наконечника (11.172)

λ_дз =t₂ /(g_d б)=22,6/(16,5∙2)=0,585.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния полюсов (11.173)

λ_{d п} =(0,785- .

Коэффициенты (рисунок 11.23)

С_d =1;

C_q =3,25.

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по продольной оси (11.174)

λ_{дл d} =0.019τC_d /N₂ =0,019∙271,2∙1/10=0,515.

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей демпферной обмотки по поперечной оси (11.175)

λ_{дл q} =0., 019τC_q /N₂ =0,019∙271,2∙3,25/10=1,675.

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по продольной оси (11.176)

λ_{д d} = .

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси (11.177)

λ_{д q} = .

Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.178)

х_{д d *} = о.е.

Индуктивной сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.179)

х_{д q *} = о.е.

Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по продольной оси (11.181)

r_{cd *} = о.е.;

где μ₀ =4π∙10^-7 Гн/м – магнитная проницаемость воздуха.

Активное сопротивление стержней демпферной обмотки по поперечной оси (11.182)

r_{cq *} =0,75r_{cd *} =0,1 о.е.

Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси (11.183)

r_{kd *} = о.е.

Активное сопротивление короткозамыкающих колец демпферной обмотки по поперечной оси (11.184)

r_{kq *} =1,5r_{kd *} =0,068 о.е.

Активное сопротивление полной демпферной обмотки по продольной оси (11.185)

r_{д d *} =r_{cd *} +r_{kd *} =0,133+0,068=0,178 о.е.

Активное сопротивление полной демпферной обмотки по поперечной оси (11.186)

r_{д q *} =r_{cq *} +r_{kq *} =0,1+0,068=0,168 о.е.

9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора

Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.188)

x'_{d *} =x_{σ *} + о.е.

Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.189)

х'_{q *} =x_{q *} =1,326 о.е.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.190)

x''_{d *} =x_{σ *} = о.е.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси (11.191)

x''_{q *} =x_{σ *} + о.е.

9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности

Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при работе машины на малое внешнее сопротивление (11.194)

х_2* = о.е.

Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении (11.195)

х_2* =0,5 (х"_{d *} +х"_{q *} )=0,5 (0,141+0,122)=0,132 о.е.

Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности (11.196)

Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности при рабочей температуре (11.197)

r_0* =r_1*(20) ∙m_т =0,0216∙1,38=0,03 о.е.

9.6 Постоянные времени обмоток

Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной (11.198)

Т_{d 0} =x_{a *} /w₁ r_п* =2,85/(2∙π∙50∙0,005)=1,82 с.

Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной (11.199)

Т'_d =T_{d 0} x’_{d *} /x_{d *} =1,82∙0,427/2,516=0,31 с.

Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси (11.200)

T_{д d 0} = с.

Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси (11.201)

T_{д q 0} = с.

Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке возбуждения (11.202)

T''_{d 0} = с.

Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых обмотке возбуждения и статора (11.203)

T"_d =T"_d0 x''_d* /x'_d* =0.007∙0.141/0.427=0.002 с.

Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора (11.204)

T"_q =T_{д q 0} x"_{q *} /x_{q *} =0.025∙0.122/1.326=0.0023 с.

Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора (11.205)

T_a =x_2* /w₁ r_1* =0.131/(2∙3.14∙50∙0.0138)=0.03 с.

10. Потери и КПД

Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца (9.128)

t_1max =π(D₁ +2h_п )/z₁ =π (518.2+2∙30.2)/72=25.2 мм.

Расчетная масса стали зубцов статора (9.260)

m_з1 =7,8z₁ b_з1ср h_{n 1} ℓ₁ k_c ∙10^-6 =7.8∙72∙13,4∙30,2∙330∙0.95∙10^-6 =64,8 кг.

Магнитные потери в зубцах статора (9.251)

P_з1 =3В² _з1ср m_з1 =3∙1,24² ∙64,8=299 Вт.

Масса стали спинки статора (9.261)

m_{c 1} =7.8π(D_н1 -h_{c 1} ) h_{c 1} ℓ₁ k_c ∙10^-6 =7.8∙3.14 (660–40,7) 40,7∙300∙0.95∙10^-6 =176 кг.

Магнитные потери в спинке статора (9.254)

Р_с1 =3В² _с1 m_{c 1} =3∙1.65² ∙176=1552 Вт.

Амплитуда колебаний индукции (11.206)

В₀ =β₀ к_б В_б =0,33∙1,219∙0,7=0,28 Тл.

Среднее значение удельных поверхностных потерь (11.207)

р_пов =к₀ (z₁ n₁ ∙10^-4 )^1.5 (0.1В₀ t₁ )² =6 (72∙1000∙10^-4 ) ^1.5 (0.1∙0.28∙22,6)² =46,4 Вт/м² .

Поверхностные потери машины (11.208)

Р_пов =2рταℓ_п р_пов к_п ∙10^-6 =2∙3∙271,2∙0,7∙310∙46,4∙0,6∙10^-6 =9,83 Вт.

Суммарные магнитные потери (11.213)

Р_сΣ =Р_с1 +Р_з1 +Р_пов =1437+299+9,83=1746 Вт.

Потери в обмотке статора (11.209)

Р_м1 =m₁ I² ₁ r₁ m_т +m₁ (I'_пн / )² r_d m_т =

=3∙360,8² ∙0,0138∙1,38+3 (61,4/ )² 0,0039∙1,38=7458 Вт.

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

Р_п =I² _пн r_п +2I_пн =61,4² ∙0,733+2∙61,4=3936 Вт.

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

Р_доб =0,005Р_н =0,005∙200000=1000 Вт.

Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (11.210)

Р'_мх =Р_т.п +Р_вен =8 ( )² ( )³ =8 ( )² ( )³ =1113 Вт.

Потери на трение щеток о контактные кольца (11.212)

Р_т.щ =2,6I_пн D₁ n₁ ∙10^-6 =2.6∙61,4∙518,2∙1000∙10^-6 =83 Вт.

Механические потери (11.217)

Р_мх =Р'_мх +Р_тщ =1113+83=1196 Вт.

Суммарные потери (11.218)

Р_Σ =Р_сΣ +Р_м1 +Р_доб +Р_п +Р_мх =

=1746+7458+1000+3936+1196=15336 Вт.

КПД при номинальной нагрузке (11.219)

η=1-Р_Σ /(Р_2н +Р_Σ )=[1–15336/(200000+15336)] ∙100=92,9%.

11. Характеристики машин

11.1 Изменение напряжения генератора

<30%

11.2 Отношение короткого замыкания

Значение ОКЗ (11.227)

ОКЗ=Е'_0* /х_{d *} =1.18/2.516=0.47 о.е.

Кратность установившегося тока к.з. (11.228)

I_k /I_1н =ОКЗ∙I_пн* =0,47∙3,22=1,51 о.е.

Наибольшее мгновенное значение тока (11.229)

i_уд =1,89/х''_{d *} =1.89/0.141=13,4 о.е.

Статическая перегружаемость (11.223)

S=E'_00* k_p /x_d cosφ_н =3,8∙1,02/2,516∙0,8=1,93 о.е., где

E'_00* = E'_0* I_пн* =1,18∙3,22=3,8 о.е.,

11.3 Угловые характеристики

Определяем ЭДС (рис. 11.15 а)

Е'_0* =3,8 о.е.

Определяем уравнение (11.221)

Р_* =(Е'_0* /х_{d *} ) sinθ+0.5 (1/х_{q *} -1/x_{d *} ) sin2θ=

=3.8/2.516∙sinθ+0.5 (1/1.326–1/2.516) sin2θ=1.51sinθ+0.18sin2θ.

12. Тепловой и вентиляционный расчеты

12.1 Тепловой расчет

Потери в основной и дополнительной обмотках статора (11.247)

Р'_м1 =m₁ m'[I'² r₁ +(I_пн / ) r_d ]=

=3ּ1,48 [360,8² ∙0,0138+(61,4/ )² ∙0,0039)=7998 Вт;

где m'_т =1,48 – коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В (§ 5.1).

Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора

P _П = I_пн ² ּr _П +2 I_пн =61,4² ּ0,733+2∙61,4=4213 Вт

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)

S_{n 1} =πD₁ ℓ₁ =πּ518,2ּ300=4,88∙10⁵ мм² .

Условный периметр поперечного сечения (9.381)

П₁ =2 (h_{n 1} +b_п1 )=2 (30,2+14,3)=89 мм.

Условная поверхность охлаждения пазов (9.382)

S_и.п1 =z₁ П₁ ℓ₁ =72ּ89ּ300=19,22∙10⁵ мм² .

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)

S_л1 =4πD₁ ℓ₁ =4ּπּ518,2ּ135,8=8,84∙10⁵ мм² .

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

S_маш =πD_н1 (ℓ₁ +2ℓ_В1 )=πּ660 (300+2ּ135,8)=11,85∙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)

р_п1 = Вт/мм² ,

где к=0,76 – 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)

р_и.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)

р_л1 = Вт.

Окружная скорость ротора (9.389)

v₂ = м/с.

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

Δt_п1 = 46,5°С,

где α₁ =17,5ּ10^-5 Вт/мм² ּград – коэффициент теплоотдачи поверхности статора.

Односторонняя толщина изоляции в пазу статора (§ 9.13)

b_и1 =(b_п1 -N_ш b)/2=(14,3–1∙2,8)/2=4,35 мм.

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

Δt_и.п1 = °С.

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

Δt_л1 =р_л1 /α₁ =5,12∙10^-3 /17,5ּ10^-5 =29°С.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  515  516  517   ..