Синхронный генератор (стр. 3 из 5)

.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне узких пакетов полюсных наконечников

λ_у=0,5n_Y ℓ_Уh_Y/а_У=0.5*4*8*23,6/109,8=3,44

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне крайних пакетов полюсных наконечников

λ_кр = 2*l_кр *h_Y/a_Y=2*9*23,4/107,8=3,9

Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсных наконечников

λ_н.п.=λ_ш+λ_У+λ_кр=50+3,4+3,9=57,3

МДС для статора и воздушного зазора (11.91)

F_бзс=F_б+F_з1+F_с1=679+32+37=748 А.

Магнитный поток рассеяния полюсов (11.92)

Ф_σ=4λ_пℓ_н.пF_бзс∙10^-11=4∙150∙170∙748∙10^-11=0,763∙10^-3 Вб.

Коэффициент рассеяния магнитного потока (11.93)

σ=1+Ф_σ/Ф=1+0,763∙10^-3 /17,55∙10^-3 =1,043

Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11.94)

S_п=к_сℓ_пb_п=0,97∙170∙78=13,2*10³ мм².

Магнитный поток в сердечнике полюса (11.95)

Ф_п=Ф+Ф_σ=(17,55+0,763) 10^-3 =18,31∙10^-3 Вб.

Магнитная индукция в сердечнике полюса (11.96)

В_п=Ф_п/(S_п∙10^-6)= 18,31∙10^-3/(13,2*10³∙10^-6)=1,42 Вб.

Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (приложение 21)

Н_п=3,5 А/см.

МДС для полюса (11.104)

F_п=0,1∙L_п∙Н_п=0,1∙84,6*3,5=30 А.

4.6 Спинка ротора

Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11.105)

S_с2=ℓ₂h'_с2к_с=170∙49∙0,97=8080 мм².

Среднее значение индукции в спинке ротора (11.106)

В_c2=σФ∙10⁶/(2S_с2)=1,043∙17,5∙10^-3∙10⁶/(2∙8080)=1,13Тл.

Напряженность магнитного поля в спинке ротора (приложение 21)

Н_c2=1,28 А/см.

Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11.107)

L_с2=[π(D₂+2h_c2)/(4p)]+0,5h'_с2=3,14(72+2∙13)/(4∙2)+0,5∙49=63 мм.

МДС для спинки ротора (9.170)

F_c2=0.1∙L_c2∙H_c2=0.1∙63∙1,28=8 А.

4.7 Воздушный зазор в стыке полюса

Зазор в стыке (11.108)

б_п2=2ℓ_п∙10^-4+0,1=2∙170∙10^-4+0,1=0,13 мм.

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

F_п2=0,8б_п2В_п∙10³=0,8∙0,13∙1,42∙10³=104 А.

Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11.170)

F_пс=F_п+F_с2+F_п2+F_зс=30+8+104=142А.

4.8 Общие параметры магнитной цепи

Суммарная МДС магнитной цепи (11.111)

F_Σ(1)= F_бзс+F_пс=748+142=890 А.

Коэффициент насыщения (11.112)

к_нас=F_Σ/(F_б+F_п2)=890/(679+104)=1,14

Рисунок 1 - Характеристики холостого хода

5. 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*=r₁I₁/U₁=0,118∙54,1∙

/400=0,0276 о.е.

Проверка правильности определения r_1* (9.180)

r_1*=

о.е.

Коэффициенты, учитывающие укорочение шага (9.181, 9.182)

к_β1=0,4+0,6b₁=0,4+0,6∙0,762=0,86;

к'_β1=0,2+0,8b₁=0,2+0,8∙0,762=0,81.

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=0,02

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=1,154+1,092+1,3+0,2=3,8.

Индуктивное сопротивление обмотки статора (9.193)

х_σ=1,58f₁ℓ₁w²₁λ₁/(pq₁∙10⁸)=1.58∙50∙160∙70²∙3,38/(2∙3,5∙10⁸)=0,336 Ом.

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (9.194)

х_s*=х₁I₁/U₁=0,1336∙54,1∙

/400=0,0787 о.е.

Проверка правильности определения х_1*(9.195)

х_s*=

о.е.

6. 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; cosj=0,8;

ЭДС, индуктированная магнитным потоком воздушного зазора

E_б=1,06 о.е.

МДС для воздушного зазора

F_б=0,8 о.е.

МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора

F_бзс=0,9 о.е.

Предварительный коэффициент насыщения магнитной цепи статора

к'_нас=F_бзс/F_б=0,9/0,8=1,13

Поправочные коэффициенты, учитывающие насыщение магнитной цепи

х_d=0,95;

х_q=0,67;

к_qd=0,0036.

Коэффициенты реакции якоря

к_аd=0,85;

к_аq=0,32.

Коэффициент формы поля реакции якоря

к_фа=1,05.

Амплитуда МДС обмотки статора (11.125)

F_a=0.45m₁w₁к_об1I₁к_фа/р=0,45∙3∙70∙0,89∙54,1*1,05/2=2388 А.

Амплитуда МДС обмотки статора в относительных единицах (11.127)

F_а*=

о.е.

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

F_aq/cosy=х_qk_aqF_a*=0.67∙0.32∙2,68=0,57 о.е.

ЭДС обмотки статора, обусловленная действием МДС

E_aq/cosy=0.73о.е.

Направление вектора ЭДС Е_бd, определяемое построением вектора Е_aq/cosψ

y=61Å;

cosy=0.48;

siny=0.87

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

F'_ad=x_dk_adF_a*siny+k_qdF_a*cosy·t/δ=0.95*0,85∙0.87*2,68+0,0036*2,68*0,48*224,5*0,66/1=2,56

Продольная составляющая ЭДС

E_бd*=Ф_бd=0,99 о.е.

МДС по продольной оси

F_бd*=0,82о.е.

Результирующая МДС по продольной оси (11.131)

F_ба*=F_бd*+F'_ad*=0,82+2,56=3,38о.е.

Магнитный поток рассеяния

Ф_s*=0,23о.е.

Результирующий магнитный поток (11.132)

Ф_п*=Ф_бd*+Ф_s*=0,99+0,23=1,22 о.е.

МДС, необходимая для создания магнитного потока

F_п.с=0,42 о.е.

МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.133)

F_п.и*=F_ба*+F_пс*=33,8+0,42=3,8 о.е.

МДС обмотки возбуждения при нагрузке (11.134)

F_п.н=F_пн*·F_S(1)=3,8∙890=3382 А.

7. Обмотка возбуждения

Напряжение дополнительной обмотки (1.135)

U_d=U₁w_d/w₁=400∙7/70=40 В.

Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения (11.136)

l'_ср.п=2,5(l_п+b_п)=2,5(170+78)=620 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 ПЭВП (класс нагревостойкости изоляции В) прямоугольного сечения с двусторонней толщиной изоляции 0,15 мм, катушка многослойная.

Размеры проводника без изоляции (приложение 2)

а х b=1,9 х 3,15.

Размеры проводника с изоляцией (приложение 3)

а′ х b′=2,05х 3,3

Площадь поперечного сечения проводника (приложение 2)

S=5,622 мм².

Предварительное наибольшее количество витков в одном слое

N_в'=(hп-hпр)/(1,05b')= (63-2∙5)/(1,05∙3,3)=15,3

Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной катушки

N′_ш=w_g’/ N_в'=183/15,3=12

Выбираем N_ш =18 слоев обмотки по ширине полюсной катушки

4 слоя по 16 витков

3 слоя по 13 витков

3 слоя по 10 витков

4 слоя по 8 витков

4 слоя по 6 витков

Уточненное наибольшее количество витков в одном слое)

N_в =16

Уточненное количество витков одной полюсной катушки

w_п=189.

Размер полюсной катушки по ширине

b_к.п=1,05N_ша’=1,05·18·2,05=38,8 мм.

Размер полюсной катушки по высоте (11.150)

h_к.п=1,05N_вb’=1,05·16∙3,3=55,5мм.

Средняя длина витка катушки (11.151)

l_ср.п=2(l_п+b_п)+p(b_к+2(b_з+b_и))=2(170+78)+3,14(38,8+·6)=650 мм.

Ток возбуждения при номинальной нагрузке (11.153)

I_п.н=F_п.н/w_п=3382/189=17,9 А.

Количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения (§ 11.9)

а_п=1.

Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения (11.154)