Проектирование электрической машины

     Число пазов  ротора,М                                        Z2= 28

     Обмотанная  часть пол.дел.ротора              GAM= .667

     Глубина паза ротора ,M                                     HP= .14

     Ширина паза ротора ,M                                     BP= .022

 

После выполнения программы получим следующие результаты:

 

Табл.3. Таблица индукций.

 

         E1,EOTN- ЭДС,B,о.е.

         FLUX-основной магнитный поток,Вб

         FLUXM-магнитный  поток ротора,Вб

         BDLT,BZ1,BA1-индукция в зазоре,зубцах,ярме  статора ,Т

         BM2,BJ2-индукция в полюсе и ярме  ротора,Т

 

   EOTN   E1    FlUX     FLUXM   BDLT     BZ1    BA1      BZ02   BJ2

 

   1.00  3637   1.4007   1.4224  0.733    1.842  1.402   1.684  1.595

   0.50  1819   0.7004   0.7100  0.367    0.921  0.701   0.840  0.796

   0.90  3273   1.2607   1.2788  0.660    1.658  1.262   1.514  1.434

   0.95  3455   1.3307   1.3505  0.696    1.750  1.332   1.599  1.515

   1.00  3637   1.4007   1.4224  0.733    1.842  1.402   1.684  1.595

   1.05  3819   1.4708   1.4944  0.770    1.934  1.472   1.769  1.676

   1.10  4001   1.5408   1.5679  0.806    2.026  1.542   1.856  1.759

   1.15  4183   1.6108   1.6445  0.843    2.118  1.612   1.947  1.845

   1.20  4364   1.6809   1.7246  0.880    2.210  1.683   2.041  1.934

   1.30  4728   1.8209   1.8869  0.953    2.394  1.823   2.234  2.116

   1.40  5092   1.9610   2.0544  1.026    2.578  1.963   2.432  2.304

               

Табл.4. Таблица МДС .

 

         FDLT,FZ1,FA1-MDC:зазора,зубцов и ярма  статора,

         FM2,FJ2-MDC:полюса и ярма ротора,А;

         FB,FBOTN-МДС обмотки возб.на полюс  при ХХ,А,о.е.

 

     EOTN    FDLT      FZ1       FA1      FM2    FJ2     FB     FBOTN

 

     1.00   6549.2    426.6      4.2     444.5     392.9    7817.708    1.00

     0.50   3274.6     8.8          2.1      72.8      140.4  3498.2       0.45

     0.90   5894.3     117.6      3.8     270.2    327.0    6612.8        0.85

     0.95   6221.7     230.9      4.0     342.1     355.4    7154.1        0.92

     1.00   6549.2     426.6      4.2      444.8     392.9    7817.7        1.00

     1.05  6876.6     682.8     4.4      600.8     436.7    8601.3       1.10

     1.10   7204.1     863.9      4.6      825.6     515.4    9413.6        1.20

     1.15   7531.6     1262.8    4.8      1150.3   601.6    10551.0      1.35

     1.20   7859.0     2483.9    5.0      1728.9   709.2    12786.0   1.64

     1.30   8513.9     7280.6    5.2      4581.0   990.0    21370.8      2.73

     1.40   9168.9     12505.9  5.4      12385.3 1419.8  35485.2      4.54

      Базисная  М.Д.С.,А, при EOTN=1  FBBAS=FB0= 7817.708

      М.Д.С.возд. зазора, А, при EOTN=1 FDLT0= 6549.185

      Базисный  поток, Вб, при EOTN=1 FLUXBAS= 0.1835152

    

 

По данным рассчитанной таблицы строим характеристику холостого хода турбогенератора рис.6.1.

 

6. Расчет обмотки  возбуждения.

1. Намагничивающая сила обмотки возбуждения при номинальной загрузке.

 Намагничивающая сила  обмотки возбуждения, эквивалентная  намагничивающей силе якоря:

    FЭВ=FA’=kAFA;          (6.1)

 или в относительных единицах:

    

 где: FA=2.7IHw1kO1=2.7*1145.5*16*0.731=13398 A.;    (6.2)

 kA- коэффициент приведения н.с. якоря к н.с. обмотки возбуждения.

Находим по таблице на с.541 [1] для j=0.667; kA=0.943;

FB0- н.с. обмотки возбуждения на холостом ходу при U1=UH;

FB0=17431;

FЭВ=FA’=1*13398=13398 A;

   Для нахождения FBН* строим диаграмму Потье для турбогенератора, совмещённую с характеристикой холостого хода, используя найденные FA*’  и XP*   (XP*»0,1 о.е), рис. 6.1.

  По рисунку 6.1 находим:

 FBH*=1,82 о.е.

 FBH= FBH** FB0=31724 А;         (6.3) 

2. Напряжение возбудителя:

   Предварительно  принимаем UB=100 B.; (см. [1], с.542).

Напряжение на кольцах UB’ примерно на 2-3 В меньше UB.

3. Средняя длина витка обмотки возбуждения:

  lB2=2(l2+lЛ2);            (6.4)

где lЛ2- средняя длина лобовой части полувитка обмотки ротора:

lЛ2=2С2+b2q2+C2’(q2-1)+kjДСР-0.86(R+b2/2)     (6.5)

где q2=z2/4 - число катушек на полюс, С2=60 мм., С2’=15 мм., R=35 мм.;d=20мм;

(см. рис. 14-42, с.542 [1])

ДСР=Д’-hK2-hП2=0.718-0.022-0.14=0.556 м.;     (6.6)

kj=(1-0.5j)*3.14/2= 1.05

lЛ2=2*60+18*28/4+15*6+1.05*556-0.86(35+9)=882 мм.;

lB2=2(2.594+0.882)=6.952 м.;

4. Сечение проводника обмотки возбуждения:

    (6.7)

Размеры проводника a2 x b2 выбираем по таблице IV-5 [1] 

a2 x b2=3.28 х 18 мм2

SB’=58.5 мм2

5. Число проводников в пазу ротора:

            (6.8)

где h12»102 мм  (см. рис. 6.2)

h12- высота паза, занятая проводниками и изоляции, имеющей двухстороннюю толщину DИЗ на проводник.

   По таблице 14.12а, с.544 [1]: DИЗ=0.24 мм.;

      

6. Число витков обмотки возбуждения на полюс:

  w2=q2UП2=7*26=182        (6.9)

7. Номинальный ток возбуждения:

          (6.10)

8. Плотность тока в проводниках обмотки возбуждения:

          (6.11)

9. Омические сопротивления обмотки возбуждения:

       (6.12)

  t2(75)=1.24*t2(15)=1.24*0.75=0.93 Ом.;      (6.13)

  t2(130)=1.46*t2(15)=1.46*0.75=1.1 Ом.;      (6.14)

10. Номинальные напряжения на кольцах и возбудителе:

 UBH’=IBH*t2(130)=88*1.1=96.8 B.       (6.15)

  UBH= UBH’+(2¸3) B;         (6.16)

Принимаем UBH=94 В.

 

 

Рис. 6.2  Паз ротора с проводниками и изоляцией.

11. Номинальная мощность возбудителя:

 PBH= UBH* IBH=94*88=8.3 кВт       (6.17)

12. Перепад температур в пазовой изоляции ротора:

       (6.18)

где     (6.19)

        jQ=4.02*107  1/Ом*м

Коэффициент, учитывающий добавочные потери от протекания вихревых токов kF=1;

 

Таблица 6.1: Изоляция обмотки ротора (см. рис. 6.2)

Позиция на рис. 6.2	Материал, размеры, выполнение, назначение.
1	Клин составной из стали и бронзы, высота: hK2=22 мм.
2	Стальная полоса (толщина 1¸1.5 мм.; длина меньше l2 на 4¸6 мм.; ширина меньше bП2 на 0.5¸1.5 мм.); применяется для облегчения продвижения клиньев при забивании.
3	Миканит прокладочный, несколько слоёв,  общая толщина 2¸5 мм.
4	Загнутые края изоляционной гильзы.
5	Миканит прокладочный, толщина 0.5 мм.
6	Медный проводник
7	Изоляционная гильза из формовочного миканита толщиной 1.0¸1.2 мм.
8	Оболочка из белой жести толщиной 0.35¸0.5 мм; предохраняет основную гильзовую изоляцию от механических повреждений и увеличивает теплопроводность пазовой изоляции.
9	Витковая изоляция из липкой стеклоленты, толщиной 0.10¸0.12 мм. (один слой, вполуперекрой)

13. Превышение температуры внешней поверхности ротора над температурой охлаждающего воздуха:

          (6.20)

где a0=33¸40 Вт/°C*м2

       z=pД’f=113 м/c          (6.21)

Удельный тепловой поток с поверхности ротора:

      (6.22)

где потери в стали ротора на холостом ходу: DPC2=0;

DPДОБ»0.005PНОМ=50 кВт;

 

13. Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей ротора над температурой охлаждающего воздуха:

          (6.23)

где a0=66 Вт/°C*м2  ;

Удельный тепловой поток с поверхности лобовых частей ротора:

   (6.24)

  

15. Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой окружающего воздуха:

      (6.25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет параметров и постоянных времени.
1. Активное сопротивление обмотки статора:

        (7.1)

где: lCP=2(l1+lЛ1)          (7.2)

 Здесь:

 lЛ1=1.40 м. см. (3.29)

2. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора:

    Xs=0.066 о.е.

3. Индуктивные сопротивления взаимной индукции по продольной и поперечной осям:

      (7.3)

Fd0=11815 A.  (см. расчёт магнитной цепи)

4) Синхронные индуктивные  сопротивления по продольной  и поперечной осям:

Xd= Xq= Xad+ Xs=1.134+0.066=1.2 о.е.      (7.4)

5. Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения:

 XB= sXad            (7.5)

  где:  (см. рис. 6.2)

   (7.6)

XB=1.04*1.134=1.18 о.е.

6) Индуктивное сопротивление  рассеяния обмотки возбуждения:

XBs= XB- Xad=1.18-1.134=0.05 о.е.       (7.7)

7. Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси:

   (7.8)

8. Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси, при отсутствии успокоительной обмотки:

Xd’’= Xd’=0.114 о.е.;

для поперечной оси:

Xq’’= Xq’= Xq =1.2 о.е.;

9. Индуктивное сопротивление обратной последовательности:

 X2» 1.22Xd’’=1.22*0.114=0.139 о.е.;       (7.9)

10) Индуктивное сопротивление  нулевой последовательности:

  (7.10)

Где все размеры по рис. 3.1.

9. Постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора:

         (7.11)

где:        (7.12)

 

Здесь обмоточный коэффициент ротора:

      (7.13)

 

10) Постоянная времени  обмотки возбуждения при короткозамкнутой  обмотке статора:

  При трёхфазном к.з.:

       (7.14)

 При двухфазном коротком  замыкании:

    (7.15)

При однофазном коротком замыкании:

  (7.16)

11. Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока трёхфазного короткого замыкания:

        (7.17) Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока двухфазного короткого замыкания:

Ta2» Ta3= Ta=0.22 °C          (7.18)

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока однофазного короткого замыкания:

    (7.19)

 

 

 

 

 

 

8. Масса  активных материалов.

1. Масса стали статора:

масса ярма статора:

   GC=SC*lC*2*p*jC;          (8.1)

где плотность стали jC=7650 кг/м3;

      площадь  сечения ярма статора:

 SC=hC*lCT1*kC=0.276*1.96*0.93=0.503 м2      (8.2)

GC=0.503*2.01*2*1*7650=15500 кг.

Масса стали зубцов статора:

GZ=z1*bZср*hП1*lCT1* kC *jC;        (8.3)

где ширина зубца статора в среднем сечении:

  (8.4)

GZ=48*0.039*0.188*2.1*0.93*7650=5260 кг.

2. Масса стали ротора:

       (8.5)

3. Удельный расход стали:

     (8.6)

4. Масса меди обмотки статора:

 GM1=jM* lcp1*w1*m1* S1;         (8.7)

где плотность меди jM=8900 кг/м3

lcp1=2(l1+ lЛ1)=2(2,494+1.40)=7,79 м.;       (8.8)

GM1=8900*7.79*16*3*17.6*18*10-6=1054 кг.

5. Масса меди обмотки возбуждения:

 GM2=jM* lB2*2w2* SB=8900*2*182*6.952*58,5*10-6=1318 кг;  (8.9)

6. Удельный расход меди:

      (8.10)

 

 

 

9. Потери и  КПД.

1. Основные потери в стали:

  DPC=DPCC+DPCZ;          (9.1)

 где потери в стали ярма статора DPCС=kД*рCC*GC*10-3;  (9.2)

здесь kД - коэффициент, учитывающий дефекты при обработке и неравномерность распределения индукции в ярме:

при Р>250 кВт        kД»1.3;

рCC= р10/50*BC2;           (9.3)

где р10/50 - удельные потери в стали, для стали 2013 с толщиной листа 0.5 мм. (материал ярма статора) по таблице 2.2 с.20 [1] находим :

р10/50=1.4 Вт/кг;  BC=1.5 Тл  (см. расчёт магнитной цепи).

рCC=1.4*(1.5)2=3.15 Вт/кг;

DPCC=1.3*3.15*15500*10-3 =63.5 кВт

Потери в стали зубцов статора:

DPCZ=kДZ*рCZ*GZ*10-3;         (9.4)

здесь: kДZ»1.7  при Р>250 кВт

рCZ=р10/50*BZср2;          (9.5)

где индукция в среднем сечении зубца:

       (9.6)

рCZ=1.4*(1.92)2=5.16 Вт/кг;

DPCZ=1.7*5.16*5260*10-3=46.1 кВт;

DPC=63.5+46.1=109.6 кВт;

2. Добавочные потери холостого хода в стали статора.

    Эти потери  состоят из поверхностных и  пульсационных, а также из потерь, обусловленных высшими гармониками  кривой поля:

Ориентировочно их можно принять:

DPдоб»0.1(DPCС+DPCZ)=11 кВт;       (9.7)

3. Механические потери:

Потери в подшипниках:

        (9.8)

где lЦ и dЦ длина и диаметр цапфы

 

          (9.9)

lЦ=(1.0¸1.2) dЦ;          (9.10)

Принимаем:

lЦ=1.0dЦ=1.0*0.198=0.198 м;

 

Потери на вентиляцию:

DPB=DPтр’+DPтр’’+DPB’;          (9.11)

здесь потери от трения воздуха о бочку гладкого ротора и внутреннюю поверхность статора:

DPтр’=57.3(Д’)4*l2=57.3(0.718)2*2.594=76.6 кВт;    (9.12)

потери от трения воздуха о поверхности двух кольцевых бандажей:

DPтр’’=57.3(ДK1)4*lK;         (9.13)

где ДK1 и lK - внешний диаметр и длина бандажа:

ДK2» Д’-2(hK2+dИК+dИd);         (9.14)

здесь: dИК - толщина прокладки под клин; dИК =(0.65¸0.85)*10-2 м;

Принимаем  dИК =0.007 м.;

толщина подбандажной изоляции:

dИd=(0.45¸0.6)*10-2 м; Принимаем dИd=0.005 м;

ДK2=0.718-2(0.022+0.005+0.007)=0.65 м.;

ДK1= ДK2+2hd;            (9.15)

где толщина кольцевого бандажа:

hd=0.027 м.; (см. рис. 14.35 с.536 [1])

ДK1=0.65+0.054=0.6 м;

        (9.16)

DPтр’’=57.3*(0.6)4*0.294=2.18 кВт;

Потери на вентиляцию:

           (9.17)

здесь V - кол-во газа, циркулирующего в машине.

Ориентировочно принимаем V=0.2 м2/c;

H - напор, создаваемый вентилятором. При воздушном охлаждении H»200¸350 мм.вод.ст. Принимаем H=250 мм.вод.ст.

КПД осевого вентилятора:  hЭ=0.5;

DPB=76,6+2.18+0.98=79,8 кВт;

4. Основные электрические потери:

 Потери в обмотке  статора:

DPM1=m*IH2*ta(75)*10-3=m*IH2*ta(75)**10-3UH/IH= m*IH*ta(75)**10-3UH=

=3*3637*1145,5*0.002*10-3=25.0 кВт;       (9.18) Добавочные потери при нагрузке, возникающие в обмотках якоря и стали; ориентировочно принимаем: