СКАЧАТЬ:  poyasnitelnaya_zapiska_2007-avtosohranennyy.zip [632,13 Kb] (cкачиваний: 132)

Оглавление

Введение. 4

1.Данные для проектирования.. 5

2. Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы.. 6

2.1 Конфигурация. 6

2.2 Главные размеры.. 6

2.4 Сердечник ротора. 9

3 Обмотка статора.. 12

4 Демпферная (пусковая) обмотка.. 18

5 Расчет магнитной цепи.. 20

5.1 Воздушный зазор. 20

5.2 Зубцы статора. 21

5.3 Спинка статора. 21

5.4 Зубцы полюсного наконечника. 22

5.5 Полюсы.. 22

5.6 Спинка ротора. 24

5.7 Воздушный зазор в стыке полюса. 25

5.8 Общие параметры магнитной цепи. 25

6 Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима.. 28

7 Расчет магнитной цепи при нагрузке. 30

8 Обмотка возбуждения.. 35

9 Параметры обмоток и постоянные времени.. 38

9.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме. 38

9.2 Сопротивления обмотки возбуждения. 39

9.3 Сопротивления демпферной обмотки. 39

9.4 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора. 42

9.5 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности  42

9.6    Постоянные времени обмоток. 43

10 Потери и КПД.. 45

11.1 Характеристики машин.. 47

11.2 Пусковые характеристики при S=1. 48

12 Тепловой и вентиляционный расчеты.. 51

12.1 Тепловой расчет обмотки статора. 51

12.2 Тепловой расчет обмотки возбуждения. 53

12.3 Вентиляционный расчет. 54

13 Масса и динамический момент инерции.. 56

13.1 Масса. 56

13.2 Динамический момент инерции ротора. 57

Заключение. 58

Список литературы.. 59

Введение

Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве турбогенераторов и гидрогенераторов на электростанциях. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы.

Синхронные двигатели предназначаются для приводов не требующих регулирования частоты вращения, таких как насосы, компрессоры, шаровые мельницы, вентиляторы, двигатель генераторные установки и т.п.

Двигатели изготавливаются как с явнополюсными, так и с неявнополюсными роторами.

В неявнополюсном исполнении двигатели − турбодвигатели выпускают с частотой вращения 3000 об/мин на мощности от 630 до 12500 кВт. Более широкое распространение имеют явнополюсные синхронные двигатели с диапазоном частот вращения от 1500 до 100 об/мин при мощностях от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч киловатт.

Основное исполнение синхронных машин общепромышленного применения − с горизонтальным расположением вала. По способу защиты и вентиляции − защищенные или закрытые с самовентиляцией. Охлаждение − воздушное.

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

Как уже отмечалось, серии синхронных машин выпускают чаще всего в защищенном исполнении с горизонтальным исполнением вала. Поэтому в приведенной методике будут рассматриваться машины такого типа.

Все расчеты в курсовом проекте произведеныпо [1]. О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко Проектирование электрических машин: Учеб.для втузов – М.: Высш. шк., 1984.

1.     Данные для проектирования 

2. Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы 

2.1 Конфигурация

Принимаем изоляцию класса нагревостойкостиF

2.1.1    Количество пар полюсов (9.1)

р=60f/n₁=60∙50/750=4.

2.1.2    Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (рисунок 11.1)

х_σ*=0,14о.е.

2.1.3    Коэффициент мощности нагрузки (11.1)

к_н=

2.1.4    Предварительное значение КПД (рисунок 11.2)

η'=0,94о.е.

2.2 Главные размеры

2.1.5    Расчетная мощность (1.11)

Р'=к_нР₂/(η'·cosφ)=1,09∙315/0,94·0,8=456582 Вт

2.1.6    Высота оси вращения (таблица 11.1)

h=450 мм

2.1.7    Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности (таб 9.2)

h₁=9 мм.

2.1.8    Наружный диаметр корпуса (1.27)

D_корп=2∙(h-h₁)=2∙(450-9)=882 мм.

2.1.9    Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора  (таблица 9.2)

D_н1max=850 мм.

2.1.10   Выбираемый диаметр сердечника статора (§ 11.3)

D_н1=850 мм.

2.1.11   Внутренний диаметр сердечника статора (§ 11.3)

D₁=43+0,72∙ D_н1≈43+0,72∙850=655 мм

                     Примем D₁=629 мм (уменьшение на 4%)

2.1.12   Предварительное значение линейной нагрузки статора (рис. 11.3)

А'₁=485 А/мм.

2.1.13   Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок 11.4)

В'_б=0,8 Тл.

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

В'_б0=В'_б/к_н=0,8/1,09=0,734 Тл.

2.1.15   Полюсное деление статора (1.5)

2.1.16   Индуктивное сопротивление машины по продольной оси (рис. 11.5)

х_d*=2,2о.е.

2.1.17   Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11.4)

Х_ad=х_d* - х_σ*=2,2-0,14=2,06о.е.

2.1.18   Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса (§ 11.3)

к'=1,06.

2.1.19                       Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и   сердечником статора (11.2)

2.1.20                       Форма зазора эксцентричная по рисунку 11.8

2.1.21                       Отношение максимальной величины зазора к минимальной (§ 11.3)

'/ ''=1,5

2.1.22                       Расчетный воздушный зазор (11.13)

=0,75∙ '+0,25∙ ''=0,75·2,5+0,25·3,8=2,7 мм.

2.1.23                       Коэффициент полюсной дуги действительный (§ 11.3)

α=0,73-3,33∙10­^-5∙D_н1=0,73-3,33∙10^-5∙850=0,702.

2.1.24                       Коэффициент полюсной дуги расчетный (рисунок 11.9)

α'=0,66.

2.3 Сердечник статора

Марка стали 2411, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм.

2.1.25    Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 9.3)

к_с=0,95.

2.1.26    Коэффициент формы поля возбуждения (рисунок 11.9)

к_в=1,15.

2.1.27    Обмоточный коэффициент (§ 9.3)

к_об1=0,91

2.1.28    Расчетная длина сердечника статора (1.31)

2.1.29    Конструктивная длина сердечника статора (1.33)

ℓ₁ = ℓ₁+n_к1 ∙ℓ_к1=330+5,4∙10=404 мм.

2.1.30    Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора  (9.2)

λ=ℓ₁/D₁=404/629=0,642

2.1.31    Проверка по условию λ< λ_max (рисунок 11.10)

λ_max=1,02.

2.1.32    Количество пазов на полюс и фазу (§ 11.3)

q₁=3

2.1.33    Количество пазов сердечника статора (9.3)

z₁=2рm₁q₁=2∙4∙3∙3=72

2.1.34    Проверка правильности выбора значения z₁ (11.15)

z₁/gm₁=72/(4∙3)=6- целое число.

2.4 Сердечник ротора

Марка стали Ст 3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляционного покрытия и  насаживаются непосредственно на вал, к_с=0,98.

2.1.35                       Длина сердечника ротора (11.20)

ℓ₂=ℓ₁+(10÷20)=404+15=419 мм.

2.1.36                       Сердечник полюса и полюсный наконечник

Марка стали Ст 3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляционного покрытия и   насаживаются непосредственно на вал к_с=0,98.

2.1.37                       Длина шихтованного сердечника полюса (11.19)

ℓ_п=ℓ₁+(10÷15)=419 мм.

2.1.38                       Магнитная индукция в основании сердечника полюса (§ 11.3)

В'_п=1,5 Тл.

2.1.39                       Предварительное значение магнитного потока (9.14)

Ф'=В'_бD₁ℓ'₁10^-6/р=0,8∙629∙350∙10^-6/4=0,044Вб.

2.1.40                       Ширина дуги полюсного наконечника (11.25)

b_н.п=ατ=0,702∙247=173 мм.

2.1.41    Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре  (11.26)

2.1.42    Высота полюсного наконечника (§ 11.3)

h'_н.п=17 мм.

2.1.43    Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентрич­ным зазором (11.29)

h_н.п=h'_н.п+R_н.п -

2.1.44    Поправочный коэффициент (11.24)

к_σ=1,3∙h_н.п+30=1,3∙30+30=69

2.1.45    Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11.22)

σ'=1+к_σ35 /τ²=1+69∙35∙2,7/247²=1,107.

2.1.46    Ширина сердечника поюса (11.21)

b_п=σ'Ф'∙10⁶/(к_сℓ_пВ'_п)=1,107∙0,042∙10⁶/(0,98∙395*1,5)=82 мм.

2.1.47    Высота выступа у основания сердечника (11.32)

h'_п=10,5· δ`+0,18· D₁=139,47 мм.

Примем h'_п=140 мм

2.1.48    Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора (11.33)

D'₂=d_в=к_в

Примем исходя из таб.3-1 D₂=92 мм

2.1.49    Высота спинки ротора (11.34)

h_с2=0,5D₁- -h'_п-0,5D'₂=0,5∙629-2,7-140-30-0,5∙170=57 мм.

2.1.50    Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитногопотока по валу (11.35)

h'_с2=h_с2+0,5D'₂=57+0,5∙170=142 мм.

2.1.51    Магнитная индукция в спинке ротора (11.36)

В_с2=  Тл.

3 Обмотка статора 

3.1 По [табл. 9-4, § 9-4] принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из про­вода марки ПЭТП-155, укладываемую в прямоугольные открытые пазы.

3.2Коэффициент распределения [9-9]

к_р1= ,

где  α=60/q₁.

3.3  Укорочение шага [§ 9-4]

при 2p≥4 принимаем β'₁=0,8.

3.4Шаг обмотки [9-11]

у_п1= β₁∙z₁/(2∙p) = 0,8∙72/8 = 7,2.

Принимаем у_п1= 8

3.5Укорочение шага обмотки статора по пазам  [11-37]

β₁=2∙р∙у_п1/z₁=8∙8/72=0,889.

3.6Коэффициент укорочения [9-12]

к_у1=sin(β₁∙90˚)=sin(0,889∙90)=0,985.

3.7Обмоточный коэффициент [9-13]

к_об1=к_р1∙к_у1=0,96∙0,985=0,945.

3.8Предварительное количество витков в обмотке фазы [9-15]

w'₁= .

3.9Количество параллельных ветвей обмотки статора [§ 9-3]

а₁=1.

3.10Предварительное количество эффективных проводников в пазу [9-16]

N'_п1= .

Принимаем N_п1=36.

3.11Уточненное количество витков [9-17]

.

3.12Количество эффективных проводников дополнительной обмотки в пазу [§ 11-4]

N_д=1.

3.13Количество параллельных ветвей фазы дополнительной обмотки     [§ 11-4]

а_д=4.

3.14Количество витков дополнительной обмотки статора [11-38]

.

3.15Уточненное значение магнитного потока  [9-18]

Ф=Ф'(w'₁/w₁)= 0,042·(433/433)= 0,042Вб.

3.16Уточненное значение индукции в воздушном зазоре  [9-19]

В_б=В'_б(w'₁/w₁)= 0,8∙(433/433)= 0,8 Тл.

3.17Предварительное значение номинального фазного тока  [11-40]

 А.

3.18Уточненная линейная нагрузка статора  [9-21]

 А/см.

Отклонение 8%

3.19Среднее значениемагнитной индукции в спинке статора  [табл.9-13]

В_с1=1,5 Тл.

3.20  Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами  [табл. 9-16]

В'_з1max= 1,8 Тл.

3.21Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора  [9-22]

t₁ = π∙D₁/z₁ = 3,14∙629/72 = 27,445 мм.

3.22Предельная ширина зубца в наиболее узком месте  [9-47]

b'_з1min=  мм.

3.23Предварительная ширина открытого паза в штампе  [9-48]

b'_п1=t_1min-b'_з1min= 27,445 – 13,113= 14,333 мм.

3.24Высота спинки статора  [9-24]

h_c1=  мм.

3.25Высота паза  [9-25]

h_n1=  мм.

3.26 Общая толщина изоляции обмотки в пазу по высоте  [прил. 28]

h_и= 14,2 мм.

3.27Общая толщина изоляции обмотки в пазу по щирине  [прил. 28]

2b_и=4,3 мм.

3.28Высота шлица  [§ 9-4]

h_ш=1,0 мм.

3.29Высота клина  [§ 9-4, стр. 135]

h_к=3,5 мм.

3.31Припуск на сборку сердечника по ширине  [§ 9-4]

b_c=0,35 мм.

3.32 Припуск на сборку сердечника по высоте  [§ 9-4]

h_c=0,35 мм.

3.33Количество эффективных проводников по ширине паза [§ 9-4]

N_ш=1.

3.34Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией [9-50]

b'_эф= (b'_n1-2b_и1-b_c)/N_ш = (14,333-4,3-0,35)/1 = 9,883 мм.

3.35Количество эффективных проводников по высоте паза [9-52]

N_в = N_п1/N_ш = 36/1 = 36.

3.36Допустимая высота эффективного проводника [11-49] (с₀=0,9)

а'_эф=(с₀∙h_n1-h_и-h_k-h_ш-h_с)/N_в=(0,9∙72-14,2-3,5-1-0,35)/36=1,27 мм.

3.37Площадь эффективного проводника  [9-53]

S'_эф = а'_эф∙ b'_эф = 1,27∙9,883 = 12,57 мм².

3.38Количество элементарных проводников в одном эффективном [§ 9-4]

с=2.

3.39Меньший размер неизолированного элементарного провода  [9-54]

а' = (а'_эф/с_а)-Δ_и=1,27/1–0,28= 0,993 мм;

где Δ_и=0,28мм – двухсторонняя толщина изоляции провода [прил. 3].

3.40Больший размер неизолированного элементарного провода  [9-55]

b'=(b'_эф/с_b)-Δ_и=9,883/2-0,28= 9,663 мм.

3.41Размеры провода  [прил. 2]

а × b = 0,9 ×7,1 мм;

S= 6,551 мм².

3.42Размер по ширине паза в штампе  [9-57]

b_n1 = N_ш∙с_b(b+Δ_и)+2∙b_и1+b_с = 1∙1(7,1+0,28)+4,3+0,35 = 12,03 мм.

3.43Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части  [9-58]

b_з1min=t_1min-b_n1=27,445-12,03 = 15,415 мм.

3.44Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора [9-59]

В_з1max=t₁∙B_б/(b_з1mink_c)=27,445∙0,8/(15,415∙0,95)=1,503 Тл.

3.45Размер основной обмотки статора по высоте паза  [11-50]

h_п.о=N_в.ос_о.в(а+Δ_и.а)+h_и.о=36∙1(0,9+0,28)+12,4 = 52,72 мм.

3.46Размер дополнительной обмотки статора по высоте паза  [11-51]

h_п.д=N_в.дс_д.в(а+Δ_и.а)+h_и.д=1∙1(0,9+0,28)+1,8=4,04 мм.

3.47Уточненная высота паза статора в штампе [11-52]

h_п1=h_п.о+h_п.д+h_к+h_ш+h_с=52,72+4,04+3,5+1,0+0,35 = 61,61 мм.

3.48Среднее зубцовое деление статора  [9-40]

t_ср1=π(D₁+h_п1)/z₁=3,14·(629+61,61)/72= 30мм.

3.49Средняя ширина катушки обмотки статора  [9-41]

b_ср1 = t_ср1∙у_п1 = 30∙8 = 240 мм.

3.50Средняя длина одной лобовой части обмотки  [9-60]

ℓ_л1= 1,2∙b_ср1+h_п1+90= 1,2∙240+61,61+90 = 440 мм.

3.51Длина вылета лобовой части обмотки   [9-63]

ℓ_в1=0,35∙b_ср1+h_п1/2+45 = 0,35∙240+61,61/2+45 = 160 мм.

3.52Плотность тока в обмотке статора  [9-39]

J₁ = I₁/(S∙c∙a₁) = 40,307/(2∙6,551∙1) = 3,076 А/мм².

3.53Определяем значение А₁J₁

А₁·J₁ = 528,707∙3,076 = 1672A²/(cм∙мм²).

3.54Допустимое значение (А₁J₁)_доп  [рис. 11-12]

(А₁J₁)_доп= 2240A²/(cм∙мм²).

4 Демпферная (пусковая) обмотка 

4.1 Суммарная площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один по­люс  [11-53]

S_2Σ = 0,015∙τ∙А₁/J₁ = 0,015∙247∙528,707/3,076 = 636,757 мм²_.

4.2Зубцовое деление полюсного наконечника ротора  [§ 11-5]

t'₂= 27,5 мм.

4.3Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один по­люс [11-54]

N'₂ = 1+(b_н.п-20)/t'₂ = 1+(636,757-20)/27,5 ≈ 8.

4.4Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки  [11-55]

d'_с=1,13·  мм.

4.5Диаметр и сечение стержня  [§ 11-5]

d_с= 10 мм;  S= 79 мм².

4.6Определяем отношение h'_н.п/d  [§ 11-5]

h'_н.п/d_с = 17/10 = 1,7 ≥ 1,7.

4.7Минимальная ширина крайнего зубца  полюсного наконечника [§ 11-5]

b_з2min= 8 мм.

4.8Уточненное значение зубцовогоделения полюсного наконечника

[11-56]

t₂ = (b_н.п– d_c– 2b_з2min)/(N₂-1) = (173-10-2∙8)/(8-1) = 21 мм.

4.9Диаметр круглой части паза полюсного наконечника  [11-57]

d_п2=d_с+0,1=10+0,1=10,1 мм.

4.10   Размеры шлица паза демпферной обмотки  [§ 11-5]

b_ш2×h_ш2=6 мм.

4.11Предварительная длина стержня демпферной обмотки  [11-58]

ℓ'_ст= ℓ₁+0,2∙τ = 380+0,2∙247 = 430 мм.

4.12Площадь поперечного сечения  [11-59]

S'_с = 0,5·S_2Σ = 0,5∙636 = 318 мм².

4.13Высота короткозамыкающего сегмента  [§ 11-5]

h'_с≥2∙d_с=2∙10=20 мм.

4.14Ширина короткозамыкающего сегмента  [§ 11-5]

ℓ'_с≥0,7∙d_с=0,7∙10 = 7 мм.

4.15Уточненные размеры и сечение короткозамыкающего сегмента

[прил. 2]

h_c×ℓ_с = 20×7 мм;

S_с = 198,1 мм².

5 Расчет магнитной цепи 

5.1 Воздушный зазор

5.1.1Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора  [11-60]

S_б = α'∙τ(ℓ'₁+2∙б) = 0,66∙247∙(330+2∙2,7) = 54678,617 мм².

5.1.2Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре

[11-61]

В_б= Ф∙10⁶/S_б = 0,042∙10⁶/54678,617 = 0,761 Тл.

5.1.3 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора  [9-116]

к_б1=1+ .

5.1.4Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора [9-117]

к_б2=1+ .

5.1.5Коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных каналов  [§ 9-7]

.

5.1.6Общий коэффициент воздушного зазора [9-120]

к_б = к_б1∙к_б2∙к_к = 1,309∙1,027∙0,989 = 1,329.

5.1.7МДС для воздушного зазора  [9-121]

F_б = 0,8∙ δ∙к_б∙В_б∙10³ = 0,8∙2,7∙1,329·0,761∙10³ = 2184,6 А.

5.2 Зубцы статора

5.2.1      Зубцовое деление статора в минимальном сечении зубца [9-46]

мм.

5.2.2Ширина зубца [9-126]

b_{з1 (1/3)} = t_{1 (1/3)} – b_п1 = 29,5–12 = 17, 5 мм.

5.2.3Магнитная индукция в зубце статора на расстоянии 1/3 его высоты от окружности [9-136]

В_{З 1(1/3)} = Ф∙10⁶/S_1(1/3) = 0,042·10⁶/32588,325 = 1,277 Тл.

5.2.5Напряженность магнитного поля в зубцах  [прил. 10]

H_з1 = 6,9 А/см.

5.2.6                      Средняя длина пути магнитного потока

L_з1 = h_п1 = 61,61 мм.

5.2.7МДС для зубцов  [9-125]

F_з1 = 0,1∙Н_з1∙L_з1 = 0,1∙6,6∙61,61 = 42,511 А.

5.3 Спинка статора

5.3.1Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора  [11-66]

S_c1 = h_c1∙ℓ_c1∙k_c= 38,4∙380∙0,95 = 13870 мм².

5.3.2Расчетная магнитная индукция  [11-67]

В_с1= Ф∙10⁶/2(S_c1) = 0,042∙10⁶/(2∙13870) = 1,5 Тл.