Проектирование электрической машины

 

 

 

 

Содержание

 

1. Введение . . . . . . . . . . . .3 

2. Выбор основных размеров   . . . . . . . .4

3. Расчет  обмотки статора   . . . . . . . .6

4. Расчет основных размеров  ротора . . . . . .13

5. Расчет магнитной  цепи . . . . . . . .15

6. Расчет обмотки возбуждения . . . . . . .17

7. Расчет параметров и постоянных времени . . . . .22

8. Масса активных материалов . . . . . . .25

9. Потери и КПД . . . . . . . . . .26

10. Характеристики синхронной  машины . . . . . .30

      Литература . . . . . . . . . .34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

Проектирование электрической машины включает в себя выбор и расчет размеров её статора и ротора, обмоток, изоляции, конструктивных деталей, объединение их в конструктивные узлы и общую компоновку всех её частей. При этом также выбираются материалы для отдельных частей машины.

Материалы, размеры и формы конструктивных деталей должны быть выбраны и отдельные детали объединены так, чтобы машина наилучшим образом, по возможности, соответствовала своему назначению и была наиболее экономичной  в работе и исполнении.

При этом из всего множества вариантов проектирования необходимо выбрать оптимальный или близкий  к нему. В основу выбора вариантов должны быть положены экономические показатели.

Имея в виду общее определение, можно считать, что оптимальным вариантом проекта будет вариант, при котором удовлетворяются все технические требования при наименьших общих затратах, где под последними следует понимать не только стоимость материалов и изготовления машины, но и стоимость её эксплуатации.

 

 

2. Выбор основных размеров.

 

а) Номинальные величины:

1. Номинальное фазное напряжение при соединении обмотки статора звездой:

                               (2.1)

2) Номинальная полная  мощность:

                                       (2.2)

3. Номинальный фазный ток:

                                                                                  (2.3)

 

б) Главные размеры.

1. Число пар полюсов:

 (2.4)

2. Внутренний диаметр статора:

По таблице 14.1 с.496 [1] находим для Рн=1 МВт при косвенном воздушном охлаждении: Д=0.50 м;

3. Линейная нагрузка:

По таблице 14.1 с.496 [1]  А=43500  А/м;

4. Максимальная индукция в воздушном зазоре:

    По таблице 14.1 с.496 [1]  Bdн=0.7 Тл.;

5. Полюсное деление:

                                (2.5)

6. Расчетная мощность:

                              (2.6)

    где kE=1.08 - по таблице 14.6 с.503 [1]

 

 

7. Расчетная длина статора:

                               (2.7)

     где аd -расчетный коэффициент полюсного перекрытия.

    Принимаем аd=2/p=0.68;

    kB –коэффициент формы поля, принимаем kB=1.11;

    k01 –обмоточный коэффициент обмотки статора.

    Принимаем для  статора катушечную обмотку с  шагом y»(0.5¸0.6)t.

    При этом k01»0.7

8. Длина пакета статора:

Принимаем l’=4 см.;

9. Ширина вентиляционного канала:

 Принимаем bВ=1 см.;

10) Полная длина статора:

                          l1»1.06*ld=1.06*0.5=0.55 м.        (2.8)

11. Число вентиляционных каналов:

      (2.9)

12. Суммарная длина пакетов сердечника:

                lст1=l’(nB+1)=0.04(10+1)=0.46 м.    (2.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет обмотки статора.

      а) Обмотка, пазы и ярмо статора.

1. Магнитный поток в зазоре:

        (3.1)

2. Число последовательно соединённых витков фазы:

        (3.2)

3. Число пазов на полюс и на фазу:

     Принимаем q1=6;

     Для статора  турбогенератора применяем двухслойную  обмотку, имеющую шесть катушечных  групп с шестью катушками в  каждой.

На фазу приходится две катушечные группы, соединяемые последовательно (а1=1).

4. Число эффективных проводников на паз:

       откуда:     (3.3)

     Принимаем  U П1=8,

      Число  последовательно соединённых витков  фазы:

               (3.4)

5. Уточнённые значения магнитного потока и магнитной индукции в зазоре:

               (3.5)

               (3.6)

   где: k’01=0.7;   B’dH=0.7 Тл.; 

     k01=kP*kУ;            (3.7)

    kP -коэффициент распределения обмотки.

 

 

Для шестизонной обмотки:

            (3.8)

    kУ -коэффициент укорочения шага обмотки статора.

    Принимая шаг  обмотки 10 пазов имеем:

   

6. Линейная нагрузка:

         (3.10)

7. Полное число пазов статора:

    z1=6pq1=6*1*6=36          (3.11)

8. Пазовое деление:

           (3.12)

9. Предварительная ширина паза статора:

                               bП1»(0.4¸0.48)t1       (3.13)

    Принимаем bП1=0.46t1=0.46*0.044=20*10-3 м.

10. Предварительное сечение эффективного проводника:

              (3.14)

   где: nЭЛ -число элементарных проводников в эффективном проводнике;

   SC -сечение элементарного проводника;  DC -плотность тока.

    Принимаем  DC=3.0 А/мм2 (см.[1] c.518)

   

    Принимаем nЭЛ=12, тогда SC=6.34 мм2

11. Размеры проводника, изоляции и паза статора.

    Из таблиц  приложения IV [1] находим ближайшее к SC сечение с          

     размерами a x b и aиз х bиз (провод марки ПСД)

     Для этого  из равенства:

       kш*bиз=bП1-2dиз1;        (3.15)

      где: kш - число элементарных проводников по ширине паза.

    Принимаем  kш=2.

    2dиз1- двухсторонняя толщина изоляции по ширине паза. По таблице 

10. с.512 [1]: 2dиз1=5.6 мм.

    

    Принимаем bиз=7.2мм.;  аиз=1.5 мм.

    

    (см [1] приложение  IV).

     Уточнённая  плотность тока:

         (3.16)

     Высота паза  статора:

           (3.17)

    где:  dиз -суммарная толщина изоляции по высоте паза. dиз=12.4 мм.

    (см [1] таблица 14.10 с.512);

     hK -высота клина;

     hK»(0.9¸1.1)bП1;            (3.18)

     Принимаем hK=1.0*bП1=5мм;

     

     Уточнённая ширина паза

     bП1=2dИ1+kшbиз=7.0+2*7.40=19.35 мм;       (3.19)

     Паз статора  с проводниками и изоляцией  изображен на рис. 3.1.

Непрерывная микалентная компаундированная изоляция обмотки 

        статора. Класс В.

 

Рис. 3.1  Паз статора с проводниками и изоляцией.

 

Таблица 3.1: Изоляция обмотки статора.

 

Позиция На	Наименование	Двухсторонняя толщина изоляции, мм
Рис.3.1		по ширине	по высоте
1       2 3   4     5	Витковая изоляция Микалента, один слой, вполуперекрой Разбухание изоляции Корпусная изоляция Микалента Хлопчатобумажная лента, один слой, впритык Электрокартон ЭВ промасленный (толщина 0,5мм) То же (толщина 2,5)	0,75 0,2   3,2   0,4   ---   ---	6,75 0,9   6,4   0,4   1.0   2,5
	Всего на паз	7,0	32,5
	Витковая изоляция Разбухание изоляции Корпусная изоляция Микалента Хлопчатобумажная лента, в  полуперекрой Лакировка	1,5   5,6   0,8 0,2	1.8   5,6   0,8 0,2
	Всего на катушечную сторону	8,9	15,2

12. Температурный перепад в пазовой изоляции:

              (3.20)

где:  Kf - коэффициент, учитывающий добавочные потери в проводниках от протекания вихревых токов. Предварительно принимаем Kf»1.2;

  lИ - теплопроводность изоляции.

 При изоляции класса  В:

  lИ=0.16 Вт/(м0С);     jQ=4.02*107 1/Ом*м

  

13. Градиент температуры в пазовой изоляции:

              (3.21)

 

14. Высота ярма статора

                 (3.22)

где:  ВС - магнитная индукция в ярме статора. Принимаем ВС=1.5 Тл (материал статора сталь 2013, толщина 0.5мм)

КС - коэффициент заполнения пакета сталью.

Принимаем КС=0.93 (см. табл. 2.4  с.22 [1])

       

15. Внешний диаметр пакетов статора:

     ДА=Д+2(hп1+hC)=0.75+2(0.188+0.276)=1.678 м;    (3.23)

 

б) Воздушный зазор.

   При определении  величины воздушного зазора будем исходить из условия статической перегружаемости  (S³1.7).

1. Предварительно индуктивное сопротивление рассеяния (в о.е.):

     Xs*»XП*+XЛ*+(0.005¸0.01) о.е.       (3.24)

где: индуктивное сопротивление пазового рассеяния:

           (3.25)

Индуктивное сопротивление рассеяния лобовых частей:

     XЛ*=kX*km*0.43*lЛ1*k201        (3.26)

Величина (0.005¸0.01)о.е. взята для приближённого учёта дифференциального рассеяния и рассеяния между коронками зубцов.

В приведенных формулах при f=50 Гц имеем:  (3.27)

   kb=1.5b-0.25=1.5*0.555-0.25=0.583;   (3.28)

   km=0.32 (для немагнитных бандажей)

 Длина лобовой части:

   lЛ1»(1.6¸1.8)(2UНЛ+bt);      (3.29)

   lЛ1=1.8(2*6.3+0.555*117.8)=140 cм=1.40м;

   l’d=l1-0.2nB*bB=2.494 -0.2*49*0.01=2.396  м;  (3.30)

                                                              

          

  XЛ*=1.89*10-3*0.32*0.43*140*(0.731)2=0.0195 о.е.;

  Xs*=0.036+0.0195+0.01=0.066 о.е.

2. Индуктивное сопротивление Потье:

   XP*= Xs*+0.02=0.086 о.е.;          (3.31)

3. Величина воздушного зазора:

      По кривым  рис. 14.24  с.527 [1] для величины статической  перегружаемости S=2.0 и XP*=0.086 о.е. находим Xad*=1.40 о.е.

    Тогда:

           (3.32)

 где:           (3.33)

                   (3.34)

  Из (3.33) и (3.34) следует:

    (3.35)

 

   

    Принимаем d=16 мм.

 

 

4. Расчет основных  размеров ротора.

      а) Демпферная обмотка.

    Принимаем турбогенератор без успокоительной обмотки.

      б) Зубцы и ярмо ротора.

1. Внешний диаметр ротора:

  Д’=Д-2d=0.75-0.016*2=0.718 м.      (4.1)

2. Длина ротора:

  l2=l1+(0.1¸0.15) м.         (4.2)

   Принимаем l2=l1+0.1=2.494+0.1=2.594 м.

На поверхности ротора выфрезировываются пазы для укладки в них проводников обмотки возбуждения, при этом часть его полюсного деления оставляется без пазов и образует большой зубец.

3. Число пазов ротора:

 z2’»(0.45¸0.55) Д’;         (4.3)

 Принимаем z2’=42 ; j=0.667, тогда z2=28      (см. [1] с.530)

4. Глубина паза ротора с клином:

   hП2=(0.185¸0.170) Д’;        (4.4)

Принимаем hП2=0.14 м.

5. Пазовое деление по основаниям зубцов:

      (4.5)

6. Пазовое деление по сечениям зубцов на высоте  их 0.2hП2 от дна паза:

           (4.6)

где: ДZ 0.2= Д’-1.6hП2=0.718-1.6*0.14=0.494 м.    (4.7)

7. Ширина паза:

        (4.8)

где sН-коэффициент рассеяния ротора, принимаем sН=1.1;

Принимаем BZ 0.2=1.9 Тл.

По таблице 14.10а с.531 [1] SCШ=6.69;

 

Принимаем bП2=0.022 м.;

  Выбираем ширину  проводника обмотки возбуждения  из условия:

      b2= bП2-2dИ2          (4.9)

где dИ2=0.2 см.

      b2=0.022-0.004=0.018 м.

8. Наименьшая ширина зубца (в его основании):

          (4.10)

9. Высота пазового клина:

    hК2=(0.9¸1.1)bП2;         (4.11)

   Принимаем hК2= bП2=0.022 м.

10. Диаметр центрального отверстия:

     Д0=0.05 м.  (см. с.531 [1]). 

11. Пазовое деление по вершинам зубцов:

             (4.12)

5. Расчет  магнитной цепи.

Расчёт магнитной цепи произведём на ЭВМ по программе «xxxturbo.bas». Вводятся следующие данные:

 

     Магнитная  система генератора-неявнополюсная

     Магнитные  материалы:     статор-сталь 2013

ротор-кованая сталь

     Номинальная  мощность ,kBA              SN= 12500

     Номинальное  фазн.напряжение(ЭДС),В ENOM= 3637

     Число пар  полюсов                        P= 1

     Частота, Гц                                 FRQ= 50

     Наружный  диаметр статора ,M                   DA= 1.678

     Внутренний  диаметр статора,M                     D= .75

     Длина статора,M                                          L1= 2.456

     Расчетная  длина статора,M                           LD= 2.317

     Коэфф.заполнения стали статора               KST= .93

     Высота зубца  статора                                     HZ= .188

     Ширина зубца статора в расч. сеч.,M             BZ= .025

     Высота ярма  статора,M                                 HA= .276

     Ширина открытия паза статора,M          BSH1= .025

     Число витков  фазы обмотки статора          W1= 16

     Число пазов  статора                                         Z1= 48

     Коэффициент  формы поля                             KB1= 1.11

     Обмоточный  коэфф.статора                       KO1= .731

     Воздушный  зазор,M                                          DLT= .016

     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: