Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Синхронные генераторы

Аннотация

Пояснительная записка содержит страниц, в том числе рисунки, таблицы.

В данной работе представлен расчет параметров синхронного генератора, который выполнен в защитном исполнении IP23, самовентиляцией IC01. Он рассчитан на продолжительный режим работы.

Наиболее распространена конструктивная схема синхронной машины с вращающимся ротором, на котором расположены явновыраженные полюсы. Иногда явнополюсные синхронные машины малой мощности выполняют по конструктивной схеме машин постоянного тока, то есть с полюсами, расположенными на статоре, коллектор заменяется контактными кольцами.

Электрические машины серий СГ2 и ЕСС рассчитаны на продолжительный режим работы. Их возбуждение осуществляется от устройства, питающегося от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора.

Все расчеты в курсовом проекте произведены по [1].

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...7

Исходные данные ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1 Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы. ……………………………………………………………………9

1.1. Главные размеры ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….9

1.2. Сердечник статора ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….11

1.3. Сердечник ротора ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….11

1.4. Сердечник полюса и полюсный наконечник ……………………………………………………………………………………………………….12

2. Обмотка статора. Параметры общие для обмоток. ………………………………………………………………………………………14

2.1. Параметры общие для обмоток. …………………………………………………………………………………………………………………………….14

2.2. Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами. …………...........………………………………………………….15

3. Демпферная (пусковая) обмотка ……………………………………………………………………………………………………………………………….18

4. Расчет магнитной цепи ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….19

4.1. Воздушный зазор. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………19

4.2. Зубцы статора ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………19

4.3. Спинка статора ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..20

4.4. Зубцы полюсного наконечника ……………………………………………………………………………………………………………………………….20

4.5. Полюсы ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..20

4.5. Спинка ротора ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..21

4.6. Воздушный зазор в стыке полюса ……………………………………………………………………………………………………………………….21

4.7. Общие параметры магнитной цепи ……………………………………………………………………………………………………………………..22

5. Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима …...24

6. Расчет магнитной цепи при нагрузке …………………………………………………………………………………………………………………25

7. Обмотка возбуждения …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….27

8. Параметры обмоток и постоянные времени. …………………………………………………………………………………………………….29

8.1. Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме. ………………………………………………………...29

8.2. Сопротивления обмотки возбуждения ……………………………………………………………………………………………………………….29

8.3. Сопротивления демпферной обмотки ………………………………………………………………………………………………………………...29

8.4. Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора …………………………………………………..31

8.5. Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности …………………………………………….31

8.6 Постоянные времени обмоток ………………………………………………………………………………………………………………………………..31

9. Потери и КПД …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….33

10. Характеристики машин ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….35

10.1. Общие данные …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………35

10.2. Угловая характеристика ……………………………………………………………………………………………………………………………………….35

11. Тепловой и вентиляционный расчеты …………………………………………………………………………………………………………………..36

11.1. Тепловые расчеты ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..36

11.2. Обмотка возбуждения ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..37

11.3. Вентиляционный расчет …………………………………………………………………………………………………………………………………………..37

12. Масса и динамический момент инерции ……………………………………………………………………………………………………………..39

12.1. Масса ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………39

12.2. Динамический момент инерции ротора …………………………………………………………………………………………………………….39

Заключение.......................................................................................................................................................................................................40

Литература ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..41

Введение

Синхронные машины применяют во многих отраслях народного хозяйства, в частности, в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях, двигателей в установках, не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.

Синхронные двигатели серии СД2 и генераторы серии СГ2 изготовляют мощностью от 132 до

1000 кВт, при высоте оси вращения до 450 мм, в защищенном исполнении IP23, с самовентиляцией

IC01, с частотой вращения от 500 до 1500 об/мин.

Генераторы предназначены для выработки трехфазного переменного тока, напряжением 400 В, частотой 50 Гц на стационарных дизель-электрических станциях.

Обмотка возбуждения синхронного генератора получает выпрямленный ток через тиристорный и диодный преобразователи, соединенные параллельно на стороне выпрямленного тока. Тиристорный преобразователь питается от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора синхронного генератора, и в номинальном режиме несет на себе около 30 % нагрузки возбуждения.

Двигатели и генераторы имеют радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками.

Исходные данные

Таблица 1-Исходные данные

Наименование заданных параметров и их условные обозначения	Синхронный генератор
Назначение	Генератор
Номинальный режим работы	Продолжительный
Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт	500
Номинальное линейное напряжение U_Л, В	680
Частота вращения п_1,, об/мин	1500
Частота напряжения f, Гц	50
Количество фаз статора т₁	3
Способ соединения фаз статора
Способ возбуждения	От специальной обмотки, заложенной в пазы статора
Степень защиты от внешних воздействий	IP23
Способ охлаждения	IC01
Исполнение по способу монтажа	IM1001
Климатические условия и категория размещения	У2
Форма выступающего конца вала	Цилиндрическая
Способ соединения с приводным двигателем	Упругая муфта

1. Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы.

Количество пар полюсов (9-1)

Предварительное значение (рис. 11-1)

Предварительное значение (11-1)

Среднее значение (рис. 11-2)

1.1. Главные размеры

1.1.1. Расчетная мощность (1-12)

1.1.2. Высота оси вращения (т. 11-1)

1.1.3. Ширина листа статора (т. 9-2)

1.1.4. Максимально допустимый наружный диаметр корпуса (1-27)

1.1.5. Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (т. 9-2)

1.1.6. Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (1-28)

1.1.7. Внутренний диаметр сердечника статора (пар. 11-3)

1.1.8. Среднее значение (рис. 11-3)

1.1.9. Среднее значение (рис 11-4)

1.1.10. Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при ХХ (11-3)

1.1.11. Полюсное деление (1-5)

1.1.12. Среднее значение (рис. 11-5)

1.1.13. Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11-4)

1.1.14. Коэффициент (пар. 11-3)

1.1.15. Воздушный зазор (11-2)

1.1.16. Принимаем

1.1.17. Форма зазора (пар. 11-3) – эксцентричная

1.1.18. Отношение

1.1.19. Воздушный зазор по оси полюса (11-13)

1.1.20. Воздушный зазор под краем полюсного наконечника

1.1.21. Действительный коэффициент полюсной дуги (пар.11-3)

1.1.22. Расчетный коэффициент полюсной дуги (рис11-9)

Рис. 1. Эскиз ротора.

1.2. Сердечник статора

Марка стали, изолировка листов – 2312, лакировка

Толщина стали – 0,5 мм

Коэффициент заполнения

1.2.1. Среднее значение (рис.11-9)

1.2.2. Обмоточный коэффициент

1.2.3. Расчетная длина сердечника синхронной машины (1-31)

1.2.4. Принимаем

1.2.5. Длина одного пакета сердечника статора (пар. 11-3)

1.2.6. Количество пакетов стали в сердечнике статора (11-16)

1.2.7. Длина вентиляционного канала (пар. 11-3)

1.2.8. Количество радиальных вентиляционных каналов сердечника статора (11-17)

1.2.9. Конструктивная длина сердечника статора (1-33)

1.2.10. Отношение (9-2)

1.2.11. Значение (рис. 11-10)

1.2.12. Количество пазов на полюс и фазу (пар. 11-3)

1.2.13. Количество пазов сердечника статора

1.2.14. Проверка (11-15)

1.3. Сердечник ротора

Марка стали, изолировка листов – Ст3, без изоляции

Толщина стали – 1,5 мм

Коэффициент заполнения

1.3.1. Длина сердечника ротора (11-20)

1.4. Сердечник полюса и полюсный наконечник

Марка стали, изолировка листов – Ст3, без изоляции

Толщина стали – 1,5 мм

Коэффициент заполнения

1.4.1. Длина шихтованного сердечника полюса (11-19)

1.4.2. Магнитная индукция в основании сердечника полюса (пар. 11-3)

1.4.3. Предварительное значение магнитного потока (9-14)

1.4.4. Ширина дуги полюсного наконечника (11-25)

1.4.5. Радиус очертания полюсного наконечника (11-26)

1.4.6. Ширина полюсного наконечника, определяемая хордой (11-28)

1.4.7. Высота полюсного наконечника у его края (пар. 11-3)

1.4.8. Высота полюсного наконечника по оси полюса (11-29)

1.4.9. Поправочный коэффициент (11-24)

1.4.10. Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11-22)

1.4.11. Ширина сердечника полюса (11-21)

14.12 Высота и ширина выступа у основания полюсного сердечника

1.4.13. Предварительная высота полюсного сердечника (11-32)

1.4.14. Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора (11-33)

1.4.1.5 Высота спинки ротора (11-34)

1.4.16. Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу (11-35)

1.4.17. Магнитная индукция в спинке ротора (11-36)

2. Обмотка статора. Параметры общие для обмоток.

Принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями (т. 9-4) из провода марки ПЭТП-155 (класс нагревостойкости F), укладываемую в прямоугольные открытые пазы.

2.1. Параметры общие для обмоток.

2.1.1. Коэффициент распределения (9-9)

2.1.2. Укорочение шага (пар. 9-4)

2.1.3. Укороченный шаг (9-11)

2.1.4. Принимаем

2.1.5. Укорочение шага обмотки статора по пазам (11-37)

2.1.6. Коэффициент укорочения (9-12)

2.1.7. Обмоточный коэффициент (9-13)

2.1.8. Предварительное количество витков в обмотке фазы (9-15)

2.1.9. Число параллельных ветвей (пар. 9-4)

2.1.10. Предварительное количество эффективных проводников в пазу (9-16)

2.1.11. Принимаем (пар. 9-4)

2.1.12. Количество витков в обмотке фазы (9-17)

2.1.13. Количество эффективных проводников в пазу (пар. 11-4)

2.1.14. Количество витков дополнительной обмотки статора (11-38)

2.1.15. Уточненное значение магнитного потока (9-18)

2.1.16. Уточненной значение индукции в воздушном зазоре (9-19)

2.1.17. Предварительное значение номинального фазного тока (11-40)

2.1.18. Уточненная линейная нагрузка статора (9-21)

2.1.19. Среднее значение магнитной индукции в спинке статора (т. 9-13)

2.2. Обмотка статора с прямоугольными открытыми пазами.

2.2.1. Предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца (т.9-16)

2.2.2. Высота шлица (пар. 9-4)

2.2.3. Высота клина (пар. 9-4)

2.2.4. Зубцовое деление статора в наиболее узком месте (9-46)

2.2.5. Предварительная ширина зубца в наиболее узком месте (9-47)

2.2.6. Предварительная ширина полуоткрытого и открытого паза в штампе (9-48)

2.2.7. Ширина шлица открытого паза (9-49)

2.2.8. Количество эффективных проводников по ширине паза (пар. 9-4)

2.2.9. Двустороння толщина корпусной изоляции (т. 9-17)

2.2.10. Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (9-50)

2.2.11. Количество эффективных проводников по высоте паза (9-51)

Принимаем

2.2.12. Высота спинки статора (9-24)

2.2.13. Высота паза (9-25)

2.2.14. Допустимая высота эффективного проводника с витковой изоляцией (9-52)

2.2.15. Площадь эффективного проводника (9-53)

2.2.16. Предварительное количество элементарных проводников (пар. 9-4)

2.2.17. Предварительное количество элементарных проводников в одном эффективном по

ширине (пар. 9-4)

2.2.18. Меньший размер неизолированного элементарного провода (9-54)

2.2.19. Больший размер неизолированного элементарного провода (9-55)

2.2.20. Приложение 2

(a=3,15; b=4,5мм)

2.2.21. Размер по высоте паза в штампе (9-56)

2.2.22. Размер по ширине паза в штампе (9-57)

2.2.23. Высота спинки статора (9-25)

2.2.24. Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части (9-58)

2.2.25. Уточненная магнитная индукция в наиболее узком месте зубца статора (9-59)

2.2.26. Плотность тока в обмотке статора (9-39)

2.2.27. Удельная тепловая нагрузка (пар. 9-4)

2.2.28. Допустимое значение (рис. 9-8)

2.2.29. Среднее зубцовое деление статора (9-40)

2.2.30. Средняя ширина катушки обмотки статора (9-41)

2.2.31. Средняя длина одной лобовой части катушки (9-60)

2.2.32. Средняя длина витка обмотки(9-43)

2.2.33. Длина вылета лобовой части обмотки (9-62)

Рис. 2. Прямоугольный открытый паз статора.

3. Демпферная (пусковая) обмотка

3.1. Суммарная площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс

(11-53)

3.2. Зубцовое деление наконечника ротора (пар. 11-5)

3.3. Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (11-54)

3.4. Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (11-55)

3.5 Принимаем . Сечение стержня

3.6. Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (11-56)

3.7. Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (11-57)

3.8. Произведение (пар. 11-5)

3.9. Предварительная длина стержня демпферной обмотки (11-58)

3.10. Площадь поперечного сечения (11-59)

3.11. Высота короткозамыкающего сегмента (пар. 11-5)

3.12. Толщина короткозамыкающего сегмента (пар. 11-5)

3.13. . Площадь поперечного сечения (прил. 2)

4. Расчет магнитной цепи

4.1. Воздушный зазор.

4.1.1. Расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (11-60)

4.1.2. Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (11-61)

4.1.3. Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора

вследствие зубчатости строения статора (9-116)

4.1.4. Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора

вследствие зубчатости строения ротора (9-117)

4.1.5. Коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при

наличии радиальных каналов на статоре (9-118)

4.1.6. Общий коэффициент воздушного зазора (9-120)

4.1.7. МДС для воздушного зазора (9-121)

4.2. Зубцы статора

4.2.1. Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11-62)

4.2.2. Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца (9-122)

4.2.3. Ширина зубца (9-126)

4.2.4. Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (11-64)

4.2.5. Магнитная индукция на 1/3 высоты зубца (9-127)

4.2.6. Напряженность магнитного поля (прил. 9)

4.2.7. Средняя длина пути магнитного потока (9-124)

4.2.8. МДС для зубцов (9-125)

4.3. Спинка статора

4.3.1. Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (11-66)

4.3.2. Магнитная индукция спинки статора (11-67)

4.3.3. Напряженность магнитного поля (прил. 12)

4.3.4. Средняя длина пути магнитного потока (9-166)

4.3.5. МДС для спинки статора (11-68)

4.4. Зубцы полюсного наконечника

4.4.1. Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (11-69)

4.4.2. Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (прил. 21)

4.4.3. Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (11-70)

4.4.4. МДС для зубцов полюсного наконечника (11-71)

4.5. Полюсы

4.5.1. Высота полюсного наконечника (11-83)

4.5.2. Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (11-84)

4.5.3. Длина пути магнитного потока в полюсе (11-87)

4.5.4. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов (11-88)

4.5.5. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полюсов (11-89)

4.5.6. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по внутренним поверхностям

полюсных наконечников (11-85)

4.5.7. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсов (11-90)

4.5.8. МДС для статора и воздушного зазора (11-91)

4.5.9. Магнитный поток рассеяния полюсов (11-92)

4.5.10. Коэффициент рассеяния магнитного потока (11-93)

4.5.11. Расчетная площадь поперечного сечения сердечника полюса (11-94)

4.5.12. Магнитный поток в сердечнике полюса (11-95)

4.5.13. Магнитная индукция в сердечнике полюса (11-96)

4.5.14. Напряженность магнитного поля в сердечнике полюса (прил. 21)

4.5.15. Длина пути магнитного потока в полюсе (11-82)

4.5.16. МДС для полюса (11-104)

4.5. Спинка ротора

4.5.1. Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора (11-105)

4.5.2. Среднее значение индукции в спинке ротора (11-106)

4.5.3. Напряженность магнитного поля в спинке ротора (прил. 21)

4.5.4. Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора (11-107)

4.5.5. МДС для спинки ротора (9-170)

4.6. Воздушный зазор в стыке полюса

4.6.1. Зазор в стыке (11-108)

4.6.2. МДС для зазора в стыке между сердечником полюса и полюсным наконечником (11-109)

4.6.3. Суммарная МДС для полюса и спинки ротора (11-117)

4.7. Общие параметры магнитной цепи

4.7.1. Суммарная МДС магнитной цепи (11-111)

4.7.2. Коэффициент насыщения магнитной цепи (11-112)

Таблица - Характеристики холостого хода

	0,5			1,0			1,1			1,2			1,3
	0,04101			0,08202			0,09022			0,07984			0,10662
	B	H	F	B	H	F	B	H	F	B	H	F	B	H	F
Зазор между сердечником статора и полюсным наконечником	0,45		1600,56	0,9		3201,1	0,99		3521,21	1,08		3841,34	1,17		4161,46
Зубцы статора	0,68	5,64	18,5	1,36	8,2	26,9	1,496	28,9	94,79	1,632	45,5	149,24	1,768	110	360,8
Спинка статора	0,78	6,62	171,78	1,56	11,3	293,21	1,716	91,0	2361,27	1,872	171	4437,11	2,028	328	8510,94
Сердечник полюса	0,77	6,52	107,07	1,54	33,2	545,54	1,694	55,6	913,06	1,848	158	2594,68	2,002	290	4762,38
Зазор в стыке полюса и полюсного наконечника	0,77		112,11	1,54		224,2	1,694		246,65	1,848		269,07	2,002		291,49
Спинка ротора	0,76	6,42	61,25	1,52	31	295,55	1,672	51,5	491,31	1,824	140	1335,6	1,976	265	2528,1