Расчёт массы активных материалов

Для оценки массо-габаритных параметров спроектированной машины, расчета потерь и т.п. необходимо определить массу активных материалов. В дальнейшем, если прорабатывается конструкция, определяют массу конструкционных материалов, а затем и массу всей машины.

Масса зубцов статора, кг,

где

Масса ярма магнитопровода статора, кг,

Масса меди обмотки статора, кг,

Масса меди обмотки возбуждения, кг,

Масса меди стержней демпферной обмотки, кг,

Масса меди короткозамыкающих колец, кг,

Масса стали полюсов, кг,

Масса стали обода ротора, кг,

Полная масса меди, кг,

Полная масса активной стали, кг,

Масса активных материалов на единицу мощности, кг/кВт,

Определение потерь и КПД

Потери в машинах делят на основные и добавочные.

 

14.1. Основные потери.

 

Основные потери в обмотке статора, кВт,

Потери на возбуждение для генераторов, возбуждаемых от отдельно установленных устройств, кВт,

где Δ U _щ = 1 В – переходное падение напряжения в щеточном контакте.

Сопротивления обмоток r ₁, и r _в приводят к расчётной рабочей температуре: 75 °С для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости А, Е, В или 115 °С для обмоток с изоляцией класса F и Н.

Потери в стали ярма магнитопровода статора, кВт,

Потери в стали зубцов магнитопровода статора, кВт,

где p _1/50 =1,4 Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте 50 Гц для электротехнической стали марки 1512; k _да =1,3;
k _дz = 1,7– коэффициенты, учитывающие увеличение потерь из-за частичного замыкания листов стали вследствие заусенцев, а также изменения структуры стали при штамповке; В_a, В_z1/3 – индукция в ярме статора и на высоте 1/3 зубца статора при E=U _нф.

Механические потери, равные сумме потерь в подшипниках и на вентиляцию, кВт,

14. 2. Добавочные потери.

Добавочные потери возникают в машине как при холостом ходе, так и при нагрузке.

Потери на холостом ходе, кВт,

где В _о = В _δо (k _δ1 -1); k _o равно 4,6; 8,6 и 23,3 соответственно при полюсах из листов толщиной 1; 2 мм и при массивных полюсных наконечниках.

Добавочные потери при нагрузке Р _доб приближенно для машин до 1000 кВт принимают равными 0,5 % от Р _н, а свыше 1000 кВт – (0,25+0,4) %, где – номинальная мощность генератора.

Общие потери при номинальной нагрузке

Коэффициент полезного действия

 

Расчёт и построение основных характеристик

О рабочих свойствах электрической машины судят по ее характеристикам. Основными характеристиками генераторов являются внешняя, регулировочная, U -образная и угловая, причем определяются они при n= const.

Для построения характеристик могут быть использованы диаграммы Блонделя или Потье. Ниже приведен порядок построения основных характеристик с использованием совмещенной диаграммы Потье.

Регулировочная характеристика – зависимость при U_*= constи cosφ=сonst(рис. 15.1). Для построения одной характеристики задают ряд (три–пять) значений тока I_* в пределах от 0 до 1 и при одних постоянных значениях U_* и cosφ строят совмещенные векторные диаграммы, по полученным величинам ЭДС из которых с помощью характеристики холостого хода находят токи I _в*, равные в относительных единицах МДС F _{во *} , исоответствующие заданным токам I_*. Регулировочные характеристики при U_*>U'>U _нстроят аналогичным образом.

Рис. 15.1

Внешняя характеристика – зависимость при I _{вн *} = const и cosφ_н=сonst(рис. 15.2). Одна точка этой характеристики имеет координаты U_* =1; I_* = 1. При I_* = 0 напряжение U_*=E _он* берут из векторной диаграммы дляслучая I_*= I _{н *} . Промежуточные точки характеристики находят пересечением семейства регулированных характеристик прямой I _{в *} =I _{вн *} .

U -образные характеристики I_*=f (I _в*) при P=mUI cosφ=const(рис. 15.3) получают путем построения ряда векторных диаграмм при U_*= 1=constи I _*cosφ=const (рис. 15.4).

Для каждого значения I _(1)*, I _(2)* и т.д. определяют Е _*, по значениям которых с помощью характеристики холостого хода находят значения I _в*. Построение угловой характеристики P=f( θ ) при U_*= 1 и E _он = constс учетом насыщения связано с большими трудностями. Ниже приведен расчёт этой характеристики без учета насыщения, при этом параметры принимают постоянными, равными их значениям для ненасыщенной машины. Порядок построения описан в примере расчета синхронного генератора.

Угловую характеристику при U_* = 1 в относительных единицах строят по уравнению

ЭДС Е '_о* определяют по продолжению прямолинейной части характеристики холостого хода при I _в*= I _вн*.

Рис. 15.2 Рис. 15.3

Рис. 15.4

По угловой характеристике определяют статическую перегружаемость k _м= Р _м/ Р _н. Если пренебречь активным сопротивлением (что допустимо для машин средней и большой мощности), то можно считать, что Р _м*/ Р _н*= М _м*/ М _н*, где М _м* и М _н*– максимальный и номинальный моменты в относительных единицах.

Характеристики могут быть также построены с использованием диаграмм Потье. Порядок подобного построения изложен в примере расчета.