Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

 

Конфигурация

 

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

 

2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]

 

р=60∙f/n₁=60∙50/1500=2

 

2.1.2 Индуктивное сопр-ние рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]

 

х'_σ*=0,08 o.e.

 

2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]

 

к_н=

 

2.1.4 Предварительное значение КПД [рис. 11-2]

 

η'=0,92

 

Главные размеры

 

2.2.1 Расчетная мощность [1-12]

 

Р'=к_нР₂/cosφ=1.05∙100/0.8=131.25 кВт

 

2.2.2 Высота оси вращения [табл. 11-1]

 

h=315 мм

 

2.2.3 Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности [табл. 9-2]

 

h₁=7 мм

 

2.2.4 Наружный диаметр корпуса [1-27]

 

D_корп=2(h-h₁)=2(315-7)=616 мм

 

2.2.5 Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора [таб­л. 9-2]

 

D_н1max=590 мм

 

2.2.6 Выбираемый наружный диаметр сердечника статора [§ 11-3]

 

D_н1=590 мм

 

2.2.7 Внутренний диаметр сердечника статора [§ 11-3]

 

D₁=6+0.69D_н1=6+0.69*590=413 мм

 

2.2.8 Предварительное зн-ние линейной нагрузки статора [рис. 11-3]

 

А'₁=390 А/см

 

2.2.9 Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в но­минальном режиме, [рис. 11-4]

 

В'_б=0,83 Тл

 

2.2.10 Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздуш­ном зазоре машины при х.х. [11-3]

 

В'_б0=В'_б/к_н=0,83/1,05=0,79 Тлφφφφφφφφφφφφφφφ∙∙φφ

 

2.2.11 Полюсное деление статора [1-5]

 

мм

 

2.2.12 Индуктивное сопрот-ние машины по продольной оси [рис. 11-5]

 

х_d*=2.4 о. е.

 

2.2.13 Индуктивное сопрот-ние реакции якоря по продольной оси [11-4]

 

х_ad*=х_d* - х_σ*=2,4-0,08=2.32 о. е.

 

2.2.14 Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердеч­ника ротора или полюсного наконечника и полюса [§ 11-3]

 

к'=1,07

 

2.2.15 Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора [11-2]

 

мм

 

2.2.16 Уточненная величина воздушного зазора [§ 11-3]

 

б=2.3 мм

 

2.2.17 В машинах с h=315-450 мм по [§ 11-3] применяем эксцентричную форму воздушного зазора по [рис. 11-8]

 

2.2.18 Отношение максимальной величины зазора к минимальной [§ 11-3]

 

б''/б'=1,5

 

2.2.19 Воздушный зазор по оси полюса [11-13]

 

б'=б/1,125=2.3/1,125=2.05 мм

 

2.2.20 Воздушный зазор под краем полюсного наконечника [11-14]

 

б''=б/0,75=2.3/0,75=3.1 мм

 

2.2.21 Коэффициент полюсной дуги действительный [§ 11-3]

 

α=0,73-8.57∙10­^-5∙D_н1=0,73-8.57∙10^-5∙590=0.67

 

2.2.22 Коэффициент полюсной дуги расчетный [рис. 11-9]

 

­α'=0,66

 

Сердечник статора

 

Марка стали 2312, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм

 

2.3.1 Коэффициент заполнения сердечника статора сталью [§ 9-3]

 

к_с=0,95

 

2.3.2 Коэффициент формы поля возбуждения [рис. 11-9]

 

к_в=1,16

 

2.3.3 Обмоточный коэффициент [§ 9-3, стр. 119]

 

к_об1=0,91

2.3.4 Расчетная длина сердечника статора [1-31]

 

мм

 

2.3.5 Количество пакетов стали в сердечнике статора [11-16]

 

n_n1=1

 

2.3.6 Конструктивная длина сердечника статора [1-33, § 9-3]

 

ℓ₁=ℓ'₁=140 мм

 

2.3.7 Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора [9-2]

 

λ=ℓ₁/D₁=140/413=0,34

 

2.3.8 Проверка по условию λ< λ_max [рис. 11-10]

 

λ_max=1,1>0,34= λ

 

2.3.9 Количество пазов на полюс и фазу [§ 11-3]

 

q₁=5

 

2.3.10 Количество пазов сердечника статора [9-3]

 

z₁=2∙р∙m₁∙q₁=2∙2∙3∙5=60

 

2.3.11 Проверка правильности выбора значения z₁ [11-15]

 

z₁/g∙m₁=K,

где К – целое число,

g – общий делитель чисел z₁ и p

 

60/2∙3=10 – целое число

 

Сердечник ротора

 

Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффици­ент заполнения сердечника ротора сталью к_с=0,98

 

2.4.1 Длина сердечник ротора [11-20]

 

ℓ₂=ℓ₁+15=140+15=155 мм

 

 

2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник

 

 

Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффици­ент заполнения сердечника полюса и полюсного наконечника сталью к_с=0,98

 

2.5.1 Длина шихтованного сердечника полюса [11-19]

 

ℓ_п=ℓ₁+15=140+15=155 мм

 

2.5.2 Магнитная индукция в основании сердечника полюса [§ 11-3]

 

В'_п=1,45 Тл

 

2.5.3 Предварительное значение магнитного потока [9-14]

 

Ф'=В'_б∙D₁∙ℓ'₁∙10^-6/р=0,83∙413∙140∙10^-6/2=0,024 Вб

 

2.5.4 Ширина дуги полюсного наконечника [11-25]

 

b_н.п=α∙ =0.67∙324.2=217 мм

 

2.5.5 Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре [11-26]

 

мм

 

2.5.6 Ширина полюсного наконечника, определяемая хордой [11-28]

 

b'_н.п=2R_н.пsin(0.5b_н.п/R_н.п)=2∙199∙sin(0,5∙217/199)=206.6 мм

 

2.5.7 Высота полюсного наконечника у его края [§ 11-3]

 

h'_н.п=11 мм

 

2.5.8 Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцен-трич­ным зазором [11-29]

 

h_н.п=h'_н.п+R_н.п - мм

 

2.5.9 Поправочный коэффициент [11-24]

 

к_σ=1,25∙h_н.п+25=1,25∙32+25=75

 

2.5.10 Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов [11-22]

 

 

σ'=1+к_σ∙35∙б/ ²=1+75∙35∙2,3/324,2²=1,06

 

2.5.11 Ширина сердечника полюса [11-21]

 

b_п=σ'∙Ф'∙10⁶/(к_с∙ℓ_п∙В'_п)=1,06∙0,024∙10⁶/(0,98∙155∙1,45)=115,2 мм

 

2.5.12 Высота выступа у основания сердечника [11-32]

 

h'_п=10,5∙б'+0,18∙D₁=10,5∙2,05+0,18∙413=95,8 мм

 

2.5.13 Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора [11-33]

 

D'₂=d_в=к_в∙ мм

 

2.5.14 Высота спинки ротора [11-34]

 

h_с2=0,5∙D₁-б-h'_п- h_н.п -0,5∙D'₂=0,5∙413-2,3-40-95,8-0,5∙101,4=17,7 м

 

2.5.15 Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу [11-35]

 

h'_с2=h_с2+0,5∙D'₂=17,7+0.5∙101,4=68,4 мм

 

2.5.16 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 полуоткрытые пазы.

 

3.2 Коэффициент распределения [9-9]

 

к_р1= ,

где α=60/q₁

 

3.3 Укорочение шага [§ 9-4]

 

при 2p≥4 принимаем β'₁=0,8

 

3.4 Шаг обмотки [9-11]

 

у_п1=β₁∙z₁/(2∙p)=0,8∙60/(2∙2)=12

 

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

 

β₁=2∙р∙у_п1/z₁=2∙2∙12/60=0,8

 

3.6 Коэффициент укорочения [9-12]

 

к_у1=sin(β₁∙90˚)=sin(0,8∙90)=0,951

 

3.7 Обмоточный коэффициент [9-13]

 

к_об1=к_р1∙к_у1=0,96∙0,951=0,913

 

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

w'₁=

 

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

 

а₁=2

 

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

 

N'_п1=

 

Принимаем N_п1=10

 

3.11 Уточненное количество витков [9-17]

 

 

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

N_д=1

 

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

 

а_д=2

 

3.14 Количество витков дополнительной обмотки статора [11-38]

 

 

3.15 Уточненное значение магнитного потока [9-18]

 

Ф=Ф'(w'₁/w₁)=0,024(49,8/50)=0,0239 Вб

 

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

 

В_б=В'_б(w'₁/w₁)=0,83∙(49,8/50)=0,828 Тл

 

3.17 Предварительное значение номинального фазного тока [11-40]

 

А

 

3.18 Уточненная линейная нагрузка статора [9-21]

 

А/см

 

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

 

В_с1=1,65 Тл

 

 

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

 

В'_з1max=1,7∙0,95=1,615 Тл

 

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

 

t₁=π∙D₁/z₁=3.14∙413/60=21,6 мм

 

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

 

b'_з1min= мм

 

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

 

b'_п1=t_1min-b'_з1min=21,6-11,7=9,9 мм

 

3.24 Высота спинки статора [9-24]

 

h_c1= мм

 

3.25 Высота паза [9-25]

 

h_n1=(D_н1-D₁)/2-h_c1=(590-413)/2-49,3=39,2 мм

 

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

 

h_и=6,5 мм

 

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

 

2b_и=2,2 мм

 

3.28 Высота шлица [§ 9-4]

 

h_ш=1,0 мм

 

3.29 Высота клина [§ 9-4]

 

h_к=3,5 мм

 

3.30 Ширина зубца в наиболее узком месте [§ 9-4]

 

b'_з1min=10 мм

 

3.31 Предварительная ширина паза в штампе [9-48]

 

b'_п1=t_1min-b'_з1min=21,6-10=11,6 мм

 

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

 

b_c=0,3 мм

 

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

 

h_c=0,3 мм

 

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

 

N_ш=2

 

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

 

b'_эф=(b'_n1-2b_и1-b_c)/N_ш=(11,6-2,2-0,3)/2=4,56 мм

 

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

 

N_в=N_п1/N_ш=10/2=5

 

3.37 Допустимая 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∙39,2-6,5-3,5-1-0,3)/5=4,8 мм

 

3.38 Площадь эффективного проводника [9-53]

 

S'_эф=а'_эф∙b'_эф=4,8∙4,56=21,9 мм²

 

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

 

с=3

 

3.40 Меньший размер неизолированного элементарного провода [9-54]

 

а'=(а'_эф/с_а)-Δ_и=4,8/3-0,15=1,45 мм

 

где Δ_и=0,15 мм – двухсторонняя толщина изоляции провода [прил. 3]

 

3.41 Больший размер неизолированного элементарного провода [9-55]

 

b'=(b'_эф/с_b)-Δ_и=4,56/1-0,15=4,41 мм

 

3.42 Размеры провода [прил. 2]

 

а × b=1,4 × 4,5 мм

S=6 мм²

 

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

 

b_n1=N_ш∙с_b(b+Δ_и)+2∙b_и1+b_с=2∙1(4,5+0.15)+2,2+0,3=11,8 мм

 

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

 

b_з1min=t_1min -b_n1=21,6-11,8=9,8 мм

 

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

 

В_з1max=t₁∙B_б/(b_з1mink_c)=21,6∙0,828/(9,8∙0,95)=1,92 Тл

 

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

 

h_п.о=N_в.ос_о.в(а+Δ_и.а)+h_и.о=5∙3(1,4+0,15)+4,5=27,75 мм

 

3.47 Изоляция обмотки статора [прил. 28]

 

h_и.д=2 мм

 

3.48 Размер даполнительной обмотки статора по высоте паза [11-51]

 

h_п.д=N_в.дс_д.в(а+Δ_и.а)+h_и.д=1∙3(1,4+0,15)+2=6,65 мм

 

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

 

h_п1=h_п.о+h_п.д+h_к+h_ш+h_с=27,75+6,65+3,5+1,0+0,3=39,2 мм

 

3.50 Среднее зубцовое деление статора [9-40]

 

t_ср1=π(D₁+h_п1)/z₁=3,14(413+39,2)/60=23,8 мм

 

3.51 Средняя ширина катушки обмотки статора [9-41]

 

b_ср1=t_ср1∙у_п1=23,8∙12=284,1 мм

 

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

 

ℓ_л1=1,3∙b_ср1+h_п1+50=1,3∙284,1+39,2+50=458,6 мм

 

3.53 Средняя длина витка обмотки [9-43]

 

ℓ_ср1=2∙(ℓ₁+ℓ_л1)=2∙(140+458,1)=1197 мм

 

3.54 Длина вылета лобовой части обмотки [9-63]

 

ℓ_в1=0,4∙b_ср1+h_п1/2+25=0,4∙284,1+39,2/2+25=158,3 мм

 

3.55 Плотность тока в обмотке статора [9-39]

 

J₁=I₁/(S∙c∙a₁)=180,4/(6∙3∙2)=5,0 А/мм²

 

3.56 Определяем значение А₁*J₁

 

А₁*J₁=417,2∙5,0=2090,7 A²/(cм∙мм²)

 

3.57 Допустимое значение (А₁*J₁)_доп [рис. 11-12]

 

(А₁*J₁)_доп=3100>2090,7=А₁*J₁

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∙324,2∙417,2/5=405,0 мм²

 

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

 

t'₂=21,6 мм

 

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

 

N'₂=1+(b_н.п-20)/t'₂=1+(217-20)/21,6=11

 

4.4 Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки [11-55]

 

d'_с=1,13 мм

 

4.5 Диаметр и сечение стержня [§ 11-5]

 

d_с=6 мм; S=28,3 мм²

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

 

h'_н.п/d_с=11/6=1,83≥1,7

 

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

 

b_з2min=8 мм

 

4.8 Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника [11-56]

 

t₂=(b_н.п – d_c – 2b_з2min)/(N₂-1)=(217-6-2∙8)/(11-1)=19,5 мм

 

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

 

d_п2=d_с+0,1=6+0,1=6,1 мм

 

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

 

b_ш2×h_ш2=3×3 мм

 

4.11 Предварительная длина стержня демпферной обмотки [11-58]

 

ℓ'_ст=ℓ₁+0,2∙τ=140+0,2∙324,2=205 мм

 

4.12 Площадь поперечного сечения [11-59]

 

S'_с=0,5S_2Σ=0,5∙405,0=202,5 мм²

 

4.13 Высота короткозамыкающего сегмента [§ 11-5]

 

h'_с≥2∙d_с=2∙6=12 мм

 

4.14 Ширина короткозамыкающего сегмента [§ 11-5]

 

ℓ'_с≥0,7∙d_с=0,7∙6=4,2 мм

4.15 Уточненные размеры и сечение короткозамыкающего сегмента [прил. 2]

 

h_c×ℓ_с=12,5×4,25 мм

S_с= 52,27 мм².

5 Расчет магнитной цепи

Воздушный зазор

 

5.1.1 Расчетная площадь поперечного сечения возд-ного зазора [11-60]

 

S_б=α'∙τ(ℓ'₁+2∙б)=0,66∙324,2∙(140+2∙2,3)=30960 мм²

 

5.1.2 Уточненное значение магн. индукции в воздушном зазоре [11-61]

 

В_б=Ф∙10⁶/S_б=0,024∙10⁶/30960=0,773 Тл

 

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

 

к_б1=1+

 

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

 

к_б2=1+

 

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

 

к_к=1

 

5.1.6 Общий коэффициент воздушного зазора [9-120]

 

к_б=к_б1∙к_б2∙к_к=1,14∙1,033∙1=1,18

 

5.1.7 МДС для воздушного зазора [9-121]

 

F_б=0,8∙ б∙к_б∙В_б∙10³=0,8∙1,18∙2,3∙0,773 ∙10³=1678 А

 

Зубцы статора

 

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

 

t_1min=π∙ (D₁+2∙h_ш1+2∙h_k)/z₁=3,14∙(413+2∙1+2∙3,5)/60=22,08 мм

 

 

5.2.2 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]

 

t_1max=π∙ (D₁+2∙h_п)/z₁=3,14∙(413+2∙39,2)/60=25,72 мм

 

5.2.3 Ширина зубца в наиболее узкой части [9-58]

 

b_з1min= t_1min – b_п1=22,08-11,8=10,28 мм

 

5.2.4 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]

 

b_з1max= t_1max – b_п1=25,72-11,8=13,92 мм

 

5.2.5 Ширина зубца в средней части [9-130]

 

b_з1ср=(b_з1min + b_з1max)/2=(10,28+13,92)/2=12,1 мм

 

5.2.6 Магнитная индукция зубца статора в наиболее узкой части [9-59]

 

В_з1max=t₁∙B_б/(b_з1mink_c)=21,6∙0,773/(10,28∙0,95)=1,72 Тл

 

5.2.7 Маг-ная индукция зубца статора в наиболее широкой части [9-131]

 

В_з1max=t₁∙B_б/(b_з1maxk_c)=21,6∙0,773/(13,92∙0,95)=1,27 Тл

 

5.2.8 Магнитная индукция зубца статора в средней части [9-132]

 

В_з1ср=t₁∙B_б/(b_з1срk_c)=21,6∙0,773/(12,1∙0,95)=1,46 Тл

 

5.2.9 Коэффициент зубцов в наиболее узкой части [9-133]

 

k_з1max=[t_1min/(b_з1mink_c)]-1=[25,72/(10,28∙0,95)]-1=1,26

 

5.2.10 Коэффициент зубцов в наиболее широкой части [9-134]

 

k_з1min=[t_1max/(b_з1maxk_c)]-1=[22,08/(13,92∙0,95)]-1=0,94

 

5.2.11 Напряженность магн-ного поля в наиболее узкой части [прил. 9]

 

H_з1max= 20 А/см

 

5.2.12 Напряженность магнитного поля в наиболее широкой части [прил. 8, прил. 15]

 

H_з1min= 6,77 А/см

 

5.2.13 Напряженность магнитного поля в средней части

[прил. 8, прил. 15]

 

H_з1ср= 10,2 А/см

 

5.2.14 Среднее значение напряж-ти магнитного поля в зубцах [9-136]

 

H_з1 = (H_з1max + 4∙H_з1ср+ H_з1min)/6=(20+4∙10,2+6,77)/6=11,3 А/см

 

5.2.15 Средняя длина пути магнитного потока [9-124]

 

L_з1=h_п1=39,2 мм

5.2.16 МДС для зубцов [9-125]

 

F_з1=0,1∙Н_з1∙L_з1=0,1∙39,2∙11,3=44,3 А

 

Спинка статора

 

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

 

S_c1=h_c1∙ℓ_c1∙k_c=49,3∙140∙0,95=6557 мм²

 

5.3.2 Расчетная магнитная индукция [11-67]

 

В_с1=Ф∙10⁶/2(S_c1)=0,024∙10⁶/(2∙6557)=1,82 Тл

 

5.3.3 Напряженность магнитного поля [прил. 12]

 

Н_с1=38,0 А/см

5.3.4 Средняя длина пути магнитного потока [9-166]

 

L_с1=π(D_н1-h_с1)/(4р)=3,14(590-49,3)/(2∙4)=212,3 мм

 

5.3.5 МДС для спинки статора [11-68]

 

F_с1=0,1∙Н_с1L_с1=0,1∙38∙212,3=807 А

 

Зубцы полюсного наконечника

 

5.4.1 Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника [11-69]

 

В_з2= Тл

 

5.4.2 Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника [при­л. 21]

 

Н_з2=11,3 А/см

 

5.4.3 Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника [11-70]

 

L_з2=h_ш2+d_п2=3+6,1=9,1 мм

 

5.4.4 МДС для зубцов полюсного наконечника [11-71]

 

F_з2=0,1H_з2L_з2=0,1∙11,3∙9,1=10,3 А

 

Полюсы

 

5.5.1 Величина выступа полюсного наконечника [11-72]

 

b''_п=0,5(b'_н.п – b_п)=0,5(206,6-115,1)=45,7 мм

 

5.5.2 Высота полюсного наконечника [11-83]

 

h_н=(2h_н.п+h'_н.п)/3=(2∙40+11)/3=30,3 мм

 

5.5.3 Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконеч­ников [11-84]

 

а_н.п=[π(D₁-2б''-h'_н.п)/2р]-b'_н.п=[3,14(413-2∙2,3-11)/(2∙2)]-206,6=104,3 мм

 

5.5.4 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния [11-85]

 

λ_н.п= =

=

 

5.5.5 Длина пути магнитного потока в полюсе [11-87]

 

L_н=h'_п+0,5h_н.п – L_з2=95,8+0,2∙40-9,1=106,7 мм

 

5.5.6 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по сердечникам полюсов [11-88]

 

λ_п.с= =

5.5.7 Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по торцам полю­сов [11-89]

 

λ_п.в=37∙b_п/ℓ_п=37∙115,1/155=27,5

 

5.5.8 Коэф-нт магнитной проводимости потока рассеяния полюсов [11-90]

 

λ_п=λ_н.п+λ_п.с+λ_п.в=40,6+78+27,5=146,2

 

5.5.9 МДС для статора и воздушного зазора [11-91]

 

F_бзс=F_б+F_з1+F_с1=1678+44,3+807=2530 А

 

5.5.10 Магнитный поток рассеяния полюсов [11-92]

 

Ф_σ=4∙λ_п∙ℓ_н.п∙F_бзс∙10^-11=4∙146,2∙155∙2530 ∙10^-11=0,0023 Вб

 

5.5.11 Коэффициент рассеяния магнитного потока [11-93]

 

σ=1+Ф_σ/Ф=1+0,0023/0,024=1,096

 

5.5.12 Расчетная площадь попер-го сечения сердечника полюса [11-94]

 

S_п=к_сℓ_пb_п=0,98∙115,1∙155=17500 мм²

 

5.5.13 Магнитный поток в сердечнике полюса [11-95]

 

Ф_п=Ф+Ф_σ=0,024+0,0023=0,0262 Вб

 

5.5.14 Магнитная индукция в сердечнике полюса [11-96]

 

В_п=Ф_п/(S_п∙10^-6)=0,0262/(17500 ∙10^-6)=1,5 Тл

 

5.5.15 Напряженность магн-ного поля в сердечнике полюса [прил. 21]

 

Н_п=28,9 А/см

 

5.5.16 Длина пути магнитного потока в полюсе

L_п=L_н=106,7 мм

 

5.5.17 МДС для полюса [11-104]

 

F_п=0,1∙L_п∙Н_п=0,1∙106,7∙28,9=308,4 А

 

Спинка ротора

 

5.6.1 Расчетная площадь поперечного сечения спинки ротора [11-105]

 

S_с2=ℓ₂ ∙ h'_с2 ∙ к_с=155∙68,4∙0,98=10390 мм²

 

5.6.2 Среднее значение индукции в спинке ротора [11-106]

 

В_c2=σ∙Ф∙10⁶/(2∙S_с2)=1,096∙0,024∙10⁶/(2∙10390)=1,26 Тл

 

5.6.3 Напряженность магнитного поля в спинке ротора [прил. 21]

 

Н_c2=14,6 А/см

 

5.6.4 Средняя длина пути магнитного потока в спинке ротора [11-107]

 

L_с2=[π(D₂+2h_c2)/(4p)]+0,5h'_с2=[3,14(101,4+2∙17,7)/(4∙2)+0,5∙68,4=87,9 мм

 

5.6.5 МДС для спинки ротора [9-170]

 

F_c2=0,1∙L_c2∙H_c2=0,1∙87,9∙14,6=128,4 А

 

Постоянные времени обмоток

 

9.6.1 Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной [11-198]

 

Т_d0=x_п*/ω₁r_п*=2,75/0,0038∙2∙3,14∙50=2,29 с

 

9.6.2 Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной [11-199]

 

Т'_d=T_d0x'_d*/x_d*=2,29∙0,43/2,51=0,4 с

 

9.6.3 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по продольной оси [11-200]

 

T_дd0= с

 

9.6.4 Демпферная обмотка при разомкнутых обмотках статора и возбуждения по поперечной оси [11-201]

 

T_дq0= с

 

9.6.5 Демпферная обмотка по продольной оси при разомкнутой обмотке статора и замкнутой обмотке возбуждения [11-202]

 

T''_d0= с

 

9.6.6 Демпферная обмотка по продольной оси при короткозамкнутых обмотках возбуждения и статора [11-203]

 

T''_d=T'''_d0x''_d*/x'_d*=0,0067∙0,168/0,43=0,0026 с

 

9.6.7 Демпферная обмотка по поперечной оси при короткозамкнутой обмотке статора [11-204]

 

T''_q=T_дq0x''_q*/x_q*=0,019∙0,149/1,33=0,0021 с

 

9.6.8 Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора [11-205]

 

T_a=x_2*/ω₁r_1*=0,158/(2∙3,14∙50∙0,229)=0,022 с

10 Потери и КПД

 

10.1 Зубцовое деление статора в максимальном сечении зубца [9-128]

 

t_1max=π(D₁-2h_п)/z₁=π(413-2∙39,2)/60=25,7 мм

 

10.2 Ширина зубца в наиболее широкой части [9-129]

 

b_з1max=t_1max-b_n1=25,7-11,8=13,9 мм

 

10.3 Ширина зубца в средней части [9-130]

 

b_з1cp=(b_з1min+b_з1max)/2=(25,7+9,8)/2=11,9 мм

 

10.4 Расчетная масса стали зубцов статора [9-260]

 

m_з1=7,8z₁b_з1срh_n1ℓ₁k_c∙10^-6=7,8∙60∙11,9∙39,2∙140∙0,95∙10^-6=30 кг

 

10.5 Магнитные потери в зубцах статора [9-251]

 

P_з1=3В²_з1срm_з1=3∙1,46²∙30=185,3 Вт

 

10.6 Масса стали спинки статора [9-261]

 

m_c1=7,8π(D_н1-h_c1)h_c1ℓ₁k_c∙10^-6=7,8∙3,14(590-49,3)∙49,3∙140∙0.95∙10^-6=86,9 кг

 

10.7 Магнитные потери в спинке статора [9-255]

 

Р_с1=3В²_с1m_c1=3∙1,82²∙86,9=867,6 Вт

 

10.8 Амплитуда колебаний индукции [11-206]

 

В₀=β₀к_бВ_б=0,25∙1,18∙0,773=0,228 Тл

 

10.9 Среднее значение удельных поверхностных потерь [11-207]

 

р_пов=к₀(z₁n₁∙10^-4)^1,5(0,1В₀t₁)²=4,5(60∙1500∙10^-4)(0,1∙0,228∙21,6)²=9,19 Вт/м²

 

10.10 Поверхностные потери машины [11-208]

 

Р_пов=2∙р∙τ∙α∙ℓ_пр∙_пов∙к_п∙10^-6=2∙2∙324,4∙0,67∙150∙9,19∙0,6∙10^-6=0,742 Вт

 

10.11 Суммарные магнитные потери [11-213]

 

 

Р_сΣ=Р_с1+Р_з1+Р_пов=185,3+867,6+0,742=1053,6 Вт

 

10.12 Потери в обмотке статора [11-209]

 

Р_м1=m₁∙I²₁∙r₁∙m_т+m₁∙(I'_пн/ )²∙r_д∙m_т=

=3∙180,4²∙0,029∙1,38+3∙(66,8/ )²∙0,0029∙1,38=3949 Вт

 

10.13 Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора [11-214]

 

Р_п=I²_п.нr_пm_т+2I_п.н=66,8²∙0,4∙1,38+2∙66,8=2608 Вт

 

10.14 Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке [11-215]

 

Р_доб=0,005Р_н=0,005∙100000=500 Вт

 

10.15 Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию [11-210]

 

Р'_мх=Р_т.п+Р_вен=8()²()³=8()²()³=1268 Вт

 

10.16 Потери на трение щеток о контактные кольца [11-212]

 

Р_т.щ=2,6I_п.нD₁n₁∙10^-6 =2,6∙66,8∙413∙1500∙10^-6=107,6 Вт

 

10.17 Механические потери [11-217]

 

Р_мх=Р'_мх+Р_тщ=1268+107,6=1375,6 Вт

 

10.18 Суммарные потери [11-218]

 

Р_Σ=Р_сΣ+Р_м1+Р_доб+Р_п+Р_мх=1053,6+3949+500+2608+1375,6=9486,1 Вт

 

10.19 КПД при номинальной нагрузке [11-219]

 

η=[1-Р_Σ/(Р_2н+Р_Σ)] ∙100=[1-9486,1/(100000+9486,1)] ∙100=91,3 %

11 Характеристики машин

 

11.1.1 Повышение напряжения на зажимах генератора [11-220]

 

ΔU%= %= =30%

 

11.1.2 Значение ОКЗ [11-227]

 

ОКЗ=Е'_0*/х_d*=1,2/2,51=0,478 о.е.

 

11.1.3 Кратность установившегося тока к.з. [11-228]

 

I_k/I_1н=ОКЗ∙I_п.н*=0,478∙3,41=1,63 о.е.

 

11.1.4 Наибольшее мгновенное значение тока [11-229]

 

i_уд=1,89/х''_d*=1,89/0,168=11,3 о.е.

 

11.1.5 Статическая перегружаемость [11-223]

 

S=E'_0о*k_p/x_d*cosφ_н=4,44∙1,02/2,51∙0,8=2,25 о.е.

 

11.1.6 Определяем ЭДС (рис. 5-1)

Е'_0*= 3 о.е.

 

11.1.7 Определяем уравнение [11-221]

 

Р_*=(Е'_0*/х_d*)sinθ+0,5(1/х_q*-1/x_d*)sin2θ=

=3/2,51∙sinθ+0,5(1/1,33-1/2,51)sin2θ=1,2sinθ+0,18sin2θ

Рис. 11-1. Угловая характеристика

12 Тепловой и вентиляционный расчеты

 

Вентиляционный расчет

 

Принята система вентиляции аксиальная [§ 11-13]

 

12.3.1 Необходимый расход воздуха [5-28]

 

V_в= = м³/с

 

12.3.2 Эквивалентное аэродинамическое сопр-ние воздухопровода [§ 11-13]

 

z₁=200 Па∙с²/м

 

12.3.3 Наружный диаметр вентилятора [10-382]

 

D_вен2=0,85D₁=0,85∙413=351 мм

 

12.3.4 Внутренний диаметр колеса вентилятора [10-383]

 

D_вен1=0,65D₁=0,65∙413=268,5 мм

 

12.3.5 Длина лопатки вентилятора [10-384]

 

l_л=0,13D₁=0,13∙413=53,7 мм

 

12.3.6 Количество лопаток вентилятора [10-385]

 

N_л= D_вен2/20=351/20≈18

 

12.3.7 Линейная скорость вентилятора по наружному диаметру [5-34]

 

V_вен2= π∙D_вен2∙n/(6∙10⁴)=3,14∙351∙1500/60000=27,6 м/с

 

12.3.8 Линейная скорость вентилятора по внутреннему диаметру [5-35]

 

V_вен1= π∙D_вен1∙n/(6∙10⁴)=3,14∙268,5∙1500/60000=21,1 м/с

 

12.3.9 Напор вентилятора [5-33]

 

H₀=η_а.о∙γ(V²_вен2-V²_вен1)=0,6∙1,23(27,6²-21,1²)=233,6 Па,

 

где η_а.о=0,6 – аэродинамический КПД вентилятора [§ 5-6];

γ = 1.23 кг/м³ – плотность воздуха.

 

12.3.10 Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора [5-37]

 

S_вен=0,92π∙D_вен2∙l_л∙10^-6=0,92∙3,14∙351∙53,7∙10^-6=0,0545 м²

 

12.3.11 Максимальный расход воздуха [5-36]

 

V_{в max}=0,42∙V_вен2∙S_вен =0,42∙27,6∙0,0545=0,631 м³/с

 

12.3.12 Действительный расход воздуха [5-38]

 

V_в =V_{в max} м³/с

 

12.3.13 Действительный напор вентилятора [5-38]

 

Па

13 Масса и динамический момент инерции

 

Масса

 

13.1.1 Масса стали сердечника статора [11-255]

 

m_с1Σ=m_з1+m_с1=29+86,9=115,9 кг

 

13.1.2 Масса стали полюсов [11-256]

 

m_сп=7,8∙10^-6к_сℓ_п(b_пh'_п+к_кb_нпh_нп)2р=

=7,8∙10^-6∙0,98∙155(115,2∙95,8+0,8∙217,1∙40)∙4=85,2 кг

 

13.1.3 Масса стали сердечника ротора [11-257]

 

m_с2=6,12к_с10^-6ℓ₁[(2,05h_с2+D₂)²-D₂]=

=6,12∙0,98∙10^-6∙155[(2,05∙17,7+101,4)-101,4]=17,5 кг

 

13.1.4 Суммарная масса активной стали статора и ротора [11-258]

 

m_сΣ=m_с1Σ+m_сп+m_с2=115,9+85,2+17,5 =218,6 кг

 

13.1.5 Масса меди обмотки статора [11-259]

 

m_м1=8,9∙10^-6m₁(a₁w₁ℓ_ср1S₀+a_dw_dℓ_срдS_эфд)=

=8,9∙10^-6∙3(3∙32∙1282,2∙4,075+4∙3∙1282,2∙4,0375∙2)=17,3 кг

 

13.1.6 Масса меди демпферной обмотки [11-260]

 

m_м.д=8,9∙10^-62р(N'₂Sℓ'_ст+b'_н.пS_с+0,6S_сС_п)=

=8,9∙10^-6∙4(11∙28,3∙204,9+206,6∙52,27+0,6∙52,27∙2)=2,66 кг

 

13.1.7 Суммарная масса меди [11-261]

 

m_мΣ= m_м1+ m_м.п +m_мд =17,3+97+2,66=120,7 кг

 

13.1.8 Суммарная масса изоляции [11-262]

 

m_и=(3,8D^1,5_н1+0,2D_н1ℓ₁)10^-4=(3,8∙590^1,5+0,2∙590∙140)∙10^-4=7,1 кг

 

13.1.9 Масса конструкционных материалов [11-264]

 

m_к=АD_н1+В=0,32∙590+400=588,8 кг

 

 

13.1.10 Масса машины [11-265]

 

m_маш=m_сΣ+m_мΣ+m_и+m_к=218,6+120,7+7,1+588,8=935,2 кг

 

Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы

 

Конфигурация

 

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

 

2.1.1 Количество пар полюсов [9-1]

 

р=60∙f/n₁=60∙50/1500=2

 

2.1.2 Индуктивное сопр-ние рассеяния обмотки статора [рис. 11-1]

 

х'_σ*=0,08 o.e.

 

2.1.3 Коэффициент мощности нагрузки [11-1]

 

к