0. Расчет и конструирование синхронных машин Синхронные генераторы и двигатели

Параметры		Последняя цифра шифра
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номинальная мощность, Р2 кВт	СГ	30	45	55	75	90	132	160	250	400	630
	СД	400	500	315	250	400	315	160	132	200	75
Количество фаз статора m1		3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
Способ соединения фаз статора		Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y
Частота напряжения f, Гц		50	50	50	50	50	50	50	50	50	50
Коэффициент мощности Cosφ		СГ - 0.8 (отстающий) СД – 0,9 (опережающий)
Номинальное линейное напряжение Uл, кВ	СГ	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
	СД	6	10	6	6	6	6	0,38	0,38	0,38	0,38
Способ возбуждения		От специальной обмотки, заложенной в пазы статора
Степень защиты от внешних воздействий		Защищенное - IP 23
Способ охлаждения		Самовентиляция - IC 01
Способ монтажа		IM 1001
Климатические условия		СГ - У2 СД – У4
Класс нагревостойкости изоляции		F

Для всех вариантов форма выступающего конца вала – цилиндрическая, способ соединения с приводным двигателем – упругая муфта.

Частоту вращения ротора следует выбирать по предпоследней цифре шифра. Для синхронных генераторов: для четных – 1000 об/мин, для нечетных – 1500 об/мин.

Для синхронных двигателей: для четных - 750 об/мин, для нечетных – 600 об/мин.

Пояснительная записка проекта (работы) синхронной машины должна содержать следующие разделы:

1. Электромагнитный расчет (выбор электромагнитных нагрузок, типа обмотки, выбор размеров пазов, расчет кривой намагничивания и т.п.).

2. Определение параметров машины (активных и индуктивных сопротивлений установившегося режима, а также переходного и сверхпереходного процессов).

3. Определение постоянных времени переходных процессов, кратностей токов короткого замыкания, ударного тока к.з.

4. Построение векторных диаграмм ЭДС Блонделя или МДС Потье (на выбор).

5. Построение характеристик холостого хода, трехфазного короткого замыкания, регулировочной и угловой.

Целью выполнения проекта (работы) является закрепление знаний, полученных при изучении теоретического курса электрических машин, и ознакомление с основными элементами расчета и конструкции синхронных машин.

Используя рекомендуемую литературу, необходимо определить главные размеры машины. По расчетной мощности генератора определяются высота оси вращения, наружный диаметр корпуса, наружный и внутренний диаметры сердечника статора, предварительные значения линейной нагрузки статора, магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме и при холостом ходе.

Необходимо иметь в виду, что под длиной машины понимается физическая длина стали статора, включая вентиляционные каналы и изоляцию. Статор нужно разбить на пакеты таким образом, чтобы общая длина пакетов и вентиляционных каналов соответствовала условиям расчета.

Далее рассчитывается полюсное деление статора и индуктивные сопротивления машины и реакции якоря по продольной оси. Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюсов принимают K’=1,04-1,08. С учетом этого коэффициента рассчитывается величина воздушного зазора между полюсными наконечниками и сердечником статора и определяется форма зазора.

Следует обратить внимание на важность правильного выбора электромагнитных нагрузок А (задается током и размерами) и В_δ (задается напряжением и размерами). Чем большие значения принимают величины А и В_δ, тем меньше главные размеры и выше использование активных материалов в машине. Но увеличение электромагнитных нагрузок, сопровождаемое повышением температуры активных частей машины, ограничивается классом нагревостойкости изоляции. При выборе электромагнитных нагрузок следует учитывать, что отношение А/ В_δ должно находится в определенных пределах, так как его значение влияет на технико-экономические показатели - КПД, Cosφ, пусковую характеристику, массу. В главе 11 /2/ приведены рекомендуемые значения А и В_δ.

Также стоит обратить особое внимание на соотношение λ=L/D, так как оптимальные размеры L₁ и D₁ определяют такие показатели машины, как массу, динамический момент инерции вращающейся части, энергетические и технические показатели. Конструктивная длина сердечника статора L₁ при отсутствии в сердечнике радиальных каналов равна расчетной длине, округленной до ближайшего целого числа (при длине менее 100мм) и до ближайшего числа, кратного пяти (при длине более 100мм); соответственно изменится и значение L₁. При длине сердечника более 300-350 мм применяются радиальные вентиляционные каналы. В этом случае L₁ определяется по формуле (1-33) /2/ с округлением до ближайшего целого числа, кратного пяти.

Следует помнить, что магнитная цепь синхронной машины включает в себя пять участков - воздушный зазор, зубцы статора, спинка статора, полюсы, спинка ротора. Зная сечения этих участков, определяют индукции В в них. Затем по кривым намагничивания для данных сортов стали находят соответствующие напряженности поля Н. Умножив Н на длины участков, получают магнитные напряжения, сумма которых определяет МДС обмотки возбуждения. Наибольшее магнитное напряжение здесь приходится на воздушный зазор – оно составляет 86 – 92 % от МДС обмотки возбуждения при Е_о = U_н.

Для того чтобы построить частичные характеристики намагничивания в о.е. необходимо произвести расчет магнитной цепи при различных значениях потока (желательно полученные расчетные данные свести в таблицу).

По окончании всех необходимых расчетов, определяют все магнитные, электрические, механические потери. Рассчитав суммарные потери, определяют КПД при номинальной нагрузке.

Определив повышение напряжения на зажимах генератора или двигателя, рассчитывается ОКЗ, кратность установившегося тока к.з. и ударный ток. Необходимо построить угловые характеристики с объяснением построения.

Тепловой расчет производится для обмотки статора и обмотки возбуждения в соответствии с расчетом, изложенным в используемой литературе. Вентиляционный расчет служит для выбора системы вентиляции.

Также производится полный расчет массы машины, исходя из суммы масс отдельных элементов. Динамический момент инерции ротора так же определяется суммарным значением динамического момента инерции полюсов с катушками, сердечника ротора, вала.