Главная страница
Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Выбор главных размеров
Проектирование синхронных машин, как, впрочем, и любой другой электрической машины, начинают с выбора главных размеров: внутреннего диаметра статора и расчетной длины . Задача эта не имеет однозначного решения, так как при выборе главных размеров приходится учитывать ряд требований. Поэтому для нахождения оптимальных значений и приходится в некоторых случаях просчитывать ряд вариантов. Для сокращения числа рассчитываемых вариантов целесообразно воспользоваться рекомендациями, полученными на основе накопленного опыта проектирования и эксплуатации подобных машин. Для предварительного определения диаметра можно воспользоваться построенными в логарифмическом масштабе зависимостями (рис. 10.8), которые соответствуют усредненным диаметрам выполненных машин.


Рис. 10.8. Зависимость при различных числах полюсов:
а — при S ' > 100 кВА; б — при S ' ≤ 100 кВА
Расчетную электромагнитную мощность определяют по формулам:
для двигателя (10.1)
для генераторов .
Коэффициент представляет собой отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к номинальному напряжению. Он зависит от сопротивления обмотки статора. При работе синхронного двигателя с опережающим током и можно принять ; для генераторов, работающих с отстающим током и , принимают .
Коэффициент полезного действия для двигателей предварительно можно взять из табл. 10.3, где даны значения КПД для серийно выпускаемых синхронных двигателей при номинальном напряжении В. При В КПД двигателей увеличивается на 0, 3…1%, а при В снижается на 0, 05…0, 2 %. Коэффициенты полезного действия выпускаемых в настоящее время синхронных генераторов при и В даны в табл. 10.4.
При других значениях мощности, частоты вращения и напряжения предварительное значение КПД генераторов при можно получить по табл. 10.3 (с учетом поправки по напряжению), снизив найденное значение на 0, 2…0, 7%. В табл. 10.5 даны КПД для генераторов мощностью до 100 кВт.
Таблица 10.3. Значения КПД синхронных двигателей, %,
при = 0, 9 и = 6000 В
кВт
| , об/мин
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| —
| 94, 2
| 93, 9
| 93, 4
| —
| 91, 25
| 91, 27
| 90, 8
|
| —
| 94, 6
|
| 93, 9
| 92, 9
| 91, 6
| 91, 94
|
|
| —
| 94, 7
| 94, 4
| 94, 3
| 93, 7
| 92, 65
|
|
|
|
| 95, 1
| 94, 9
| 94, 6
| 94, 28
| 93, 4
| 93, 34
| 93, 5
|
| 95, 5
| 95, 6
| 94, 95
| 95, 17
| 94, 42
| 94, 2
| 93, 9
| 93, 9
|
| 95, 5
| 95, 63
| 95, 5
| 95, 5
|
|
| 94, 4
| 94, 45
|
| —
| 95, 9
| 95, 8
| 95, 54
| 95, 45
| 95, 3
| 94, 66
| 94, 66
|
| —
| 96, 3
|
|
| 95, 85
| 95, 77
| 95, 2
|
|
| —
| 96, 8
| 96, 3
| 96, 3
| 96, 2
| 95, 78
| 95, 7
| 95, 4
|
| —
| 96, 8
| 96, 7
| 96, 6
| 96, 5
| 96, 26
| 95, 72
| 95, 65
|
| —
|
| 96, 8
| 96, 88
| 96, 6
| 96, 69
| 96, 1
|
|
| —
| 97, 2
|
| 96, 83
| 96, 76
| 96, 54
| 96, 3
| 96, 28
|
| —
| 97, 3
| 97, 2
| 97, 09
| 97, 07
| —
| —
| —
|
Таблица 10.4. Значения КПД синхронных генераторов, %,
при =0, 8 и = 400 В
кВт
| , об/мин
|
|
|
|
|
| —
| —
| 90, 5
| —
|
| —
| 91, 3
| —
| —
|
| —
| —
| 91, 9
| —
|
|
| 92, 6
| —
| —
|
| —
| —
| 92, 7
| —
|
| —
| —
| —
| 92, 6
|
| —
| —
| —
| 93, 4
|
| —
| —
| —
| 93, 8
|
| —
| —
| —
| 94, 1
|
Таблица 10.5. Значения КПД синхронных генераторов, %,
= 0, 8, = 230 и 400 В и = 1500 об/мин
кВт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| , %
|
| 82, 2
|
|
| 87, 5
|
|
| 90, 5
|
| 92, 5
|
По найденному диаметру определяют полюсное деление:
(10.2)
где .
Предварительное значение внешнего диаметра статора находят по формуле
. (10.3)
Коэффициент в зависимости от числа полюсов машины имеет значения, приведенные в табл. 10.6.
Таблица 10.6. Значение в зависимости от числа полюсов
2
|
|
|
|
|
|
|
| 1, 43—1, 52
| 1, 4—1, 45
| 1, 35—1, 4
| 1, 3—1, 35
| 1, 28—1, 33
| 1, 22—1, 28
|
Полученное значение следует округлить до ближайшего нормализованного диаметра. Значения их даны в табл. 10.7. Нормализованные диаметры получены исходя из наиболее благоприятного раскроя листов электротехнической стали, при котором уменьшаются отходы при штамповке. Нормализованным диаметром определяется габарит машины.
Таблица 10.7. Высота оси вращения и диаметр статора
Габарит
| Диаметр, мм
| Высота оси вращения, мм
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
От выбранного внешнего диаметра магнитопровода статора зависит высота оси вращения у проектируемой машины. Высоты осей вращения в зависимости от для выпускаемых в настоящее время синхронных машин даны в табл. 10.7. Машины, выполненные на диаметрах от 1180 мм и выше, имеют высоту оси вращения мм, что достигается соответствующей приваркой лап к станине (см. рис. 10.3).
Если в результате округления отношение будет выходить за пределы значений коэффициента , то следует произвести пересчет внутреннего диаметра и полюсного деления :
; . (10.4)
В этом случае для можно взять среднее значение при данном числе полюсов.
По полученному диаметру находят расчетную длину машины, м:
, (10.5)
где — расчетный коэффициент полюсного перекрытия (см. рис. 10.21); —коэффициент формы поля (см. рис. 10.21); — обмоточный коэффициент обмотки статора; — линейная нагрузка статора, А/м; — максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл; — внутренний диаметр статора, м.
Как , так и зависят от размеров и конфигурации полюсного наконечника, а также воздушного зазора и полюсного деления. Поскольку на данной стадии расчета эти значения неизвестны, то предварительно можно принять = 0, 65…0, 68, = 1, 16…1, 41, а их произведение = 0, 75…0, 78 (эти значения соответствуют = 0, 68…0, 72, = 1, 5 и = 0, 01). При равномерном воздушном зазоре над полюсным наконечником в машинах небольшой мощности (менее 100 кВт) = 1, и можно принять = 0, 84…0, 87.
Обмоточный коэффициент определяют по шагу обмотки статора и числу пазов на полюс и фазу. Предварительно можно взять равным 0, 92, что примерно соответствует шагу обмотки = 0, 83.
Линейную нагрузку и индукцию для машин мощностью от 100…150 кВт и выше выбирают по кривым рис. 10.9, где приведенные зависимости получены для серийно выпускаемых синхронных машин с номинальным напряжением 6000… 6600 В. Эти же зависимости соответствуют машинам и при номинальном напряжении 380…400 В. При номинальном напряжении 10000 В индукцию можно так же выбирать по кривым рис. 10.9, а линейную нагрузку целесообразно снизить на 10…15%, так как из-за более толстой пазовой изоляции ухудшается охлаждение проводников обмотки якоря.

Рис. 10.9. Зависимость и A от 
для синхронных машин мощностью более 100 кВт
Значения индукции и линейной нагрузки для машин мощностью менее 100 кВт выбирают по рис 10.10.

Рис. 10.10. Зависимость и A от 
для синхронных машин мощностью менее 100 кВт
Найденные из рис. 10.9 или 10.10 значения и следует рассматривать как предварительные. В дальнейшем расчете при необходимости их можно изменить. При этом следует иметь в виду, что в зависимости от выбора и изменяется активный объем проектируемой машины. Чем больше произведение , тем меньший объем будет иметь машина. Однако как , так и имеют свои верхние пределы.
Основным фактором, ограничивающим линейную нагрузку, является нагрев обмотки, так как с возрастанием в ней увеличиваются электрические потери. Допустимое значение линейной нагрузки зависит от класса нагревостойкости применяемой изоляции, а также от конструктивного выполнения машины и, прежде всего, от способов ее охлаждения. Приведенные на рис. 10.9 и 10.10 значения получены по данным выпускаемых в настоящее время синхронных машин защищенного исполнения с косвенным воздушным охлаждением, имеющих изоляцию класса нагревостойкости В. При применении изоляции класса нагревостойкости линейную нагрузку следует увеличить в 1, 12 раза, а при применении изоляции класса нагревостойкости H — в 1, 2 раза.
Верхний предел индукции ограничен главным образом насыщением магнитной цепи и, в первую очередь насыщением зубцового слоя. С повышением насыщения увеличивается мощность, необходимая для возбуждения машины, вследствие чего возрастают размеры обмотки возбуждения и высоты полюса.
Следует также отметить, что от отношения зависят индуктивные сопротивления обмотки. С увеличением этого отношения индуктивные сопротивления возрастают.
Определив расчетную длину машины , находят отношение
. (10.6)
От зависят ряд показателей машины и условия ее охлаждения. Чем длиннее машина (больше ), тем хуже условия ее охлаждения. Значение для выпускаемых в настоящее время синхронных машин обычно лежит в пределах, указанных на рис. 10.11. Если не укладывается в указанные пределы, то следует изменить диаметр , а если потребуется, то и внешний диаметр . При изменении диаметра в соответствии с (10.5) изменится и .

Рис. 10.11. Значение в зависимости от числа пар полюсов
У машин небольшой мощности при меньше 250…300 мм, а у более крупных машин меньше 200 мм магнитопровод статора выполняется из одного пакета.
При большей длине в целях улучшения охлаждения сталь статора разбивают на несколько пакетов, между которыми делают радиальные вентиляционные каналы (рис. 10.12). Обычно длину пакетов выбирают равной 4—5 см, а ширину канала = 1 см. При наличии вентиляционных каналов истинная длина статора будет больше расчетной и может быть найдена по формуле
. (10.7)

Рис. 10.12. Размеры активной стали статора
Длину всех пакетов чаще всего берут одинаковой. Число вентиляционных каналов в этом случае будет равно:
, (10.8)
причем округляют до целого числа.
Определив число каналов, уточняют длину пакета:
. (10.9)
Суммарная длина пакетов сердечника
. (10.10)
В некоторых случаях, главным образом для машин, имеющих большую длину, крайние пакеты изготовляют более длинными, чем средние.
|