![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Характеристики синхронных машин⇐ ПредыдущаяСтр 21 из 21
10.20.1. Основные характеристики Рабочие свойства машины определяются ее характеристиками. Для генераторов основными характеристиками являются внешняя, регулировочная, U -образная и угловая, для двигателей — рабочие, U –образная и угловая. Для построения всех указанных характеристик используют векторные диаграммы [6]. Регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость
Рис. 10.39. Регулировочные характеристики
Внешняя характеристика
Рис. 10.40. Внешняя характеристика
U-образные характеристики Рис. 10.41. U — образные характеристики
Рис. 10.42. К построению U — образных характеристик Угловые характеристики дают зависимость активной мощности от Характеристику при
Электродвижущую силу По угловой характеристике определяют статическую перегружаемость машины, равную отношению
где Статическую перегружаемость можно также рассчитать по формуле
Коэффициент
Рис. 10.43. К определению коэффициента
Как уже отмечалось ранее, статическая перегружаемость синхронных двигателей общего назначения должна быть не ниже 1, 65. Для синхронных двигателей U -образные и угловые характеристики строят так же, как и для генераторов, с использованием соответствующих векторных диаграмм. Рабочие характеристики двигателей, т. е. зависимости
10.20.2. Токи короткого замыкания При расчете механических усилий, воздействующих на лобовые части обмотки статора и на их бандажи, исходят из наибольшего мгновенного значения тока трехфазного короткого замыкания на выводах машины при данном значении возбуждения. Этот ток называется ударным током короткого замыкания. Согласно ГОСТ 183 синхронная машина должна выдерживать ударный ток короткого замыкания при напряжении холостого хода, равном 105% номинального:
Коэффициент 1, 8 учитывает затухание апериодической составляющей тока короткого замыкания. Для машин без демпферной обмотки в (10.177) вместо Практический интерес представляют кратности установившихся токов короткого замыкания. Под этим понимают отношение установившегося тока короткого замыкания к номинальному току обмотки якоря. Кратность при возбуждении холостого хода, т. е. при возбуждении, которое при номинальной частоте вращения и разомкнутой обмотке якоря дает на выводах машины номинальное напряжение, обозначают ОКЗ (отношение короткого замыкания): ОКЗ = где Кратность при номинальном токе возбуждения
10.20.3. Пусковые характеристики
Основным методом пуска синхронных двигателей в настоящее время является асинхронный пуск. Для этого в полюсах ротора размещается пусковая обмотка по типу короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя. Оценку пусковых свойств двигателя производят по пусковым характеристикам, т. е. зависимостям тока в статоре и момента от скольжения При расчете пусковых характеристик необходимо учитывать, что в отличие от ротора обычного асинхронного двигателя ротор синхронного явнополюсного двигателя имеет магнитную и электрическую несимметрии. Если условно подразделить пусковую обмотку на две части, то можно принять, что по продольной оси машины на роторе располагаются две обмотки, одной из которых является обмотка возбуждения, а другой — часть пусковой обмотки, представляющая ее эффект по продольной оси. По поперечной оси на роторе имеется только пусковая обмотка, представляющая ее эффект по поперечной оси. Необходимо также учитывать, что обмотка статора по продольной и поперечной осям имеет неодинаковые индуктивные сопротивления На основании сказанного полное сопротивление по продольной оси машины, которое зависит от скольжения s, будет равно:
где Полное сопротивление по поперечной оси
В приведенных формулах значения всех параметров принимают в относительных единицах (здесь и далее звездочка в обозначениях величин в относительных единицах опускается). Вследствие магнитной и электрической несимметрий машины в статоре кроме тока I' основной частоты ток якоря частоты
ток якоря частоты
действующее значение тока статора
момент вращения
где Последний член выражения в скобках соответствует моменту, создаваемому током В этом случае при определении Расчет по приведенным формулам связан с большой вычислительной работой. Его можно упростить, если у машин средней и большой мощности пренебречь активным сопротивлением (10.186)
Погрешность такого расчета по сравнению с расчетом по (10.177) — (10.180) не превышает 4%. Для построения пусковых характеристик задают ряд значений скольжения s в пределах от 1 до 0, 05 и для каждого его значения определяют ток Промышленность выпускает двигатели со следующими значениями:
Пример расчета трехфазного синхронного двигателя Проектное задание: 1. Номинальная мощность 2. Номинальное напряжение (линейное) 3. Номинальная частота вращения 4. Частота 5. 6. Кратность максимального момента Режим работы — продолжительный. Конструкция — защищенная (IP11) с горизонтальным валом.
Номинальные величины
1. Номинальное фазное напряжение (предполагается, что обмотка статора соединена в звезду)
2. Номинальная полная мощность
(по табл. 10.3, исходя из номинальных данных машины, определяем 3. Номинальный фазный ток
4. Число пар полюсов
5. расчетная мощность
Размеры статора 6. По рис. 10.8 для 7. Внешний диаметр статора по (10.3)
По табл. 10.7 ближайший нормализованный внешний диаметр статора Поскольку найденный диаметр 8. Полюсное деление по (10.4)
9. Расчетная длина статора. По рис. 10.9. для
10. Находим
По рис. 10.11 устанавливаем, что найденное значение 11. Действительная длина статора по (10.7)
12. Число вентиляционных каналов по (10.8) при
Принимаем 13. Длина пакета по (10.9)
14. Суммарная длина пакетов магнитопровода по (10.10)
Зубцовая зона статора. Сегментировка
15. Число параллельных ветвей обмотки статора. Так как 16. По рис. 10.13 (кривая 2) для 17. Максимальное число пазов (зубцов) магнитопровода статора
18. минимальное число пазов (зубцов) магнитопровода статора
19. Число пазов магнитопровода статора. Так как При этом
и
20. Расчет числа проводников в пазу Наилучший результат дает вариант 3, который и принимаем для дальнейших расчетов.
Таблица 10.15. Расчетные значения
Пазы и обмотка статора 21. Ширина паза (предварительно) по (10.21)
22. Поперечное сечение эффективного проводника обмотки статора (предварительно) по (10.22)
где
23. Возможная ширина изолированного проводника по (10.25)
Изоляция катушек выбрана для класса нагревостойкости B по табл. 3.5. Двусторонняя толщина изоляции 24. Размеры проводников обмотки. Принимаем, что эффективный проводник состоит из одного элементарного По табл. П3.3 размеры медного проводника равны 25. Ширина паза (уточненная) по (10.27)
26. Высота паза по (10.28)
где
Масштабный эскиз паза дан на рис. 10.44, спецификация паза приведена в табл. 0.16.
Рис. 10.44. Паз статора
Таблица 10.16. Спецификация паза (изоляция класса нагревостойкости B)
27. Уточненное значение плотности тока в проводнике обмотки статора
28. Проверка индукции в зубце статора (приближенно) по (10.31):
29. Проверка индукции в ярме статора (приближенно) по (10.32):
30. Перепад температуры в изоляции паза по (10.33); 31. Градиент температуры в изоляции паза
Проведенная проверка показала, что размеры паза выбраны удачно. 32. Витки фазы обмотки статора по (10.37)
33. Шаг обмотки по (10.38)
34. Коэффициент укорочения шага по (10.39)
35. Коэффициент распределения обмотки статора по (10.40)
Так как 36. Обмоточный коэффициент по (10.41)
Воздушный зазор и полюсы ротора 37. Исходя из данных отношения Приближенное значение воздушного зазора по (10.44)
38. Принимаем воздушный зазор под серединой полюса равным 0, 0027 м (2, 7 мм). Зазор под краями полюса
39. Ширина полюсного наконечника определяется по (10.47). Примем
40. Радиус дуги полюсного наконечника по (10.45)
41. Высота полюсного наконечника по табл. 10.9 при
42. Длина сердечника полюса и полюсного наконечника
43. Расчетная длина сердечника полюса определяется по (10.52). Принимаем
44. Предварительная высота полюсного сердечника по (10.48)
45. Коэффициент рассеяния полюсов находится по (10.50). При
46. Ширина полюсного сердечника определяется по (10.51). Задаемся
Выбираем Эскиз полюсов дан на рис. 10.45. Так как
то принимаем крепление полюсов шпильками к ободу магнитного колеса. Рис. 10.45. Полюсы ротора
47. Длина ярма (обода) ротора по (10.53)
Выбрано 48. Минимальная высота ярма ротора по (10.54)
Принято
Пусковая обмотка 49. Число стержней пусковой обмотки на полюс 50. Поперечное сечение стержня пусковой обмотки по (10.55)
51. Диаметр стержня находим по (10.56), материал стержня — медь: Вбираем 52. Зубцовый шаг на роторе определяется по (10.57). Принимаем
53. Проверяем условие (10.60)
Пазы выбраны круглые. Полузакрытые. 54. Диаметр паза ротора
Раскрытие паза 55. Длина стержня по (10.61)
56. Сечение короткозамыкающего сегмента
По табл. П3.6 выбираем прямоугольную медь
Расчет магнитной цепи
Для магнитопровода статора выбираем сталь марки 1511 толщиной 0, 5 мм. Полюсы ротора выполняют из стали марки Ст3 толщиной 1 мм. Крепление полюсов к ободу магнитного колеса осуществляют с помощью шпилек и гаек. Толщину обода (ярма ротора) принимают 57. Магнитный поток в зазоре по (10.62)
По рис. 10.21 при 58. Уточненное значение расчетной длины статора по (10.64) равно:
59. Индукция в воздушном зазоре по (10.63), Тл,
60. Коэффициент воздушного зазора статора по (10.67)
61. Коэффициент воздушного зазора ротора по (10.67)
62. Коэффициент воздушного зазора по (10.66)
63. Магнитное напряжение воздушного зазора по (10.65), А,
64. Ширина зубца статора на высоте 1/3
65. Индукция в сечении зубца на высоте 1/3
66. Магнитное напряжение зубцов статора по (10.68), А,
67. Индукция в спинке статора по (10.74), Тл,
68. Магнитное напряжение спинки статора по (10.72), А,
69. Высота зубцов ротора по (10.76)
70. Ширина зубцов ротора по высоте
71. Индукция в зубце ротора по (10.77), Тл,
72. Магнитное напряжение зубцов ротора по (10.75), А,
73. Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностями сердечника полюсов по (10.81)
74. Удельная магнитная проводимость между внутренними поверхностями полюсных наконечников по (10.82)
где
75. Удельная магнитная проводимость рассеяния между торцевыми поверхностями по (10.83)
76. Удельная магнитная проводимость для потока рассеяния
77. Магнитное напряжение ярма статора, зазора и зубцов полюсного наконечника, А,
78. Поток рассеяния полюса по (10.80), Вб,
79. Поток в сечении полюса у его основании, Вб,
80. Индукция в полюсе по (10.84), Тл,
81. Магнитное напряжение полюса по (10.79), А,
где
82. Магнитное напряжение стыка между полюсом и ярмом ротора по (10.86), А,
83. Индукция в ободе магнитного колеса (ярме ротора), по (10.88), Тл,
84. Магнитное напряжение в ободе магнитного колеса по (10.87), А,
где
85. Сумма магнитных напряжений сердечника полюса, ярма ротора и стыка между полюсом и ярмом, А,
86. Сумма магнитных напряжений всех участков магнитной цепи, А, (10.89)
Результаты расчета магнитной цепи сведены в табл. 10.17. При переводе магнитных напряжений По табл. 10.17 на рис. 10.46 построена в относительных единицах характеристика холостого хода Рис. 10.46. Характеристика холостого хода: 1 — расчетная характеристика; 2 — нормальная характеристика
Таблица 10.17. Результаты расчета магнитной цепи
Примечания. 1. При определении магнитного напряжения зубцов в тех случаях, когда
для статора для ротора 2. При
Параметры обмотки статора для установившегося режима
87. Средняя длина витка обмотки статора
88. Длина лобовой части обмотки статора по (9.139)—(9.143) и рис. 9.49
где 89. Активное сопротивление обмотки статора по (10.95)
при
при 90. Активное сопротивление обмотки статора в относительных единицах по (10.96)
91. Индуктивное сопротивление рассеяния по (10.97)
92. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния по (10.98)
Коэффициент магнитной проводимости между стенками паза по табл. 9.24 Размеры паза по рис. 8.50, При
Коэффициент магнитной проводимости по коронкам зубцов по (10.99)
При 93. Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по (9.159) 94. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния по (10.100) 95. Индуктивное сопротивление рассеяния в относительных единицах
96. Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря в относительных единицах по (10.102) где
по (10.90); Для ЭДС 97. Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря в относительных единицах по (10.103)
98. Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси в относительных единицах 99. Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси в относительных единицах
Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения при нагрузке
100. По табл. 10.17. на рис. 10.47. построены частичные характеристики намагничивания
Рис. 10.47. Частичные характеристики намагничивания
Рис. 10.48. Зависимость Из векторной диаграммы диаграммы для номинального режима
|