 |
Расчет магнитной цепи при нагрузке.
|
|
|
|
| Последовательность расчета | Условные обозначения | Источник | Синхронный генератор | Синхронный двигатель | |||
По данным табл. 11-2 и 11-3 строим частичные характеристики намагничивания в о. е. (рис. 11-8)  ;  ; 
Строим векторные диаграммы Блонделя (рис.11-19) по следующим
исходным данным:
| |||||||
(отстающий)
| 
(опережающий)
| ||||||
 , о. е.
| рис. 11-19 | 1,06 | 1,09 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-18 | 0,8 | 0,81 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-18 | 0,9 | 0,90 | ||||
| (11-126) | 0,9/0,8=1,13 | 0,90/0,81=1,11 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-17 | 0,95 | 0,97 | ||||
 , о. е.
| То же | 0,67 | 0,80 | ||||
| рис. 11-17 | 0,0036 | 0,0025 | ||||
| табл. 11-4 | 0,85 | 0,87 | ||||
| табл. 11-4 | 0,32 | 0,34 | ||||
| § 11-8 | 1,05 | 1,0 | ||||
 , А
| (11-125) | 0,45∙3∙70∙0.89∙ ∙54,1∙1,05/2= =2388 | 0,45∙3∙360∙0,94∙ ∙45,5∙1,0/4=5196 | ||||
 , о. е.
| (11-127) | 2388/890=2,68 | 5196/2718=1,91 | ||||
 , о. е.
| (11-128) | 0,67∙0,32∙2,68= =0,57 | 0,80∙0,34∙1,91= =0,52 | ||||
 , о.е.
| рис. 11-18 | 0,73 | 0,65 | ||||
 , град
| рис. 11-19 | 610 | 500 | ||||
| То же | 0,48 | 0,64 | ||||
| «» | 0,87 | 0,76 | ||||
 , о. е.
| (11-129) | 0,95∙0,85∙2,68∙ ∙0,87+0,0036∙ ∙2,68∙0,48∙224,5∙ ∙0,66/1=2,56 | — | ||||
| , о. е.
| (11-130) | — | 0,97∙0,87∙1,91∙ ∙0,76+0,0025∙ ∙1,91∙0,64∙ ∙247,3/2,5=1,52 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-19 | 0,99 | 1,04 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-18 | 0,82 | 0.84 | ||||
 , о. е.
| (11-131) | 0,82+2,56=3,38 | 0,84+1,52=2,36 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-18 | 0,23 | 0,28 | ||||
 , о.е.
| (11-132) | 0,99+0,23=1,22 | 1,04+0,28=1,32 | ||||
 , о. е.
| рис. 11-18 | 0,42 | 0,38 | ||||
 , о. е.
| (11-133) | 3,38+0.42=3,8 | 2,36+0,38=2,74 | ||||
 , А
| (11-134) | 3,8∙890=3382 | 2,74∙2718=7450 | ||||
Система возбуждения.
Питание системы возбуждения современных явнополюсных синхронных машин с 
мм осуществляется через статические выпрямительные регулирующие устройства от дополнительных обмоток, закладываемых в те же пазы статора, где расположена основная обмотка. В этом случае вопрос о напряжении возбуждения и параметрах обмотки возбуждения решается в комплексе с параметрами дополнительной обмотки статора.
|
|
|
В случае, когда дополнительную обмотку выполняют аналогично основной, напряжение на ее зажимах 
может быть рассчитано по соотношению витков 
и 
. Напряжение на обмотку возбуждения подают через контактные кольца и металлографитные щетки марки МГ4. В связи с этим при нахождении напряжения возбуждения должно быть учтено падение напряжения в щеточном контакте 
.
Обмотку возбуждения явнополюсных синхронных машин выполняют так же, как и у машин постоянного тока, в виде катушек размещаемых на сердечниках полюсов ротора. Полюсные катушки синхронных машин небольшой мощности (
мм) изготовляют многослойными из изолированного медного провода прямоугольного поперечного сечения, площадью не более 25 мм2 (по технологическим соображениям), при предпочтительном соотношении сторон проводника в пределах 1,4 — 1,8. Провод наматывают на широкую сторону. Изоляцию обмотки ротора выполняют по приложению 23. При выборе марки провода следует руководствоваться табл. 10-14.
Многослойные катушки выполняют либо в виде ровных параллелепипедов, либо ступенчатой формы, которая дает возможность лучше использовать междуполюсное окно.
Площадь поперечного сечения проводника не должна быть менее 6,0 мм2, иначе снижается заполнение катушки медью и ухудшается теплоотдача; по этой же причине не рекомендуется применять провода с круглым поперечным сечением. Если это условие не соблюдается, то следует перейти на более низкое напряжение возбуждения, с внесением необходимых изменений в параметры дополнительной обмотки статора.
|
|
|
В синхронных машинах большей мощности (
мм) обмотки возбуждения изготовляют в виде однослойных катушек из неизолированного медного проводника, намотанного на ребро. Изоляцию обмотки выполняют по приложению 23. Крайние витки катушки выполняют с усиленной изоляцией, толщиной ~2 мм.
Проверка возможности размещения обмоток полюсов в междуполюсном окне состоит в расчете размеров катушек по ширине и высоте, с последующим вычерчиванием в масштабе эскиза междуполюсного окна.
В многослойных катушках из изолированных проводников прямоугольного поперечного сечения производят раскладку проводников, определяя их количество по ширине 
и по высоте 
.
В тех случаях, когда между соседними полюсами недостаточно места для размещения обмотки, однослойные катушки выполняют ступенчатыми из двух секций. Секцию катушки со стороны сердечника ротора выполняют из медной полосы меньшей ширины при равновеликой площади поперечного сечения проводника.
При определении размеров катушек следует иметь в виду, что при намотке и пропитке катушки разбухают. Это разбухание учитывают соответствующими коэффициентами, указанными в § 10-10.
При выборе формы и марки провода для полюсных катушек синхронных машин следует исходить из данных табл. 10-14. При определении размеров полюсных катушек учитывают толщину изоляции 
и необходимый зазор 
между изолированным сердечником полюса и катушкой, двустороннее значение которых приведено ниже:
| h, мм | 80—200 | 215—315 | 355—450 | ||||
 , мм
| |||||||
Форма полюсных катушек зависит также от размеров поперечного сечения сердечника полюса и провода. Многослойные полюсные катушки выполняют в соответствии с рис. 11 -20, 
. Однослойные катушки, намотанные из неизолированного медного провода на ребро, при 
мм, тоже выполняют в соответствии с рис. 11-20, , что обеспечивает минимальные допустимые радиусы закругления проводов, исключающие возникновение в них трещин при намотке; при 
мм однослойные катушки выполняют по рис. 11-20, 
. При этом следует придерживаться соотношения:
 , мм
| |||||
 , мм
| 12,5 |
Рис. 11-20. Эскизы полюсных катушек:
|
|
|
- однослойная при 
мм и многослойная;
- однослойная при 
мм.
Обмотку возбуждения рассчитывают в такой последовательности.
| Напряжение дополнительной обмотки статора (В) | 
| (11-135) |
| Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения (мм) | 
| (11-136) |
| Предварительная площадь поперечного сечения проводника обмотки возбуждения (мм2) | 
| (11-137) |
| Предварительная плотность тока в обмотке возбуждения (А/мм2) |  - по рис. 11-21
| |
| Предварительное количество витков одной полюсной катушки | 
| (11-138) |
| Расстояние между катушками смежных полюсов (мм) | 
| (11-139) |
| Многослойная полюсная катушка | ||
| Марка провода | По табл. 10-4 | |
| Размеры проводника без изоляции (мм) |  - по приложению 2
| |
| То же, с изоляцией |  - по приложению 3
| |
| Площадь поперечного сечения провода (мм2) |  - по приложению 2
| |
| Предварительное наибольшее количество витков в одном слое | 
| (11-140) |
| Предварительное количество слоев обмотки по ширине полюсной катушки | 
| (11-141) |
| Раскладка и уточненные числа витков катушки |  - по рис. 11-22,
| |
| Размер полюсной катушки по ширине (мм) | 
| (11-142) |
| Размер полюсной катушки по высоте (мм) | 
| (11-143) |
| Средняя длина витка катушки (мм) | 
| (11-144) |
| Однослойная полюсная катушка | ||
| Предварительный размер проводника обмотки из неизолированной полосовой меди, навиваемое на ребро, по ширине (мм) | 
| (11-145) |
| То же, по толщине | 
| (11-146) |
| Размеры проводника без изоляции (мм) | - по приложению 2
| |
| Площадь поперечного сечения провода (мм2) | - по приложению 2
| |
| Минимальный допустимый радиус закругления проводника (мм) | 
| (11-147) |
| Фактический средний радиус закругления проводника, навиваемого на ребро,
по рис. 11-20, (мм)
|
| (11-148) |
| То же, по рис. 11-20,
| 
| (11-149) |
| Размеры полюсной катушки по ширине (мм) |  - по рис. 11-22,
| |
| Раскладка витков по ширине катушки | - по рис. 11-22,
| |
| Размеры полюсной катушки по высоте (мм) | 
| (11-150) |
| Средняя длина витка катушки, выполненной
по рис. 11-20,
| 
| (11-151) |
|
То же, выполненной по рис. 11-20,
| 
| (11-152) |
| Ток возбуждения при номинальной нагрузке (А) | 
| (11-153) |
| Уточненная плотность тока в обмотке возбуждения (А/мм2) | 
| (11-154) |
| Общая длина всех витков обмотки возбуждения (м) | 
| (11-155) |
| Масса меди обмотки возбуждения (кг) | 
| (11-156) |
| Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 200С (Ом) | 
| (11-157) |
| Максимальный ток возбуждения (А) | 
| (11-158) |
| Коэффициент запаса возбуждения | 
| (11-159) |
| Номинальная мощность возбуждения (Вт) | 
| (11-160) |
|
|
|
Здесь 
=2 мм — высота усиленной изоляции крайних витков катушек; 
— количество параллельных ветвей в цепи обмотки возбуждения; 
— температурный коэффициент, принимаемый по табл. 4-1; наименьшее расстояние между катушками 
, при 
мм и 
В; 
, при 
В; 
— толщина изолирующей шайбы из приложения 23; 
— напряжение дополнительной обмотки за вычетом падения напряжения в щеточном контакте, равного 2 В; 
См/мкм — удельная электрическая проводимость меди при 200С.
Рис. 11-21. Средние значения 
.
Рис. 11-22. Эскиз размещения катушки возбуждения на полюсе
к примеру расчета синхронного генератора () и синхронного двигателя ().
Примеры расчета машин.
Обмотка возбуждения.
| Последовательность расчета | Условные обозначения | Источник | Синхронный генератор | Синхронный двигатель |
| , В
| (11-135) | 400∙7/70=40 | 6000∙3/360=50 | |
 , мм
| (11-136) | 2,5(170+78)=620 | 2,5(460+85)=1360 | |
 , мм2
| (11-137) | 
| 
| |
| , А/мм2
| рис. 11-21 | 3,5 | 5,0 | |
| (11-138) | 
| 
| |
 , мм
| (11-139), § 11-9 | 
| 
| |
| — | § 11-9, табл.10-14 рис. 11-20 | Принимаем медный провод ПЭТП – 155 прямоугольного сечения с двусторонней толщиной изоляции 0,15 мм, катушка многослойная | Принимаем неизолированный ленточный медный провод. Изоляция между витками – асбестовая бумага толщиной 0,3 мм, катушка однослойная | |
| , мм
| приложение | 1,90  3,15
| — | |
| , мм
| то же | 2,05 3,3
| — | |
| , мм2
| « | 5,622 | — | |
| (11-140) | (63∙2∙5)/(1,05∙3,3)=15,3 | — | |
| (11-141) | 183/15,3=12 | — | |
|
| рис. 11-22 | Всего 18 слоев 4 слоя по 16 витков 3 слоя по 13 витков 3 слоя по 10 витков 4 слоя по 8 витков 4 слоя по 6 витков | — | |
|
| рис. 11-22 | — | ||
| рис. 11-22 | — | ||
 , мм
| (11-142) | 1,05∙18∙2,05=38,8 | — | |
 , мм
| (11-143) | 1,05∙16∙3,3=55,5 | — | |
 , мм
| (11-144) | 2(170+78)+3,14∙(38,8+6)=650 | — | |
 , мм
| 11-145) | — | 
| |
 , мм
| (11-146) | — | (103-7-10)/38=2,3 | |
| , мм
| приложение | — | 1,56 28
| |
| , мм2
| то же | — | 43,2 | |
 , мм
| (11-147) | — | 0,05∙282/1,56=25,1 | |
 , мм
| (11-148) | — | 0,5(85+7)=46 | |
| , мм
| рис. 11-22,
| — | ||
| рис. 11-22,
| — | ||
| , мм
| (11-150) | — | 1,03[38∙1,56+(38-3)∙0,3+2]=74 | |
| , мм
| (11-151) | — | 2(460-2∙13)+3,14∙(2∙46+28)=1245 | |
|
| § 11-9 | |||
 , А/мм2
| (11-154) | 17,9/(1∙5,622)=3,18 | 196/(1∙43,2)=4,55 | |
 , м
| (11-155) | 4∙189∙650∙10-3=492 | 8∙38∙1245∙10-3=378 | |
 , кг
| (11-156) | 8,9∙492∙5,622∙10-3=27,7 | 8,9∙378∙43,2∙10-3=146,0 | |
 , Ом
| (11-157) | 492/(57∙1∙5,622)=1,367 | 378/(57∙1∙43,2)=0,154 | |
 , А
| (11-158) | (40-2)/(1,367∙1,38)=20,2 | (50-2)/(0,154∙1,38)=226 | |
|
| (11-159) | 20,2/17,9=1,13 | 226/196=1,15 | |
 , Вт
| (11-160) | (40-2)20,2=770 | (50-2)226=10 800 |
|
|
|
|
|
|
