Синхронный генератор (стр. 4 из 5)

J_п=I_п.н/(а_пS)=17,9/(1∙5,622)=3,18 А/мм².

Общая длина всех витков обмотки возбуждения (11.155)

L_п=2рw_пl_ср.п∙10^-3=4∙189∙650∙10^-3=492 м.

Массам меди обмотки возбуждения (11.156)

m_м.п=g_м∙8,9L_пS∙10^-3=8.9∙5,622∙492∙10^-3=27,7 кг.

Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20Å С (11.157)

r_п=L_п/(r_м20а_пS)=492/(57∙1∙5,622)=1,367 Ом.

Максимальный ток возбуждения (11.158)

I_пmax=U_п/(r_пm_т)=(40-2)/(1,367∙1,38)=20,2 А.

Коэффициент запаса возбуждения (11.159)

I_пmax/I_п.н=20,2/17,9=1,13.

Номинальная мощность возбуждения (11.160)

Р_п=(40-2)∙20,2=770 Вт.

8. Параметры обмоток и постоянные времени. Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

8.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме

Коэффициент продольной реакции якоря (таблица 11.4)

k_ad=0,85

к_нас(0,5)=

МДС для воздушного зазора

F_б(1)=679 о.е.

Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря (11.162)

х_ad*=

о.е.

Коэффициент поперечного реакции якоря (таблица 11.4)

к_aq=0.32.

8.1.5 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря (11.163)

х_aq*=

о.е.

Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси (11.164)

х_d*=х_ad*+х_s*=2.79+0.0787=2,868 о.е.

Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси (11.165)

х_q*=х_aq*+х_s*=1,12+0,0787=1,198 о.е.

8.2 Сопротивление обмотки возбуждения

Активное сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к обмотке статора (11.166)

о.е.

Коэффициент магнитной проводимости потоков рассеяния обмотки возбуждения (11.167)

l_пS=l_н.п+0,65l_пс+0,38l_п.в=58,1+0,65∙74,5+0,38∙17,4=113,1

Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения (11.168)

х_п*=1,27к_adх_ad*

о.е.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения (11.169)

х_пs*=х_п* - х_ad*=3.11-2,79=0,32 о.е.

8.3 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора

Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси (11.188)

x'_d*=x_s*+

о.е.

Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси

х'_q*=x_q*=1,198 о.е.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси

x''_d*=x_d*=0.36

Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси

x''_q*=x_q*=1,198

8.4 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности

Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при работе машины на малое внешнее сопротивление (11.194)

х_2*=

о.е.

Индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности при большом внешнем индуктивном сопротивлении (11.195)

х_2*=0,5(х''_d*+х''_q*)=0.5(0,136+1,198)=0,78 о.е.

Индуктивное сопротивление двухслойной обмотки статора для токов нулевой последовательности (11.196)

Активное сопротивление обмотки фазы статора для тока нулевой последовательности при рабочей температуре (11.197)

r_0*=r_1*(20)∙m_т=0,02761∙1,38=0,038 о.е.

8.5 Постоянные времени обмоток

Обмотка возбуждения при разомкнутых обмотках статора и демпферной (11.198)

Т_d0=x_a*/w₁r_п*=3.11/2*3,14*50*0,005=2с.

Обмотка возбуждения при замкнутых обмотках статора и демпферной (11.199)

Т'_d=T_d0x_d*/x_d*=2*0.36/2,868=0.2 с.

Обмотка статора при короткозамкнутых обмотках ротора (11.205)

T_a=x_2*/w₁r_1*=0,78/(2∙3.14∙50∙0,0276)=0.09 с.

9. Потери и КПД

Расчетная масса стали зубцов статора (9.260)

m_з1=7,8z₁b_з1срh_n1l₁k_c∙10^-6=7,8∙42∙9,4∙25*160∙0.97∙10^-6=11,9кг.

Магнитные потери в зубцах статора (9.251)

P_з1=4.4В²_з1срm_з1=4.4∙1,74²∙11,9=160 Вт.

Масса стали спинки статора (9.261)

m_c1=7.8p(D_н1-h_c1)h_c1l₁k_c∙10^-6=7.8∙3.14(406-35)35∙160∙0.97∙10^-6=50 кг.

Магнитные потери в спинке статора (9.254)

Р_с1=4.4В²_с1m_c1=4.4∙1.61²∙50=570 Вт.

Амплитуда колебаний индукции (11.206)

В₀=b₀к_бВ_б=0,35∙1,16∙0,73=0.3Тл.

Среднее значение удельных поверхностных потерь (11.207)

р_пов=к₀(z₁n₁∙10^-4)^1.5(0.1В₀t₁)²=1.8(42∙1500∙10^-4)^1,5(0.1∙0.3∙21,4)²=12 Вт/м².

Поверхностные потери машины (11.208)

Р_пов=2рtal_пр_повк_п∙10^-6=4∙224,5∙0,669∙170∙12∙1∙10^-6=1,2 Вт.

Суммарные магнитные потери (11.213)

Р_сS=Р_с1+Р_з1+Р_пов=570+160+1,2=731 Вт.

Потери в обмотке статора (11.209)

Р_м1=m₁I²₁r₁m_т+m₁(I'_пн/

)²r_dm_т=3∙54,1²∙0,118∙1,38+3(17,9/

)²0,006∙1,38=1433 Вт.

Потери на возбуждение синхронной машины при питании от дополнительной обмотки статора (11.214)

Р_п=I²_пнr_пm_т+2I_пн=17,9∙1,367∙1,38+2∙17,9=640 Вт.

Добавочные потери в обмотке статора и стали магнитопровода при нагрузке (11.216)

Р_доб=0,005Р_н=0,005∙30000=150 Вт.

Потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (11.211)

Р'_мх=Р_т.п+Р_вен=8

²=8(

)²(

)²=420 Вт.

Потери на трение щеток о контактные кольца (11.212)

Р_т.щ=2,6I_пнD₁n₁∙10^-6=2.6∙17,9∙286∙1500∙10^-6=20 Вт.

Механические потери (11.217)

Р_мх=Р'_мх+Р_тщ=420+20=440 Вт.

Суммарные потери (11.218)

Р_S=Р_сS+Р_м1+Р_доб+Р_п+Р_мх=731+1433+150+640+440=3400 Вт.

КПД при номинальной нагрузке (11.219)

h=1-Р_S/(Р_2н+Р_S)=1-3400/(30000+3400)=89,8 %.

10. Характеристики машин

10.1 Отношение короткого замыкания

DU_н=(U₁₀-U_1н)/U_1н=20%

Значение ОКЗ (11.227)

ОКЗ=Е'_0*/х_d*=1.13/2,868=0,4 о.е.

Кратность установившегося тока к.з. (11.228)

I_k/I_1н=ОКЗ∙I_пн*=0.4 ∙3.8=1,52 о.е.

Наибольшее мгновенное значение тока (11.229)

i_уд=1,89/х''_d*=1.89/0,36=5,3 о.е.

Статическая перегружаемость (11.223)

S=E'_00*k_p/x_dcosf_н=2,8687∙1,045/2,868∙0,8=1,95 о.е.

Угловые характеристики

Определяем ЭДС

Е'_0*=4,2 о.е.

Определяем уравнение (11.221)

Р_*=(Е'_0*/х_d*)sinQ+0.5(1/х_q*-1/x_d*)sin2Q=4,2/2,868sinQ+0.5(1/1,198-1/2,868)sin2Q=1,46sinQ+0,24sin2Q.

11. Тепловой и вентиляционный расчеты

11.1 Тепловой расчет

Потери в основной и дополнительной обмотках статора (11.247)

Р'_м1=m₁m'[I'²r₁+(I_пн/

)r_d]=3ּ1,48[54,1²∙0,118+(17,9/

)²∙0,006)=1535 Вт;

где m'_т=1,48 - коэффициент для класса нагревостойкости изоляции В § 5.1.

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора (9.379)

S_n1=pD₁l₁=pּ286ּ160=1,44*10⁵ мм².

Условный периметр поперечного сечения (9.381)

П₁=2h_n1+b₁+b₂=2,25+12,7+15,7=78,4 мм.

Условная поверхность охлаждения пазов (9.382)

S_и.п1=z₁П₁l₁=42ּ78,4ּ160=5,27*10⁵ мм².

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки (9.383)

S_л1=4pD₁l₁=4ּpּ286ּ188=3,16*10⁵ мм².

Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине (9.384)

S_маш=pD_н1(l₁+2l_п1)= pּ406(160+2ּ88)=4,26*10⁵ мм².

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора (9.386)

р_п1=

Вт,

где к=0,84 - коэффициент (таблица 9.25).

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения пазов (9.387)

р_и.п1=

Вт.

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки (9.388)

р_л1=

= Вт.

Окружная скорость ротора (9.389)

v₂=

м/с.

Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины (9.390)

Dt_п1=

42 С,