Синхронный генератор (стр. 1 из 5)
Аннотация
Синхронные машины применяются во многих отраслях народного хозяйства, в частности, в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях, двигателей в установках не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.
Наиболее распространена конструктивная схема синхронной машины с вращающимся ротором, на котором расположены явновыраженные полюсы. Иногда явнополюсные синхронные машины малой мощности выполняют по конструктивной схеме машин постоянного тока, то есть с полюсами, расположенными на статоре, коллектор заменяется контактными кольцами.
Синхронные двигатели серии СД2 и генераторы серии СГ2 изготавливают мощностью от 132 до 1000 кВт, при высоты оси вращения до 450 мм, в защищенном исполнении IP23, с самовентиляцией IC01, с частотой вращения от 500 до 1500 об/мин.
Электрические машины серий СД2 и СГ2 рассчитаны на продолжительный режим работы. Их возбуждение осуществляется от устройства, питающегося от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора.
Содержание
Введение
1. Исходные данные
2. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал
2.1 Конфигурация
2.2 Главные размеры
2.3 Сердечник статора
2.4 Сердечник ротора
2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
3. Обмотка статора
4. Расчет магнитной цепи
4.1 Воздушный зазор
4.2 Зубцы статора
4.3 Спинка статора
44 Полюсы
4.5 Спинка ротора
4.6 Воздушный зазор в стыке полюса
4.7 Общие параметры магнитной цепи
5. Активное и индуктивное сопротивление обмотки статора для установившегося режима
6. Расчет магнитной цепи при нагрузке
7. Обмотка возбуждения
8. Параметры обмоток и постоянные времени. Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме
8.1 Сопротивления обмоток статора при установившемся режиме
8.2 Сопротивление обмотки возбуждения
8.3 Переходные и сверхпереходные сопротивления обмотки статора
8.4 Сопротивления для токов обратной и нулевой последовательности
8.5 Постоянные времени обмоток
9. Потери и КПД
10. Характеристики машин
10.1 Отношение короткого замыкания
11. Тепловой расчет синхронной машины
11.1 Обмотка статора
11.2 Обмотка возбуждения
11.3 Вентиляционный расчет
12. Масса и динамический момент инерции
12.1 Масса
12.2 Динамический момент инерции ротора
13. Механический расчет вала
Литература
Введение
Синхронные генераторы применяются в передвижных и стационарных электрических станциях. Наиболее распространена конструктивная схема генераторов с вращающимся ротором, на котором расположены явновыраженные полюса. Генераторы серии СГ2 изготавливаются мощностью от132 до 1000 кВт при высоте оси вращения до 450 мм, в защищенном исполнении IP23, с самовентиляцией IC01, с частотой вращения от 500 до 1500 об/мин.
В журнале “Электричество” №8 2004г. ученым Ороняным Р. В. предложен метод, позволяющий с достаточной для инженерных расчетов точностью вычислять значение экстремальных отклонений напряжений автономного синхронного генератора при сбросе - набросе нагрузки. Зная экстремальные изменения напряжения, можно с помощью полученных в статье формул рассчитать значение индуктивных сопротивлений по поперечной оси генератора хq и x’q..
В журнале “Электричество” №10 2004г. ученым Джендубаевым А.-З.Р представлена математическая модель позволяющая исследовать динамические и статические режимы асинхронного генератора с учетом потерь в стали статора и фазного ротора. В широком диапазоне изменения скольжения учет потерь а стали фазного ротора повышает точность расчета.
В обзоре докладов 23 сессии СИГРЭ (1970) рассматривается актуальные вопросы создания и работы синхронных генераторов большой мощности и их систем возбуждения.
В книге Абрамова А. И. “Синхронные генераторы” рассмотрены основные свойства и поведение синхронных генераторов при различных режимах работы, возникающих во время эксплуатации. Даны требования к системам возбуждения и показана необходимость введения форсировки возбуждения не всех синхронных машинах в целях повышения устойчивости работы энергосистемы. Рассмотрены вопросы нагрева обмоток при установившихся режимах и при форсировках возбуждения. Подробно рассмотрен асинхронный режим работы генераторов включая вопросы асинхронного пуска, даны методы расчета и приведены опытные данные.
1. Исходные данные
Данные для проектирования
| Назначение | Генератор |
| Номинальный режим работы | Продолжительный |
| Номинальная отдаваемая мощность Р2, кВт | 30 |
| Количество фаз статора m1 | 3 |
| Способ соединения фаз статора | Y |
| Частота напряжения f, Гц | 50 |
| Коэффициент мощности cos φ | 0,8 |
| Номинальное линейное напряжение Uл, В | 400 |
| Частота вращения n1, об/мин | 1500 |
| Способ возбуждения | От спец. обмотки |
| Степень защиты от внешних воздействий | IP23 |
| Способ охлаждения | IC01 |
2. Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материалы
2.1 Конфигурация
Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F
Количество пар полюсов (9/1)
р=60f/n1=60∙50/1500=2
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (рисунок 11.1)
хσ*=0,08 о.е.
Коэффициент мощности нагрузки (11.1)
кн=
Предварительное значение КПД (рисунок 11.2)
η'=0,88 о.е.
2.2 Главные размеры
Расчетная мощность (1.11)
Р'=кнР2/cosφ=1.05∙30/0,8=39.4 кВт.
Высота оси вращения (таблица 11.1)
h=225 мм.
Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности (таблица 9.2)
h1=7 мм.
Наружный диаметр корпуса (1.27)
Dкорп=2(h-h1)=2(225-7)=436 мм.
Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (таблица 9.2)
Dн1max=406 мм.
Выбираемый диаметр сердечника статора (§ 11.3)
Dн1=406 мм.
Внутренний диаметр сердечника статора (§ 11.3)
D1=6+0,69·Dн1=6+0,69∙406=286 м.
Предварительное значение линейной нагрузки статора (рис. 11.3)
А'1=220 А/см.
Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок 11.4)
В'б=0,77 Тл.
Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11.3)
В'б0=В'б/кн=0,77/1,05=0,73 Тл.
Полюсное деление статора (1.5)
мм.Индуктивное сопротивление машины по продольной оси (рис. 11.5)
хd*=2.5 о.е.
Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11.4)
хad*=хd* - хσ*=2,5-0,08=2,42 о.е.
Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса (§ 11.3)
к'=1,07
Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора (11.2)
мм.Уточненная величина воздушного зазора (§ 11.3)
б=1 мм.
Форма зазора концентричная по рисунку 11.8
Коэффициент полюсной дуги для пакетов с широкими полюсными наконечниками
аш=0,77 (§ 11-3)
Радиус очертания полюсного наконечника
Действительная ширина полюсной дуги в сечении пакета с широкими полюсными наконечниками
Ширина полюсного наконечника, определяемая хордой в сечении пакета с широкими полюсными наконечниками
Отношение b’Y/b’ш
b’Y/b’ш=0.48
Ширина полюсного наконечника, определяемая хордой в сечении пакета с узкими полюсными наконечниками
Действительная ширина полюсной дуги в сечении пакета с узкими полюсными наконечниками
Действительный коэффициент полюсной дуги для пакетов с узкими полюсными наконечниками
Коэффициент полюсной дуги : средний и расчетный
2.3 Сердечник статора
Марка стали 2013, изолировка листов оксидированием, толщина стали 0,5 мм.
Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 9.3)
кс=0,97.
Коэффициент формы поля возбуждения (рисунок 11.9)
кв=1,17.
Обмоточный коэффициент (§ 9.3)
коб1=0,91
Расчетная длина сердечника статора (1.31)
.Конструктивная длина сердечника статора (1.33)
ℓ1=ℓ'=160 мм.
Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора
λ=ℓ1/D1=160/286=0,56.
Проверка по условию λ< λmax (рисунок 11.10)
λmax=1,07.
Количество пазов на полюс и фазу (§ 11.3)
q1=3,5.
Количество пазов сердечника статора (9.3)
z1=2рm1q1=4∙3∙3,5=42.
Проверка правильности выбора значения z1 (11.15)
z1/gm1=42/(2∙3)=7 - целое число.
2.4 Сердечник ротора
Марка стали 2013, толщина листов 0,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнения стали кс=0,97.
Длина сердечника ротора (11.20)
ℓ2=ℓ1+(10..20)=160+10=170 мм.
2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник
Марка стали 2013 У8А, толщина листов 0,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнения кс=0,97