Выбор воздушного зазора. Расчёт полюсов ротора

Задавшись перегрузочной способностью генератора М_м/M_н = =2,2, по рис. 5.1 находим x_d* =1,3.

37. Приближенное значение воздушного зазора

где В_δ0 = 0,95 В_δн = 0,95·0,89=0,846 Тл.

38. Округляем предварительную величину зазора с точностью до 0,1 мм и принимаем воздушный зазор под серединой полюса 0,003м. Зазор под краями полюса δ_м=1,5·δ=1,5·0,003=0,0045 м.

Среднее значение воздушного зазора

39. Находим длину полюсной дуги. Примем α = 0,7, тогда

40. Радиус дуги полюсного наконечника

41. Высота полюсного наконечника при τ = 0,242 м по

табл. 5.1

h = 0,035 м.

42. Длина сердечника полюса и полюсного наконечника

l_m = l_р = l₁ =0,342 м.

43. Находим расчётную длину сердечника полюса. Принимаем l_f =0,02 м, тогда

44. Предварительная высота полюсного сердечника

45. Определяем коэффициент рассеяния полюсов. Из

табл. 5.2 имеем k ≈ 7,0, тогда

46. Рассчитаем ширину полюсного сердечника, задавшись

B_m = 1,45 Тл; k_cp = 0,95 (полюсы выполнены из стали Ст3 толщиной 1 мм):

Так как v_р= πDn_н/60=π·0,925·500/60=24,2 м/с<30 м/с, то используем способ крепления полюсов к ободу шпильками.

47. Длина ярма (обода) ротора

где Δl_c= 0,1 м.

48. Минимальная высота ярма ротора

где B_j =1,17 Тл.

Округляем с точностью до 1 мм и принимаем h_j =0,05 м.

Расчёт демпферной обмотки

49. Выбираем число стержней демпферной обмотки на полюс N_с = 6.

50. Поперечное сечение стержня

51. Диаметр медного стержня

Округляем d_с =10,5·10^-3 м, тогда q_c=86,6·10^-6 м².

52. Определяем зубцовый шаг ротора. Принимаем

Z=3·10^-3 м, тогда

53. Проверяем условия

t₂ =0,0307<t₁=0,0323;

t₂=0,0307>0,8∙t₁=0,8·0,0323=0,0258.

Условия выполняются.

54. Пазы ротора выбираем круглые полузакрытые.

Диаметр паза d_s=d_c+ 0,1=10,5+0,1=10,6 мм.

Раскрытие паза b_s = 3 мм, высота шлица h_s = 2 мм.

55. Длина стержня

l_c=l_p+(0,2–0,4)τ=0,342+0,34·0,242=0,424 м.

56. Сечение короткозамыкающего сегмента

q_кз=b_ксh_кс=1,15·0,5N_cq_c=1,15·0,5·6·86,6·10^-6 = 299·10^-6 м².

По табл. 6.1 выбираем прямоугольную медь 7×45 мм

(сечение q_кз=314 мм²), причем b_кс ≥2d_c /3=2·10,5·10^-3/3=7·10^-3 м =

=7 мм.

Эскизы активных частей генератора представлены на рис. 3.

Рис. 3. Синхронный генератор. Продольный (верхний рисунок) и поперечный (нижний рисунок) разрезы активных частей генератора

Расчет магнитной цепи

В данном разделе готовим расчётные выражения, необходимые для расчёта магнитной цепи (табл. 3).

Таблица 3

Параметр	Е* и Ф*
	0,5	1	1,1	1,2	1,3
Е, В	66,5	133	146	160	173
Ф=3,21∙10-4Е, Вб	0,0213	0,0427	0,0469	0,0514	0,0555
Вδ=6,18∙10-3Е, Тл	0,411	0,822	0,902	0,989	1,07
Fδ=22Е, А	1460	2930	3210	3520	3810
=10,8∙10-3Е, Тл	0,718	1,44	1,58	1,73	1,87
, А/м	200	2500	6000	16000	25000
FZ1=6,68∙10-2 , А	13,4	167	401	1069	1670
Ва=9,9∙10-3Е, Тл	0,66	1,32	1,45	1,58	1,71
ξ	0,62	0,38	0,33	0,31	0,27
На, А/м	172	1200	2700	6000	14000
Fa=14,7∙10-2ξ На, А	15,7	67,0	131	273	555,7
ВZ2=9,4∙10-3Е, Тл	0,63	1,25	1,37	1,5	1,63
НZ2, А/м	300	940	1350	2270	4750
FZ2=11,5∙10-3 НZ2, А	3,45	10,8	15,5	26,1	54,6
FδZa= Fδ+ FZ1+ Fa+ FZ2, А	1493	3175	3758	4888	6090
Фσ=2,83∙10-6 FδZa, Вб	0,0042	0,0089	0,0106	0,0138	0,0172
Фm= Ф + Фσ=3,21∙10-4Е+ +2,83∙10-6∙FδZa, Вб	0,0255	0,0516	0,0575	0,065	0,0727
Вm=8,97∙10-3Е+7,9∙10-5∙FδZa,Тл	0,714	1,44	1,61	1,82	2,04
Нm, А/м	370	1700	2805	8175	19867
Fm=0,181∙ Нm, А	67,0	308	508	1480	3596
Fδmj = 250 Вm, A	178	360	402	455	510
Вj =7,26∙10-3Е+6,4∙10-5FδZa, Тл	0,57	1,16	1,3	1,47	1,63
Нj, А/м	461	1207	1590	2620	4550
Fj= 6,63∙10-2Нj , А	43,0	80,0	105	174	302
Fmj= Fm+ Fδmj+ Fj , А	288	748	1015	2109	4408
Fвo= FδZo+ Fm+ Fδmj+ Fj , А	1781	3923	4773	6997	10498
Fвo*	0,45	1	1,22	1,78	2,68
Фm*	0,595	1,2	1,34	1,52	1,70
FδZa*	0,38	0,809	0,95	1,245	1,55
Fmj*	0,07	0,19	0,26	0,54	1,123
Фσ*	0,098	0,208	0,248	0,323	0,402

Для магнитопровода статора выбираем сталь 1511 толщиной 0,5 мм. Полюсы ротора выполняем из стали Ст3 толщиной

1 мм. Толщину обода (ярма ротора) принимаем h_j =0,05 м.

57. Магнитный поток в зазоре

По рис. 1.2 при δ_м/δ=1,5; α=0,7; δ/τ=0,003/0,242=0,0124 находим k_в=1,14 и α_δ=0,66.

58. Уточненное значение расчетной длины статора

где b'_к=γδ=1,33·3·10^-3=3,99·10^-3;

γ= (b_к/δ)²/(5+ b_к/δ)=(1·10^-2/3·10^-3)²/(5+1·10^-2/3·10^-3) = 1,33.

59. Индукция в воздушном зазоре

60. Коэффициент воздушного зазора статора

61. Коэффициент воздушного зазора ротора

62. Результирующий коэффициент воздушного зазора

63. Магнитное напряжение воздушного зазора

64. Ширина зубца статора по высоте 1/3 h′_п1 от его коронки

где

65. Индукция в сечении зубца по высоте от его коронки

66. Магнитное напряжение зубцов статора

При Е=1,3Е_н =1,87 > 1,8 Тл, поэтому соответствующую напряженность определяем по кривым намагничивания, рис. 7.1, с учётом коэффициента

67. Индукция в спинке статора

68. Магнитное напряжение спинки статора

где

ξ определяем по рис. 7.2.

69. Высота зубца ротора

70. Расчетная ширина зубца ротора (для круглых пазов)

71. Индукция в зубце ротора

72. Магнитное напряжение зубцов ротора

73. Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностям сердечников полюсов

74. Удельная магнитная приводимость рассеяния между внутренними поверхностями полюсных наконечников

где

75. Удельная магнитная проводимость рассеяния между торцевыми поверхностями

76. Удельная магнитная проводимость для потока рассеяния

77. Магнитное напряжение ярма статора, зазора и зубцов полюсного наконечника, А,

78. Поток рассеяния полюса, Вб,

79. Поток в сечении полюса у его основания, Вб,

Ф_m=Ф+Ф_σ=3,21∙10^-4Е+2,83∙10^-6F_δZa.

80. Индукция в полюсе, Тл,

Так как при Е от 1,1 U_н до 1,3U_н В_m>1,6 Тл, то в табл. 3 расчёт падения магнитного напряжения на полюсе F_m производим по эквивалентной напряженности Н_mр, которую определяем по трем сечениям полюса, табл. 4.

Таблица 4

Е*	Фm	Ф'm	Фmcp	Bm	B'm	Вmcp	Нm	Н'm	Нmcp	Нmр
1,1	0,0575	0,0515	0,0544	1,61	1,44	1,53	4250	1700	2720	2805
1,2	0,065	0,0573	0,0611	1,82	1,61	1,72	13000	4250	7950	8175
1,3	0,0727	0,0629	0,0676	2,04	1,76	1,9	34200	9800	18800	19867

При этом Ф_m=Ф+Ф_σ; Ф'_m=Ф+Ф_σλ_pl/λ_mσ=Ф+0,43Ф_σ;

Ф_mcp=(Ф_m+Ф'_m)/2;

81. Магнитное поле напряжения полюса, А,

где h_mp=h_m⁺h_p=0,146+0,035=0,181 м.

82. Магнитное напряжение стыка между полюсом и ярмом ротора, А,

83. Индукция в ярме ротора, Тл ,

84. Магнитное напряжение в ярме ротора, А,

85. Магнитное напряжение сердечника полюса, ярма ротора и стыка между полюсом и ярмом, А,

86. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на полюс, А,

Результаты расчета магнитной цепи сводим в табл. 3. При переводе значений F_δZa, F_mj, Ф_m в относительные единицы за базовые соответственно приняты F_во и Ф при Е_*=1.

По табл. 3 на рис. 4 строим в относительных единицах характеристику холостого хода.

Рис. 4. Характеристика холостого хода

На этом же рис. 4 приведена нормальная (типовая) характеристика холостого хода.