Исходные данные для проектирования

В качестве базовых вариантов конструкции предлагается использовать серийно выпускаемые генераторы серии СГ2 или СГД2.

Конструктивное исполнение генератора СГ2 по способу монтажа – IM1001 (генератор на лапах с двумя подшипниковыми щитами и горизонтальным валом, конец вала – цилиндрический), степень защиты генератора – IP23 (защищённая), способ охлаждения – ICA01 (с самовентиляцией).

Конструктивное исполнение генератора СГД2 по способу монтажа – IM7311 (генератор со стояковыми подшипниками на приподнятых лапах, с горизонтальным валом, конец вала – цилиндрический), степень защиты – IP11 (защищённая), способ охлаждения – ICA01 (с самовентиляцией). Частота тока – 50 Гц, cosφ = 0,8 (отстающий ток), режим работы – продолжительный, соединение трёхфазной обмотки в звезду.

Основные исходные данные (номинальные параметры): номинальная мощность , линейное напряжение и частота вращения задаются преподавателем.

Проектирование синхронного генератора

1. Выбор главных размеров активной части генератора

Проектирование синхронного генератора, как и любой другой электрической машины, начинают с выбора главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины l_δ. Как указывалось, эта задача не имеет однозначного решения, поэтому для нахождения оптимальных значений D и l_δ приходится рассчитывать ряд вариантов, для сокращения числа которых целесообразно воспользоваться рекомендациями, полученными на основе накопленного опыта проектирования.

Для предварительного определения диаметра D можно воспользоваться зависимостями D=f(S'_H), рис.1.1, соответствующими усредненным диаметрам выполненных машин.

Расчетная электромагнитная мощность , кВА,

,

где k_Е – отношение ЭДС обмотки якоря при номинальной нагрузке Е_н к номинальному напряжению U_н, предварительно принимают k_E≈1,08; Р_н – номинальная мощность, кВт; cosφ_н – номинальный коэффициент мощности.

Рис. 1.1

Число пар полюсов р и полюсное деление τ, м, равны соответственно

Предварительное значение внешнего диаметра статора D_a , м,

D_a=k_ДD.

Значения k_Д в зависимости от 2р приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

2р	4	6	8	10	12	14
kД	1,43–1,52	1,38–1,45	1,35–1,4	1,3–1,36	1,28–1,33	1,25–1,3
2р	16	18	20	24	26	32 и более
kД	1,22–1,28	1,2–1,26	1,18–1,25	1,16–1,22	1,15–1,2	1,14–1,18

Полученное значение D_a округляют до ближайшего нормализованного диаметра (табл. 1.2). От выбранного диаметра D_a зависят габариты и высота оси вращения h проектируемой машины.

В случае корректировки D_a следует произвести пересчёт диаметра D и полюсного деления τ:

D = D_a/k_Д ;

,

в этом случае для k_Д берут среднее значение при данном 2р.

Расчетная длина l_δ машины, м,

Габарит	Da , мм	h, мм
12	660	400
13	740	450
14	850	500
15	990	560
16	1180	630
17	1430	630
18	1730	630
19	2150	630
20	2600	630
21	3250	630

Таблица 1.2

.2

где α_δ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия (определяется по рис. 1.2); k_B – коэффициент формы поля (рис. 1.2);

k_об1 – обмоточный коэффициент обмотки статора; А – линейная нагрузка статора, А/м; В_δн – максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл.

Рис. 1.2

Так как и k_B зависят от размеров и конфигурации полюсного наконечника, а также воздушного зазора δ и полюсного деления τ и пока неизвестны, то предварительно можно принять α_δ=

= 0,65–0,68; k_B= 1,16–1,14, а их произведение ·k_B= 0,75–0,78 (эти значения соответствуют = 0,68–0,72 при δ_м/δ =1,5 и δ/τ ≈ ≈0,01).

Обмоточный коэффициент k_об1 предварительно принимают равным 0,92.

Линейную нагрузку А и индукцию В_δн при U_н = 380–6600 В выбирают по рис. 1.3 и 1.4. При U_н = 10000 В величину В_δн можно также выбирать по рис. 1.4, а линейную нагрузку А следует снизить на 10–15 %, так как из-за более толстой пазовой изоляции ухудшается охлаждение обмотки якоря.

Рис 1.3

Выбранные значения А и В_δн являются предварительными и в дальнейшем при необходимости их можно изменять. При этом следует иметь в виду, что чем больше произведение А·В_δн , тем меньший активный объем D²l_δ будет иметь проектируемая машина. Однако каждая машина имеет свои верхние пределы А и В_δн.

Рис. 1.4

Приведенные на рис. 1.3 верхние значения А соответствуют серийным машинам защищенного исполнения с косвенным воздушным охлаждением, с изоляцией класса нагревостойкости В. Верхний предел индукции В_δн ограничен насыщением магнитной цепи, в основном – насыщением зубцового слоя. Кроме того, с увеличением отношения А/В_δн возрастают индуктивные сопротивления машины.

Определив расчетную длину l_δ , находят отношение

,

причем чем длиннее машина (больше λ), тем хуже условия её охлаждения, а чем короче, тем больше доля лобовых частей в длине витка обмотки и тем больше потери в обмотке. Значения λ для современных машин указаны на рис. 1.5.

Рис. 1.5

Для улучшения охлаждения сталь статора обычно разбивают на несколько пакетов длиной l_пак ≈ 4–5 см, между которыми делают радиальные вентиляционные каналы шириной b_к = 10 мм (рис. 1.6).

Рис. 1.6

При наличии вентиляционных каналов истинная длина статора будет больше расчетной и предварительно может быть принята

Длину всех пакетов чаще всего берут одинаковой. Число вентиляционных каналов в этом случае

причем n_K округляют до целого числа.

После округления n_K уточняют длину пакета

и округляют ее до одного миллиметра.

Суммарная длина пакетов сердечника

Проекции синхронного генератора приведены на рис. 1.7.

Рис. 1.7

Синхронная машина имеет радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками, направляющими часть воздушного потока на лобовые части обмотки статора (рис. 1.8). Охлаждающий воздух в машинах защищённого исполнения входит через вентиляционные окна в подшипниковых щитах (рис. 1.8, а), проходит вдоль лобовых частей обмотки статора, через междуполюсное пространство ротора (охлаждая обмотку возбуждения), радиальные вентиляционные каналы статора и выходит через боковые жалюзи. Схема вентиляции машины закрытого исполнения с установленным в верхней части теплообменником показана на рис. 1.8, б.

Рис. 1.8. Схема вентиляции синхронных машин