10. Расчет обмотки возбуждения

Для питания обмотки возбуждения в современных синхронных машинах применяют тиристорные возбудительные устройства. Технические данные некоторых из этих устройств приведены в табл. 8.7. Применение пониженное напряжения для питания обмотки возбуждения позволяет повысить ток возбуждения I_в и получить небольшое число витков в полюсной катушке при большом сечении проводника. Эта мера способствует лучшему заполнению катушек медью и более эффективному отводу теплоты от них.

ТВУ-46-320 ТВУ-65-320 ТВУ-80-320 ТВУ-105-320 ТВУ-137-320 ТВУ-166-320 ТЕ8-320/48Т ТЕ8-320/75Т ТЕ8-320/150Т	14,7 20,8 25,6 33,6 43,8 53,0 15,4 24,0 48,0	46 65 80 105 137 166 48 75 150

Примечание. Все устройства рассчитаны на номинальный ток 320 А.

При расчете обмотки возбуждения можно воспользоваться номинальными значениями напряжения возбудительных устройств U_в,ном, уменьшив их на 2 В (падение напряжения в контакте щеток с кольцами).

Предварительное сечение медной проволоки для катушки возбуждения, мм²,

(8.91)

где – расчетное значение МДС обмотки возбуждения, А; – удельное сопротивление меди при рабочей температуре, для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В: многослойной Ом∙м, однослойной Ом∙м; – средняя длина витка катушки, мм; U_в – напряжение непосредственно на обмотке возбуждения, В:

(8.92)

Многослойные полюсные катушки имеют худшее заполнение медью и худшие условия охлаждения. По этой причине многослойные катушки применяются лишь в машинах мощностью свыше 100 кВт получили применение однослойные катушки из неизолированной медной проволоки прямоугольного сечения более 30 мм², намотанной на ребро.

В многослойных полюсных катушках сечение проволоки не должно превышать 30-40 мм². Если сечение меньше 5-6 мм², то следует задаться более низким напряжением возбуждения, так чтобы получить большую площадь поперечного сечения проводника. Применение для полюсных катушек проводов круглого сечения нежелательно, так как это ухудшает теплоотвод от обмотки возбуждения. Исключение составляют машины мощностью не более 20 кВт, в которых невозможно применение проводов прямоугольного сечения. В однослойных полюсных катушках (машины мощностью более 100 кВт) сечение медной проволоки может составлять от 30 до 300 мм².

Средняя длина витка полюсной катушки зависит от вида катушки.

Для многослойных катушек (рис. 8.24, а)

(8.93)

Для однослойных катушек (рис. 8.24, б):

с лобовой частью в виде полуокружности с радиусом R (рис. 8.25, а) (применяется при ширине сердечника полюса мм)

(8.94)

где c принимают в зависимости от ширины сердечника полюса:

, мм	60	61–100	101–120	121–150	151–200
,мм	10	12,5	15	20	30

с лобовой частью, выполненной двумя закругленными радиусом (рис. 8.25, б) (применяется при мм)

(8.95)

В этих выражениях – предварительное значение ширины проводника катушки: ; – толщина изоляции между сердечником полюса и катушкой, принимается от 1,5 до 2 мм в зависимости от конструкции изоляции полюсной катушки; – толщина катушки обмотки возбуждения, мм.

Ток возбуждения при нагрузке, А,

(8.96)

где – предварительное значение плотности тока в обмотке возбуждения, принимается в зависимости от вида катушек: при многослойных катушках 3,2-3,8 А/мм², при однослойных 3,5-5,3 А/мм² (меньше значения соотвествуют более длинным машинам).

Число витков катушки обмотки возбуждения (на полюс)

(8.97)

По приложению П.1 для многослойных катушек принимают стандартное сечение провода, близжайшее к и соотвествующие размеры сторон проволоки должно удовлетворять условию . После этого выполняют в масштабе эскиз двух соседних полюсов с катушками (рис. 8.24, а). При этом размеры проводов принимают с учетом толщины изоляции, а толщину изоляционных прокладок принимают по табл. 8.8. Минимальное расстояние между катушками (размер x на рис. 8.24, а) должно быть не мене 7-10 мм. При несоблюдении этого условия размещение катушек на полюсах затрудняется, а условия их охлаждения становятся неудовлетворительными.

В случае однослойных катушек сначала определяют меньший размер прямоугольной проволоки, мм,

(8.98)

где – высота сердечника полюса, мм; – толщина прокладок на ободе и под полюсным наконечником, мм (табл. 8.9); – толщина слоев асбестовой бумаги между двумя соседними витками катушки, мм (табл. 8.9).

Большой размер прямоугольной проволоки (ленты), мм,

(8.99)

Затем по приложению П.1 выбирают стандартную проволоку прямоугольного сечения или ленту. После этого выполняют в масштабе эскиз двух соседних полюсов с катушками (рис. 8.24, б). Расстояние x должно быть не менее 7 мм.

Наибольшая ширина прямоугольного провода , при которой , равна, мм,

(8.100)

где – толщина изоляции между сердечником полюса и катушкой, мм.

Фактическая плотность тока в обмотке возбуждения не должна превышать допустимого значения, А/мм².

(8.101)

где – поперечное сечение стандартного провода, принятого для полюсной катушки, мм².

Затем следует рассчитать превышение температуры обмотки возбуждения [2]:

для многослойных катушек,

(8.102)

Таблица 8.8. Изоляция катушек обмоток статора машин переменного тока на напряжение до 10 кВ (класс нагревостойкости В)

Позиция на рисунке	Класс нагревостойкости В			Класс нагревостойкости F и H
	Материал			Материал
	Наименование	Толщина, мм	Число слоев	Наименование	Толщина, мм	Число слоев
1 2 3 4 5 6 7	Слюдинитофолий Бумага телефонная лакированная Миканит прокладочный Гетинакс Бумага асбестовая, дополнительно лакированная Слюдинит гибкий Бумага конденсаторная	0,12 0,07 0,5 3-5 0,3 0,2 0,03	16 0,13 3 1 1 1 между витками 1 между слоями То же	Стекломикафолий (или меканит формовочный) Лента стеклянная Миканит прокладочный Стеклотекстолит Бумага асбестовая, дополнительно лакированная Стекломиканит гибкий Стеклянная ткань	0,2 (0,5) 0,1 0,5 1,6 3-5 0,3 0,22 0,025 0,2	8 (3) 1 встык 1 3,2 1 1 между витками 1 между слоями То же 1

Примечание. Миканиты, стекломикафолий и стеклотекстолит должны быть изготовлены на связующем, соответствующем классу нагревостойкости изоляции обмотки.

где – двусторонняя толщина изоляции провода, мм; – число слое в наиболее широой части катушки; – периметр боковй поверхности катушки, мм (abc на рис. 8.24, а); – окружная скорость ротора, м/с:

(8.103)

для однослойных катушек

(8.104)

Полученное по (8.103) и (8.105) значение должно быть меньше допустимого на . Если же это условие не выполняется, то необходимо выполнить пересчет обмотки возбуждения при другом предварительном значении плотности тока , другом напряжении возбуждения U_в или же другом соотношении размеров a и b обмоточного.

Затем уточняют высоту полюса, мм,

(8.105)

Если полученное значение высоты полюса отличается от предварительно принятого более чем на 5 %, то следует пересчитать магнитное напряжение полюса ротора.

Активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной температуре, Ом,

(8.106)

Таблица 8.9. Изоляция полюсных катушек ротора явнополюсных синхронных машин мощностью свыше 100 кВт

Позиция на рисунке	Материал		Число слоев	Общая толщина, мм
	Наименование	Толщина, мм
1 2 3 4,6 5 7	Медь полосовая Бумага асбестовая электроизоляционная* Миканит формовочный (или микафолий, или стекломикафолий) Миканит прокладочный Стеклотекстолит »	– 0,2 0,5 (0,2) 0,5 5 8	– 2 3 (8) 1 1 1	– 0,4 1,5 (1,6) 0,5 5 8

* Для класса нагревостойкости B лакируется глифталебакелитовым лаком, для классов F и H.