Магнитный поток в зазоре

Ф_r = С₁  К_ф  Е_r = 6,87  10^–5  1,053  8844,5 = 0,638 Вб

Е_r = Е_r  U_N = 1,11 7968 = 8844,5 В.

Индукция в зазоре

В_ = С₂  Ф_r / α_δ = 1,0156  0,638 / 0,74 = 0,8756 Тл

α_δ берется из таблицы холостой хода для Е_r=1,11 и k_zа = 1,16.

Индукция в сечении зубца на 1/3 высоты от зазора

В_z1 = C₃  В_= 2,144  0,8756 = 1,8773 Tл.

Индукция в ярме статора

В_а1 = C₄  Ф_r = 2,215  0,638 = 1,413 Tл.

Индукция в сечении полюса у его основании

В_m= C₈  Ф_m = 1,98  0,873 = 1,728 Tл

Полученные значения индукции должны находиться в пределах, указанных в табл.П.15.

Выбор размеров и основных параметров обмотки возбуждения

Обмотка возбуждения явнополюсной машины состоит из 2р последовательно включенных катушек, охватывающих сердечники полюсов. Катушки возбуждения гидрогенераторов изготовляют из голой шинной меди большого сечения (S_ = 100÷ 800 мм²), намотанной на ребро. Катушки таких обмоток состоят из одного слоя витков, неизолированная наружная поверхность которых хорошо охлаждается. Размеры обмотки возбуждения определяются требуемой н.с. и допустимым превышением ее температуры.

Средняя длина полу витка обмотки возбуждения (предварительно)

l_ =l_m –0,3b_m +0,5(b_m +2_и +0,1τ) =1,7834–0,30,295+0,53,14(0,295 +0,007 +0,0536) =2,253 м.

где 2_и = 0,007 м (табл.П.16) – двусторонняя толщина изоляции полюса с учетом припуска на сборку.

Плотность тока в обмотке возбуждения A/м².

α_ - коэффициент теплопередачи от поверхности катушки к охлаждающему газу Вт /м² С.

α_ = 22 (1+ 4,4 ) =22 ( 1+4,4 ) = 92, 86 .

– превышение температуры обмотки возбуждения. Для класса изоляции В можно было бы принять =(95 ÷ 90) С. Для уменьшения потерь в обмотке возбуждения это превышение берут =(60 ÷ 75) С. Предварительно принимаем = 75 С.

k_м – коэффициент заполнения высоты катушки медью. Зависит от полюсного деления τ:

τ м 0,20 0,30 0,40 0,60 0,80 k_м 0,90 0,925 0,95 0,965 0,975

Рис. Полюсное деление (в разрезе)

Принимаем предварительно k_м =0,95. – высота катушки

= h_m –_h = 0,27– 0,0388 =0,2312 м.

_h – полная толщина изоляции катушки по высоте. По таблице П.16.

_h = 2_ш + 0,04h_m + 0,008 = 2  0,01 + 0,04  0,2 + 0,008 = 0,0388 м.

ρ_t – удельное сопротивление меди обмотки ρ_t = 0,0242  10^–6 Oмм.

(При превышении температуры 75С .).

Ширина провода

м.

Наименьшее расстояние между соседними полюсами

х = D_a2 / (2р ) – – 2в_э = 3,14  7,55 / (2 24 ) – 0,302 – 2  0,0691 = 0,0536

D_a2 – наружный диаметр обода.

– внутренняя ширина катушки

=в_m + 2_и = 0,295 +0,007 = 0,302 м.

Расстояние х должно удовлетворять условию:

х 0,01 l₁ τ / h_m + 0,013

х = 0,053  0,01  1,837  0,536 / 0,266 + 0,013 = 0,0498 .

Если последнее условие выполнено, то ширину катушки можно считать окончательно установленной.

По конструктивным и технологическим соображениям отношение размеров провода должно удовлетворять условию 6  в_э / а_э  12, а_э – высота провода.

Минимально допустимая высота провода

а_эmin = в_э / 12= 0,0691 / 12 = 0,00575 м.

Максимально допустимая высота провода

а_эmax = в_э / 6 = 0,0691 / 6 = 0,01151 м.

Минимальное и максимальное сечение обмотки возбуждения S_min = в_э а_эmin = 0,0691  0,00575 = 3,975  10^–4 м².

S_max = в_э а_эmax = 0,0691  0,01151 = 7,95 10^–4 м² .

Средняя длина полу витка обмотки возбуждения

l_=(l_m–2₀)+0,5(в_m+2_и+в_э)=(1,7834–20,0442)+0,53,14(0,295+

+0,007+0,0691)=2,278 м.

где ₀= 0,15  в_m = 0,15  0,295 = 0,0442 м.

Номинальное напряжение возбудителя

U_min=1,154ρ_tl_pF_N/S_max=1,1540,024210^–62,2782431002/7,95· 10^–4 = 237,3 B

U_max = U_min (S_max/ S_min)= 237,3(7,9510^–4) / (3,97510^–4)= 474,6 В.

Из ряда нормализованных напряжений: 24, 35, 50, 80, 115, 230, 500 В, выбираем U_н=230 В.

Уточняем сечение обмотки возбуждения

S_ = S_max (U_mix / U_N ) = 7.95  10^–4(237,3 / 230) = 8,202 10^–4 м².

Уточняем высоту провода

а_э = S_ / в_э = 8,202  10^–4/ 0,0691 = 0,0119 м .

Одновременно с уточнением размеров а_э, в_э корректируют плотность тока Δ_ таким образом, чтобы число витков в катушке было целым

W_= F_N / S_ Δ_= 31002 / 8,202 10^–4  2,041 10⁶ = 18,52.

Округляем W_ = 19 витков. Т.о. уточненное значение плотности тока будет

Δ_ = F_N/S_  W_ = 31002 / 8,202  10^–4  19 = 1,99  10⁶ A/м² . Номинальный ток возбуждения

I_N = F_N / W_ = 31002 / 19 = 1631,7 A.

Ток возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении

I_x = F_x / W_ = 18051,8 / 19 = 950,094 A.

Разрез полюса показан на рис. 5.

Припуск на сборку по высоте катушки составляет:

h_m–2_ш–8–(а_э+0,4)W_=270–210–8–(11,9+0,4)19= 8,3 мм.

Полученное значение припуска должно быть больше 0,025h_m. 8,3  0,025  270 = 6,75 мм.

Омическое сопротивление обмотки при t = 130 C.

r_130=4ρ₁₃₀pW_l_/S_=40,025210^–624192,278/8,20210^–4=0,1276 Oм.

ρ₁₃₀=ρ₂₀1+0,004(130 -20)=0,017510^–6(1+0,004110)=0,025210^–6 Oмм.

ρ₂₀=0,017510^–6 Oмм – удельное сопротивление меди при температуре 20С. Омическое сопротивление при t = 15 C.

r_15 = r_130 / 1,46 = 0,1276 / 1,46 = 0,0874 Ом.

Напряжение на кольцах обмотки возбуждения при номинальной нагрузке и t =130 C.

= r_130  I_N = 0,1276  1631,7 = 208,2 В.

Напряжение на кольцах обмотки возбуждения при холостом ходе и холодном гидрогенераторе (t = 15 C)

= r_15  I_x = 0,0874  950,094 = 83,04 B.

Коэффициент запаса возбуждения (должен быть в пределах 1,1 ÷ 1,2).

k = U_N / (r_130  I_N) =230 / 0,1276  1631,7 = 1,105.

Предельное напряжение возбудителя

U_max =k_пр  U_N = 1,8 230 = 414 В.

k_пр согласно ГОСТ 5616/72 или 609-75 должен быть не менее 1,8 для гидрогенераторов с коллекторным возбудителем и не менее 2,0 для гидрогенераторов с другими системами возбуждения.