Расчет потерь и коэффициент полезного действия
Магнитные потери в сердечнике статора
Рм = kда Кд рa Gа + kдz рz Gz = 1,3· 2,431· 48286 + 1,7 ·4,5 ·32625= 402119 Вт,
kда = 1,3 и kдz = 1,7 – эмпирические коэффициенты
Ра
= ρ1/ 50 ·
(f
/50)1,3
= 1,5 ·1,2732
· (50/50)1,3
= 2,431 Вт/кг.
Рz
= ρ1/ 50 ·
(f
/50)1,3
= 1,5 ·1,73232
· (50/50)1,3
= 4,5 Вт/кг.
ρ1/ 50 – удельные потери в стали для стали 1512 толщиной 0.5 мм, ρ1/ 50 = 1,5 Вт / кг.
Добавочные потери на поверхности полюсных наконечников при холостом ходе
Рpo=2 p α τ l1 kΔ (Z1Ω)1,5 (B0 tZ1)2 = 2· 24·0,72·0,536·1,837·1,95· ·(4,32 · 13,1)1,5· (0,0641· 0,0596)2 = 40922 Вт
где В0 = Вδ (kδ – 1)=0,808·(1,0793-1)= 0,0641 Тл
kΔ = 1,95 – для полюсов из листов толщиной 1,5 мм 1.
Ω= 13,1 рад/с.
Потери в стали при холостом ходе.
Рмo = Рм + Рpo = 402119 + 40922= 443041 Вт.
Потери короткого замыкания (при = 50 Гц )
Основные электрические потери в обмотке статора при номинальном токе и t = 75C.
Рэ
= 3(ra
/kr
)
=
3(0,0074/1,103)·35682
= 256228 Вт.
Добавочные потери в обмотке статора
Рэд = (kr –1) Рэ = (1,103–1) · 256228 = 26391 Вт
Добавочные потери в зубцах статора от третьей гармонической составляющей поля при коротком замыкании
Ркз
= 10,7· ρ1/50
·
·Gz
= 10,7· 1,5·0,3025/4
·32625 = 117293 Вт.
Индукция в зубцах от третьей гармонической составляющей поля
В3 = Вz1(A3m X*d + 1,27A3d X*ad) = 1,73(0,101·0,87 + 1,27 · 0,098 · 0,712)= 0,305 Тл
где по кривым рис. П. 15 и П.16 для δм / δ= 1,5 ; δ / τ = 0,41.
A3m = В2В1–0,7 = 0,455 · 1,76 – 0,7= 0,101.
A3d = А2А1 =0,204·0,48 = 0,098.
Добавочные потери на поверхности полюсных наконечников от зубчатости статора при коротком замыкании
Ррк = 0,2{2p X*ad / [Z1(kδ – 1)]}2 Рр0 = 0,2{ 2 ·24 ·0,712 / [432(1,0793–1)]}2 · 40922 = 8145 Вт
Добавочные потери на поверхности полюсного наконечника от высших гармонических составляющих н.с. статора при коротком замыкании
[k’
X*ad
/(kδ
–
1)]2
Рр0
=
[0,05
·0,712 /(1,0793–1)]2
· 40922 = 12008 Вт
где k’=0,05 – коэффициент в функции от β = y / τ при β =0,78.
Сумма добавочных потерь при коротком замыкании
Ркд
= Рэд
+ Ркз
+ Ррк
+
=
26391 +117293 + 8145 + 12008= 163837 Вт
Полные потери при коротком замыкании и номинальном токе статора
Ркн = Рэ + Ркд = 256228 + 163837 = 420065 Вт
Потери на возбуждение
Рf
=(rf
+ΔU
IfN)
/ ηf
= [0,105·(1631,7)2
+ 2·1631,7] / 0,85 = 332729,5 Вт
где
Uщ
= 2
напряжение переходного контакта
= ( 0,8 +0,85 ) – КПД возбудителя .
Механические потери
Вентиляционные потери Рв = kqH Q=kυ Q= 4907·52,9= 259580 Вт
где H = q0υ2 – теоретический напор развиваемый вращающимся ротором, Па;
υ = 2f τ – окружная линейная скорость на наружной поверхности ротора м/с ;
kq =1,4= – коэффициент учитывающий потери на трение вращающихся частей об охлаждающий газ ; q0 = 1,22 кг / м3; - плотность газа
kυ – коэффициент
kυ = kq q0 υ 2 = 1,4· 1,22 (2 · 50 · 0,536) 2 = 4907.
Расход газа Q (м3 /с) участвующего в теплообмене (переносящего тепло от нагретых частей газоохладителям) определяют из уравнения для подогрева газа
Q = (Рf +Рр + Рси + РFE) / (cυ θr – kυ) = (332730 + 61075 + 282619 + 519412)/(1100 · 25 – 4907) = 52,9 м3 /с.
Рр = Рр0 + Ррк + = 40922 + 8145 + 12008 = 61о75 Вт.
Рси = Pэ + Рэд = 256228 + 26391 = 262619 Вт.
РFE = Pм + Ркз = 402119 + 117293 = 519412 Вт.
cυ – объемная теплоемкость газа. cυ для воздуха 1100 Дж/м3 ·С .
θr – рекомендуется принимать для воздуха 25С.
Потери на трение в подшипниках (подпятнике и направляющем подшипнике)
Рп = kN = 1,45 10 –7 = 179500 Bт.
где kN – коэффициент зависящий от среднего удельного давления в подпятнике и конструкции гидрогенератора; kN = 1,45 10–7 для зонтичных гидрогенераторов, kN = 1 10–7 для подвесных гидрогенераторов.
Суммарные механические потери вертикального гидрогенератора
Рт = Рв + 0,5Рп = 259580 +0,5 ·179500 = 349330 Bт.
Полные потери и КПД при номинальной нагрузке
ΣP = Pмо + Ркн + Р + Рт = 443041 +420065 +332730 + 349330 =
=1545,166 Вт = 1545,2 Вт.
η = 1– ΣP/(SN cosφN+ΣP)=1–1545,166 / (85300 0,8 + 1545,2 ) = 0,978