9. Рассчитываем магнитный поток в клюве: .

10. Определяем индукцию в клюве: .

11. Находим падение магнитодвижущей силы в клюве.

,

где - напряженность магнитного поля в клюве, определяемая по кривой намагничивания стали, из которой изготовлены полюсные половины (смотри рисунок 16).

12. Рассчитываем магнитный поток внешнего рассеяния поперек листов статора: , где .

13. Определяем магнитный поток в изгибе клюва:.

14. Определяем падение магнитодвижущей силы в изгибе клюва.

,

где - напряженность магнитного поля в клюве, определяемая по кривой намагничивания стали, из которой изготовлены полюсные половины (рисунок 16) для

15. Находим величину магнитного потока внешнего рассеяния вокруг генератора = ∙, где = . Рассчитываем магнитный поток в сборном кольце: .

16. Определяем падение магнитодвижущей силы в сборном кольце: , где находится аналогично п.14. для

17. Вычисляем сумму магнитного потока рассеяния по катушке возбуждения и магнитного потока аксиального рассеяния:

=

где .

18. Определяем магнитный поток в изгибе сборного кольца:

.

19. Находим падение магнитодвижущей силы в изгибе сборного кольца: , где находится аналогично п.14 для

20. Находим падение магнитодвижущей силы в паразитном зазоре . Для этого принимаем ,,

где - магнитный поток в паразитном зазоре, площадь сечения паразитного зазора. Определяем индукцию в паразитном зазоре: После этого вычисляем

где - число паразитных зазоров между втулкой и сборными кольцами,

- длина паразитного зазора.

21. Определяем падение магнитодвижущей силы во втулке:, где - напряженность магнитного поля во втулке, определяемая по кривой намагничивания стали, из которой изготовлена втулка (смотри рисунок 16) для

22. Рассчитываем магнитодвижущую силу обмотки возбуждения:.

23. По результатам расчета нескольких точек стоят характеристику намагничивания магнитной цепи генератора рисунок 16).

Расчет характеристики холостого хода генератора

Пересчитываем характеристику в зависимость электродвижущей силы фазы обмотки статора генератора от магнитодвижущей силы обмотки возбуждения .

Рисунок 17- Характеристика намагничивания магнитной цепи генератора .

Для этого ординату характеристики преобразуем в электродвижущую силу фазы обмотки статора по формуле:, (35)

где

коэффициент формы магнитного поля

( для синусоидалього поля = 1,11),

число пар полюсов,

-частота вращения для которой рассчитывается характеристика холостого хода,

( если нет особых указаний, то принимают=1000 ),

число последовательно соединенных витков в фазе обмотки статора,

обмоточный коэффициент.

Производим расчёт выходного напряжения генератора для характеристики по формуле:

, (36)

где - соответственно коэффициент выпрямления и коэффициент схемы По результатам расчета строятся характеристики, представленные на рисунке 18

Рисунок 18 – Характеристики холостого хода генератора

Расчет токоскоростной характеристики генератора

Расчет может вестись:

-для режима независимого возбуждения или самовозбуждения;

-для нагретого или холодного состояния генератора;

-для генератора, работающего в комплекте с регулятором напряжения или без него;

-при номинальном напряжении генератора или при пониженном напряжении.

Если расчет генератора ведется для режима независимого возбуждения:

- выходной ток = ,

если же расчет ведется на режим самовозбуждения:

=−,

где - ток возбуждения в режиме, при котором рассчитывается токоскоростная характеристика.

Нагретое или холодное состояние генератора влияет на расчетные величины сопротивлений обмотки возбуждения и обмотки статора.

При расчете магнитодвижущая сила обмотки возбуждения, соответствующая расчетному току возбуждения определяется по формуле: , (37)

где - напряжение генератора, при котором рассчитывается токоскоростная характеристика.

- число витков обмотки возбуждения,

- сопротивление обмотки возбуждения.

Величина зависит от температурного режима работы генератора.

Наличие или отсутствие регулятора напряжения также оказывает влияние на величину. Так, если регулятор напряжения отсутствует, то определяется по формуле (10.1), а если генератор работает в комплекте с регулятором напряжения, то используется формула:

, (38)

где - падение напряжения на силовом транзисторе регулятора напряжения.

Величина напряжения генератора также входит в формулы (37),(38).

Расчет токоскоростной характеристики генератора при допущении:

В основу расчета положена векторная диаграмма синхронной электрической машины, представленная на рисунке 19.

Рисунок 19 – Диаграмма синхронной электрической машины при

Используя теорему Пифагора применительно к векторной диаграмме рисунка 19 можно написать:

(39)

, (40)

где -начальная частота вращения ротора генератора без нагрузки

- электродвижущая сила фазы обмотки статора при частоте вращения ротора ,

- частота вращения ротора генератора, соответствующая электродвижущей силе фазы обмотки статора .

Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси пропорционально частоте вращения ротора генератора:

, (41)

Подставляя соотношения (40),(41) в уравнение (39) получим: .

Преобразуя это уравнение, получаем расчетную формулу:

. (42)

Порядок расчета по формуле (42) следующий.

1. Задаёмся напряжением генератора, для которого рассчитывается токоскоростная характеристика .

2. По зависимостям фазного напряжения обмотки статора от выходного тока генератора для и схемы соединения фаз обмотки статора, используемой в проектируемом генераторе, определяем при .

Рисунок 20 Зависимости, учитывающие особенности работы выпрямителя в реальных условиях

3. По формуле (37) в случае отсутствия регулятора напряжения в цепи обмотки возбуждения генератора или по формуле (38), если регулятор напряжения включен в цепь обмотки возбуждения, определяем магнитодвижущую силу обмотки возбуждения в расчетном режиме.

4. По характеристике холостого хода определяем напряжение фазы обмотки статора , соответствующее магнитодвижущей силе .

5. Рассчитываем начальную частоту вращения ротора генератора без

нагрузки: =.

6. Определяем синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси при частоте вращения - .

7. Задаемся рядом значений тока на выходе выпрямителя генератора и для каждого из этих значений определяем токи фазы , где - коэффициент выпрямления по току, который следует определять по кривой рисунка 20-в

в зависимости от величины тока .

8. По зависимостям фазного напряжения обмотки статора от тока на выходе выпрямителя генератора (рисунок 20-б), использованным в п.2, находим значения напряжения фаз обмотки статора для значений выходного тока генератора заданных в п. 7.

9. Для каждого выходного тока генератора, заданного в п.7 рассчитываем частоту вращения ротора генератора по формуле (42).

10. Определяем ток на выходе генератора:

для режима независимого возбуждения ,

для режима самовозбуждения .

Расчет токоскоростной характеристики генератора при допущении: .

Расчет по этому методу проводится с использованием векторной диаграммы, представленной на рисунке 20

Рисунок 20 - Диаграмма синхронной электрической машины при

диаграмма представляет собой прямоугольный треугольник, для решения которого можно использовать следующие формулы:

, (43)

, (44)

, (45)

(46)

Умножая левую и правую части уравнения (46) на и деля их на получаем:

. (47)

Подставляя левую часть уравнения ( 47) в правую часть соотношения (43) получаем:

. (48)

Порядок расчета по второму методу следующий.

1. Выполняем п.1-5 первого метода расчета.

2. Рассчитываем сопротивление фазы обмотки статора генератора для холодного генератора при температуре 20 или для нагретого генератора при температуре 75 , если нет особых указаний. Расчетные формулы приведены в литературе по расчету синхронных генераторов.

3. Задаемся током на выходе выпрямителя генератора .

4. Определяем величину напряжения фазы обмотки статора генератора для заданного тока по зависимостям фазного напряжения обмотки статора от тока на выходе генератора (рисунок 20-б) ) для и схемы соединения фаз обмотки статора, используемой в проектируемом генераторе.

5. Определяем ток фазы обмотки статора генератора аналогично тому как это делалось в п.7 первой методики.

6. Задаемся двумя- тремя значениями частоты вращения ротора генератора , таким образом, чтобы частота вращения ротора, соответствующая заданному току по токоскоростной характеристики находилась между заданными значениями частот вращения.

7. Определяем индуктивное сопротивление рассеяния , индуктивные сопротивления реакции якоря по продольной и поперечной осям для заданных в п. 6 значениях частот вращения ротора. Расчетные формулы приведены в литературе по расчету синхронных генераторов.

8. Рассчитываем электродвижущую силу рассеяния обмотки статора генератора по формуле для заданных в п.6 значений частот вращения ротора.

9. Рассчитываем активное падение напряжения в фазе обмотки статора .

10. Определяем величину по формуле (48) для всех заданных в п.6 значений частот вращения ротора.

11. Определяем значение электродвижущей силы фазы обмотки статора по диаграмме рисунка 20 для каждого заданного в п.6 значения частоты вращения ротора.

12. Рассчитываем электродвижущую силу фазы обмотки статора для заданных в п.6 частот вращения ротора, исходя из того, что она изменяется пропорционально частоте вращения ротора по отношению к электродвижущей силе полученной из характеристики холостого хода (смотри п.4 первой методики). Расчет ведется по формуле:, где - одна из заданных частот вращения ротора.

13. Для каждой из заданных частот вращения ротора определяем разность значений электродвижущих сил рассчитанных в п.11 и п.12:.

14. Определяем значение частоты вращения ротора для которой Найти искомое значение частоты вращения ротора можно графически, строя график зависимости и определяя ее на пересечении полученной кривой с осью абсцисс (рисунок 21).

Рисунок 21 Графическое определение частот вращения ротора генератора, соответствующих выходным токам генератора по токоскоростной характеристике

Найденное значение частоты вращения и будет соответствовать току , заданному в п. 3 данного метода по токоскоростной характеристике.

15. Повторяем выполнение п.3-п.14 с другими значениями тока до тех пор, пока не будет получено достаточно точек для построения токоскоростной характеристики.

Определяем ток на выходе генератора:

для режима независимого возбуждения ,

для режима самовозбуждения .

Строим токоскоростную характеристику.