
- •Синхронных машин
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Конструкция серийных синхронных машин общего назначения
- •10.3. Система относительных единиц
- •10.4. Задание на проектирование
- •10.5. Выбор главных размеров
- •10.6. Обмотка и зубцовая зона статора
- •10.7. Сегментировка статора
- •10.8. Пазы, обмотка и ярмо статора
- •10.8.1. Размеры пазов статора
- •10.8.2. Обмотка статора.
- •10.9. Воздушный зазор и полюсы ротора
- •10.10. Расчет демпферной (пусковой) обмотки
- •10.11. Расчет магнитной цепи
- •10.12. Определение мдс реакции якоря
- •10.13. Параметры обмотки статора для установившегося режима работы
- •При нагрузке. Векторные диаграммы
- •10.15. Расчет обмотки возбуждения
- •Мощностью свыше 100 кВт
- •10.16. Параметры и постоянные времени
- •В относительных единицах
- •10.17. Масса активных материалов
- •10.18. Потери и кпд
- •10.19. Тепловой расчет обмотки статора для установившегося режима работы
- •10.20. Характеристики синхронных машин
- •10.20.1. Основные характеристики
- •10.20.2. Токи короткого замыкания
- •10.20.3. Пусковые характеристики
Глава десятая. Проектирование
Синхронных машин
Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве генераторов на электростанциях, их мощность составляет 1500 МВт для турбогенераторов и 800 МВт для гидрогенераторов. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы.
10.1. Общие сведения
Синхронные двигатели предназначены для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, таких, как компрессоры, насосы, шаровые мельницы, вентиляторы, двигатель-генераторные установки и т. п.
Двигатели изготовляют с неявнополюсным и с явнополюсным ротором.
В неявнополюсном исполнении синхронных двигателей — турбодвигатели — выпускают с частотой вращения 3000 об/мин мощностью от 630 до 12500 кВт. Более широкое распространение имеют явнополюсные синхронные двигатели с диапазоном частот вращения от 1500 до 100 об/мин мощностью от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч киловатт.
Шкала мощностей выпускаемых в настоящее время двигателей приведена в табл. 10.1. Двигатели выпускают с номинальными напряжениями 380,660,6000 и 10000 в [16].
В отдельных случаях допускается изготовление двигателей на напряжение 3000 В для мощностей, указанных в таблице для двигателей с номинальным напряжением 6000 В.
Синхронные генераторы выполняют с явнополюсными роторами и применяют в сопряжении с двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями. В табл. 10.2 приведена шкала мощностей, частот вращения и напряжений для синхронных генераторов. Для дизель-агрегатов выпускают генераторы с частотой вращения 375 об/мин. Кроме того, выпускают синхронные генераторы небольших мощностей; от 4 до 100 кВт. Большинство выпускаемых генераторов работает с самовозбуждением и автоматической системой регулирования возбуждения.
Налажено серийное производство различного типа синхронных двигателей мощностью от нескольких сотен ватт до долей ватта (микродвигатели) [16].
Таблица 10.1. Шкала мощностей синхронных двигателей
Номинальная мощность, кВт |
Номинальная частота вращения, об/мин | ||||||||||||||||||||||||||||
3000 |
1500 |
1000 |
750 | ||||||||||||||||||||||||||
Номинальное напряжение, В | |||||||||||||||||||||||||||||
6000 |
10000 |
380 |
660 |
6000 |
10000 |
380 |
660 |
6000 |
10000 |
380 |
660 |
6000 |
10000 |
| |||||||||||||||
75 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
| ||||||||||||||
90 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
| ||||||||||||||
110 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
| ||||||||||||||
132 |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
| ||||||||||||||
160 |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
| ||||||||||||||
200 |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
| ||||||||||||||
250 |
— |
— |
X |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
— |
| ||||||||||||||
315 |
— |
— |
X |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
| ||||||||||||||
400 |
— |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
| ||||||||||||||
500 |
— |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
| ||||||||||||||
630 |
X |
X |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
800 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
1000 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
1600 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
1250 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
2000 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
2500 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
3200 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
4000 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
5000 |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
6300 |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
8000 |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
10000 |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
X |
| ||||||||||||||
12500 |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
| ||||||||||||||
Номинальная мощность, кВт |
Номинальная частота вращения, об/мин | ||||||||||||||||||||||||||||
600 |
500 |
375 |
300 |
250 | |||||||||||||||||||||||||
Номинальное напряжение, В | |||||||||||||||||||||||||||||
380 |
6000 |
10000 |
380 |
6000 |
10000 |
6000 |
10000 |
6000 |
10000 |
6000 |
10000 | ||||||||||||||||||
75 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
90 |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
110 |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
132 |
X |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
160 |
X |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
200 |
X |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
250 |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
315 |
X |
X |
— |
— |
X |
— |
X |
— |
X |
— |
X |
— | |||||||||||||||||
400 |
— |
X |
— |
— |
X |
— |
X |
— |
X |
— |
X |
— | |||||||||||||||||
500 |
— |
X |
— |
— |
X |
— |
X |
— |
X |
— |
X |
— | |||||||||||||||||
630 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
800 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
1000 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
1600 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
1250 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
2000 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
2500 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
3200 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
4000 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
5000 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
6300 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X | |||||||||||||||||
8000 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
X |
X |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
10000 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— | |||||||||||||||||
12500 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Таблица 10.2. Шкала мощностей синхронных генераторов
Номинальная мощность, кВт |
Номинальная частота вращения, об/мин | ||||||||||
1500 |
1000 |
705 |
600 |
500 | |||||||
Номинальное напряжение, В | |||||||||||
230 |
400 |
6300 |
230 |
400 |
6300 |
230 |
400 |
400 |
230 |
400 | |
75 |
— |
— |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
100 |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
125 |
— |
X |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
X |
X |
X |
160 |
— |
X |
— |
— |
— |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
200 |
|
X |
— |
— |
— |
— |
X |
X |
X |
X |
X |
250 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
X |
X |
— |
X |
320 |
— |
X |
— |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
X |
400 |
— |
X |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
500 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
630 |
— |
X |
X |
— |
X |
X |
— |
|
— |
— |
— |
800 |
— |
— |
— |
— |
— |
X |
— |
— |
— |
— |
— |
Расчет синхронных машин каждого вида имеет свои особенности. В этой главе изложена методика расчета синхронных явнополюсных машин общего назначения.
Основное конструктивное исполнение таких машин — с горизонтальным расположением вала. По способу защиты и вентиляции — защищенные или закрытые с самовентиляцией. Охлаждение — воздушное.
В настоящее время для синхронных машин не существует жесткой увязки мощностей с установочными размерами и высотой оси вращения, как это имеется, например, у асинхронных машин.
Синхронные машины общего назначения выпускают в виде ряда серий. Каждая серия включает в себя машины в определенном диапазоне мощностей и частот вращения, их выполняют на нескольких нормализованных внешних диаметрах статора, которые определяют габарит машины. При одной и той же частоте вращения две-четыре машины близких мощностей имеют одинаковую поперечную геометрию и отличаются длиной.
Неявнополюсные синхронные двигатели общего назначения выпускают сериями СД2, СДН2, СДН3-2 и др. Серию двигателей СД2 выпускают на внешних диаметрах статора, соответствующих 13-му и 14-му габаритам, серию СДН2 — на диаметрах 16-го и 17-го габаритов, а серию СДН3-2 — на диаметрах 18—21-го габаритов. Синхронные генераторы выпускают сериями СГ2 (13-й и 14-й габариты), СГД2 (16-й и 17-й габариты) и др. Конструктивно синхронные генераторы подобны синхронным двигателям соответствующего габарита. Кроме того, выпускают синхронные генераторы серий ОС, ЕСС, ECC5 и другие в диапазоне мощностей от 4 до 100 кВт (5—9-й габариты) на напряжение 230 и 400 В при частоте вращения 1500 об/мин [15].
Турбо- и гидрогенераторы большей мощности в данном учебнике не рассматриваются.