Тема 5.2. Определение главных размеров и конструктивных соотношений индуктора генератора.

Главными размерами генератора являются:

D_Я - диаметр расточки якоря (внутренний диаметр статора) - Di;

l_i – расчётная длина якоря.

Выбор главных размеров генератора D_i, l_i и обмоточных данных якоря (W_ф – число витков в фазе обмотке якоря) вытекает из математической модели, устанавливается режим работы генератора:

• холостого хода

• расчётного

• короткого замыкания

Токоскоростная характеристика (ТСХ) генератора апроксимируется уравнением:

, при n ≥ n_x

По ТСХ выбираются 3 (несколько) точек и для каждой записывается уравнение связи между главными размерами и электрической нагрузкой. Объединяя все уравнения в систему, находят главные размеры.

Рассмотрим ТСХ: , при , .

т1 – начало токоотдачи (ХХ)

т2 – точка расчёта (нагруженный режим, режим максимального момента)

т3 – максимальная токоотдача (КЗ)

Рассмотрим 3 данных точки:

Точка 1. Для режима ХХ:

=>

Уравнение связи для первой точки:

(1)

Точка 2. Для режима максимального момента.

Электромагнитная мощность генератора:

,

здесь =>

А_р – линейная нагрузка в расчётном режиме, А_р = 25000…60000 А/м.

=>

.

Введём коэффициент, определяемый соотношением результирующей ЭДС при расчётной нагрузке к фазному напряжению:

, тогда

,

где Р_ЭМГ – мощность на выходе генератора.

Введём коэффициент выпрямления схемы по мощности:

,

его можно определить по эмпирической кривой как функцию:

,

I_КЛ – номинальный прямой ток диодов в схеме выпрямления,

_.

Тогда: .

Введём коэффициент выпрямления по току:

, где

I_ФР – фазный ток генератора в расчётном режиме;

I_dp – расчётный ток нагрузки.

При : (для звезды),

(для треугольника).

,

здесь - постоянный коэффициент.

Введём коэффициент выпрямления по напряжению:

,

- при соединении фаз звездой;

- при соединении фаз треугольником.

.

Окончательное уравнение связи для второй точки:

.

Для точки 3 режима КЗ .

,

R_Ф – активное сопротивление фазы, которым можно пренебречь, т.к.

X_d – синхронное индуктивное сопротивление электрической машины по продольной оси.

X_S – индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора (связано с потоком рассеяния);

X_ad – индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (связано с основным магнитным потоком);

,

- магнитная проницаемость воздуха;

- частота ЭДС, соответствует максимальной частоте вращения ротора;

- параметр, определяющий тип обмотки, равный отношению числа пазов на полюс и фазу;

(0,5; 1; 2)

- суммарный коэффициент магнитной проводимости рассеяния фазы обмотки статора

.

Для открытых пазов: .

,

k_d – коэффициент продольной реакции якоря, ;

- рабочий воздушный зазор, , м;

- коэффициент воздушного зазора (для статора с открытыми пазами и => );

- коэффициент насыщения магнитной цепи генератора.

Получаем третье уравнение связи:

, Ом (3)

Решая совместно уравнения 1 и 2, получаем величину D_i в функции числа витков в фазе:

_, м,

здесь , А.

Решая совместно 1 и 2, получаем l_i в функции :

, м

где .

Решая совместно уравнения (1), (2), (3), находим число витков в фазе:

,

где ,

.

«Проверка правильности выбора»:

Определяющим критерием является соответствие величины конструктивного коэффициента:

,

который должен лежать в пределах 0,2…0,4.

Из условия выполнимости обмотки необходимо, чтобы число проводов в пазу, равное было целым и чётным.

Расчёт выполняется при различных значениях В_δ0 и А_Р, оформляется в виде таблицы, из которой выбирается одно наиболее подходящее значение D_i, l_i..

Линейная нагрузка, АР, А/м	Индукция, Вδ0, Тл	Длина расточки, Di, м	Длина пакета, li, м	Коэффициент λi
20000	0,6 0,8 1,0 1,2
…….. ……. …….	…….. ……. …….
60000	0,6 0,8 1,0 1,2

Определение размеров индуктора (расчёт геометрии поперечного сечения).

Рисунок 39

D_P – диаметр ротора;

D_ВТ – диаметр втулки;

D_Н – наружный (внутренний) диаметр статора;

D_m – внутренний диаметр клюва;

h_k – высота сборочного кольца полюсной системы;

h_р – радиальная высота полюса у основания;

В – угол наклона внутренней поверхности полюса (В = 16…26º);

l_ВТ – длина втулки ротора.

Диаметр ротора:

, м,

где - рабочий воздушный зазор (с его увеличением необходимо увеличить мощность возбуждения).

Диаметр втулки ротора:

, м

- коэффициент рассеяния втулки, равный отношению потока во втулке к суммарному потоку в зазоре над полюсами одной полярности, , Тл – допустимая магнитная индукция во втулке.

Радиальная высота полюса у основания:

, м,

где h_K – высота сборочного кольца системы:

, м

- коэффициент рассеяния сборочного кольца, равный отношению потока в среднем сечении кольца к суммарному потоку под полюсами одной полярности, ;

- допустимая индукция в сборочном кольце, Тл.

- максимальная ширина полюсного выступа;

τ – полюсное деление.

Максимальный радиальный размер цилиндрической части окна обмотки возбуждения:

, м

Средняя длина витка обмотки возбуждения при цилиндрической обмотке:

, м.

Минимальное напряжение питания обмотки возбуждения:

, В

- коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения на выходе генератора в процессе эксплуатации, .

Максимально допустимое значение сопротивления обмотки возбуждения в горячем состоянии:

, Ом.

В холодном:

,

- коэффициент нагрева, учитывает изменение сопротивления при нагреве;

,

- допустимый нагрев обмотки (класс А - 100ºС, Е - 115ºС).

,

- удельное сопротивление провода при температуре 20ºС,

для меди: ;

- общая длина провода катушки возбуждения,

.

Сечение провода обмотки возбуждения:

, м²,

j_b - плотность тока, .

Возможное число витков в обмотке возбуждения при цилиндрической обмотке:

.

Площадь окна, необходимая для размещения окна обмотки возбуждения:

, м²,

k_З2 – коэффициент заполнения площади окна медью.

Длина втулки ротора: , м.