Тема 5.3 Особенности расчёта магнитной цепи генератора. Определение точки начала токоотдачи.

Расчёт магнитной цепи выполняется по схемам замещения. Эскиз магнитной цепи генератора с клювообразным ротором и схема замещения представлены на рисунке 20, схема замещения магнитной цепи – на рисунке 21.

Рисунок 20. Потоки рассеяния ротора.

Ф_σр(Ф_σп) – магнитный поток межполюсного рассеяния;

Ф_σя - рассеяние, проходящее поперёк пластин якоря;

Ф_σвн – внешнее рассеяние ротора, проходящее вокруг машины;

Ф_σк – рассеяние, проходящее по катушке возбуждения;

Ф_в (Ф_вт) – магнитный поток возбуждения (втулки);

Ф_σа – аксиальный поток рассеяния;

Ф_сбк – магнитный поток в сборочном кольце;

Ф_изгк – магнитный поток изгиба полюсного наконечника;

Ф_р – в расчётном сечении полюса.

Рисунок 21. Схема замещения магнитной цепи.

На рисунке представлены магнитные сопротивления следующих участков магнитопровода:

R_Z – зубцового слоя;

R_j – спинки статора;

R_δ – воздушного зазора;

R_р – расчётного сечения;

R_изгк – на участке изгиба клюва;

R_сбк – сборочного кольца;

R_вт – втулки;

R_изгвт – изгиба втулки.

Рисунок 22. Эскиз магнитной цепи генератора.

Порядок расчёта магнитной цепи генератора:

I. Определение проводимости рассеяния ротора.

1. Проводимость межполюсного рассеяния:

, [Гн],

где - коэффициент удельной магнитной проводимости межполюсного рассеяния;

- проводимость тангенциального рассеяния,

,

,

где - относительная длина полюса;

- проводимость углового рассеяния;

- проводимость торцевого рассеяния, где ; ; .

С_т – средняя длина силовой линии;

l_т – средняя ширина трубки рассеяния;

D_m – внутренний диаметр клюва;

λ_т – относительная длина всей зоны торцевого рассеяния;

λ_σi – проводимость внутри межполюсного рассеяния;

;

; ; ;

λ_В – относительная длина катушки возбуждения.

2) Проводимость поперёк листов якоря:

,

λ_σя – коэффициент удельной магнитной проводимости поля рассеяния

поперёк листов статора.

Если длина индуктора меньше или равна длине пакета статора, то:

, где

; ; ;

- относительная длина полюса;

- относительная величина рабочего зазора;

- относительная величина рабочего зазора;

- максимальный коэффициент полюсного перекрытия;

Зависимость представлена на рисунке:

3) Магнитная проводимость внешнего рассеяния ротора вокруг машины по воздуху:

λ_σВН – коэффициент удельной магнитной проводимости внешнего рассеяния,

,

- относительная длина индуктора;

4) Магнитная проводимость катушки возбуждения:

[Гн];

- коэффициент удельной проводимости катушки возбуждения.

5) Магнитная проводимость аксиального рассеяния:

,

- коэффициент магнитной проводимости аксиального рассеяния.

II. Расчёт характеристики холостого хода.

Расчёт Х.Х.Х. производят для фазной ЭДС, изменяющейся в пределах (0,5…1,25) и частоте вращения n, близкой к начальной, т.к. максимальная нагрузка магнитной цепи соответствует n₀. Обычно принимают об/мин.

Выполним расчёт обмотки статора.

Цель расчёта – уточнение числа витков в фазной обмотке и определение размеров паза статора.

Частота ЭДС генератора в режиме начала токоотдачи:

[Гц],

где n₀ – начальная частота вращения.

Поток в рабочем зазоре на холостом ходу:

.

Обмоточный коэффициент по основной гармонике:

,

к₃ – коэффициент, зависящий от числа фаз;

– шаг обмотки;

с – целое число;

d – целое число, знаменатель дробности при дробном q; ;

- несократимая дробь;

k_сл – коэффициент, зависящий от числа слоёв обмотки:

двухслойная ; однослойная .

Полученное при определении главных размеров число последовательных витков фазы уточняется исходя из величины фазного напряжения:

.

Число проводников в пазу статора:

,

а – число параллельных ветвей обмотки.

Площадь поперечного сечения эффективного проводника обмотки статора:

[м²];

j_a – плотность тока в обмотке статора [А/ м²] в пределах (8…30)∙10⁶.

Выбираем провод марки ПЭТВ, ПЭТВ-2 (ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭЛ, ПВТЛ-1, ПВТЛ-2).

Диаметр головного провода обмотки статора:

.

Потребная площадь фазы статора:

[м²];

- коэффициент заполнения паза медью;

Эскиз паза (пример полузакрытого трапециидального):

Рисунок 24. Эскиз паза статора.

Ширина зубца статора:

[м];

- зубцовое деление;

B_Z0 – индукция в зубцах статора при n₀, выбирается в зависимости от марки

стали в пределах 1,4…1,9;

к_с – коэффициент заполнения пакета сталью, зависящий от толщины листов и

изоляции между листами 0,87…0,9.

Геометрические размеры паза в зависимости от его конфигурации (см. А-119).

Ширина катушки статора в изоляции:

[м];

∆_из.п – толщина изоляции паза.

Ширина катушки статора по меди:

[м];

∆_из.к. – толщина изоляции катушки, включая изоляцию провода.

Число рядов провода в катушке:

.

Число витков катушки статора:

- для двухслойной: ;

- для однослойной: .

Число проводников катушки в одном ряду:

.

По результатам расчёта выполняют рисунки:

1) паз заполненный;

2) эскиз паза статора (см. А-119).

Поз	Наименование	Материал	Размер	Количество
1	Статор	Сталь 1311 ГОСТ 21427.3-75	Толщина 0,5∙10-3 м, Покрыт окисной плёнкой	1
2	Клин	Картон	0,2*5*38 мм	36
3	Провод	ПЭТВ	dгол/dизол	20 на 1
4	Корпусная изоляция	Изофлекс	0,2*38*60	36

Уточнённый коэффициент заполнения паза:

,

где S_пр – расчётная площадь паза.

Средняя длина лобовой части секции (катушки) статора:

- для обмоток с мягкими секциями и :

_,

где - для лобовых частей, неизолированных,

.

Средняя длина витка секции обмотки статора:

.

Вылет лобовой части секций обмотки:

- для неизолированных лобовых частей.

Статор набирают из листов электротехнической стали марок 1211, 1212, 1213, 1311, 1312 или конструкционной стали марки 10, толщина листов 0,5; 1,0 мм.

Расчёт характеристики холостого хода.

Магнитный поток в рабочем воздушном зазоре:

, Вб

Площадь рабочего воздушного зазора:

, м²

Индукция в воздушном зазоре:

, Тл

Магнитное напряжение воздушного зазора:

, А,

где - коэффициент воздушного зазора.

Индукция в зубце статора:

.

Магнитное напряжение зубцов статора:

- высота зубца паза;

- удельное магнитное напряжение зубцов статора, А/м, определяется по кривой намагничивания для выбранной марки стали зубцов при индукции В_Z.

Например, основная кривая намагничивания листовой электротехнической стали, толщиной 0,5 мм, марки 1521.

В	0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
0,0	0	2	3	6	7	8	9	12	13,5	15
0,1	11	19	20	22	24	26,5	27	29	31	32
….	….	….	…..	….	…..	…..	…..	…..	….	…..
1,7	15700	16800	17500	18100	18800	19400	20000	….	….	….

В → Тл, Н→А/м, 0,1+0,01 => В = 0,11

Индукция в ярме статора:

,

где , м².

Магнитное напряжение ярма статора:

, А

- средняя длина магнитной силовой линии в ярме;

- высота ярма.

Магнитный поток рассеяния полюсных наконечников:

, Вб,

где , А – магнитное напряжение статора.

Магнитный поток в расчётном сечении полюса:

.

Магнитное напряжение полюса:

,

где .

Магнитный поток рассеяния изгиба полюсного наконечника:

, Вб

,

- магнитное напряжение рассеивающей поверхности.

Магнитный поток изгиба полюсного наконечника:

.

Индукция в расчётном сечении изгиба полюсного наконечника:

.

Магнитное напряжение изгиба полюсного наконечника:

,

где - средняя длина магнитной силовой линии на участке

изгиба полюсного наконечника.

Магнитный поток внешнего рассеяния:

,

- магнитное напряжение рассеивающей поверхности.

Магнитный поток в сборочном кольце:

.

Индукция в сборочном кольце:

,

- расчётное сечение сборочного кольца.

Магнитное напряжение сборочного кольца:

,

.

Поток рассеяния катушки возбуждения и аксиальный поток рассеяния:

,

- магнитное сопротивление рассеивающих поверхностей.

Магнитный поток втулки:

.

Индукция изгиба втулки:

,

,

,

.

Стык втулки полюсной системы:

,

,

,

где м – зазор в стыке при обычной технологии сборки.

Индукция во втулке:

,

.

Магнитное напряжение втулки:

.

Суммарная намагничивающая сила обмотки возбуждения:

, А

Характеристика холостого хода:

Рисунок 26.