Расчет синхронного двигателя

Курсовой проект

Расчет синхронного двигателя

Введение

статор ротор двигатель асинхронный

Прогресс современной науки и техники неразрывно связан с применением электроэнергии в различных производственных процессах и устройствах.

Электрические машины являются основными элементами энергетических установок, различных и механизмов, технологического оборудования, современных транспортных средств, связи. Они вырабатывают электроэнергию, осуществляют высокоэкономичное преобразование её в механическую.

Электрические машины широко применяются во всех отраслях народного хозяйства. Их преимущества - высокий КПД, достигающий в мощных машинах 95-99%, сравнительно малая масса и габариты, а так же экономичное использование материалов. Они характеризуются высокой надёжностью и долговечностью, простотой управления и обслуживания, удобством подвода и отвода электроэнергии, небольшой стоимостью при массовом и крупносерийном производстве и являются экологически чистыми.

Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов и устройства электрических машин, преобразование энергии. Процесс проектирования электрических машин требует глубоких, профессиональных знаний не только в электромеханике, но и в теплофизике, механике и экономике.

При проектировании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть сконструированы так, чтобы при изготовлении машины трудоёмкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями. При этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения её в электрических приводах.

Синхронные машины используют главным образом в качестве источника электроэнергии переменного тока. Их устанавливают на мощных тепловых, атомных и гидроэлектростанциях, а также на передвижных электростанциях и транспортных установках. Для генерирования или потребления реактивной мощности с целью улучшения коэффициента мощности и регулирования её напряжения применяют синхронные компенсаторы.

В бытовых электрических приборах (магнитофонах, проигрывателях, киноаппаратуре) и в системах управления широко применяют синхронные микромашины: с постоянными магнитами, индукторные, реактивные, гистерезисные, шаговые.

Основная электромагнитная схема синхронных машин с момента изобретения осталась неизменной, но усовершенствовалось их конструктивное исполнение и выросли электромагнитные нагрузки, что позволило улучшить массогабаритные и нагрузочные показатели и нагрузочную способность синхронных машин. Особенно большие выгоды в этом отношении дало применение в крупных машинах водородного и водяного охлаждения.

1. Номинальные величины

Проектирование синхронных машин, как, впрочем, и любой другой электрической машины, начинаем с выбора главных размеров. Для этого сначала необходимо определить номинальные параметры.

. Номинальное фазное напряжение (предполагаем, что обмотка статора будет соединена в звезду):

(1.1)

. Номинальная полная мощность:

          (1.2)

где P_н - номинальная активная мощность, Вт;

cosφ_н = 0.9 - коэффициент мощности;

η_н - КПД синхронного двигателя. По таблице 10.3 [1] принимаем согласно номинальным данным машины η_н=0.952.

. Номинальный фазный ток:

(1.3)

. Число пар полюсов:

         (1.4)

5. Расчётная мощность:

        (1.5)

где k_E - коэффициент, представляющий собой отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к номинальной нагрузке. При работе синхронного двигателя с опережающим током и cosφ=0.9, можно принимать k_E в пределах 1.05 - 1.06. Принимаем k_E = 1.05.

2. Размеры статора

По рисунку 10.8 [1] для S'=686.3·10³ ВА, p=3 предварительно находим внутренний диаметр статора D=0.605 м.

. Внешний диаметр статора по (10.3) [1]:

   (2.1)

где k_D - коэффициент, который в зависимости от числа полюсов по таблице 10.6 [1] имеет значение k_д=1.4÷1.45.

По таблице 10.7 [1] ближайший нормализированный внешний диаметр статора D_а=850 мм (14-ый габарит).

Высота оси вращения h =500 мм = 0.5 м.

. Полюсное деление:

    (2.2)

9. Расчётная длина статора. Линейную нагрузку А и индукцию B_ddн для машин мощностью более 100кВт выбираем по рисунку 10.9 [1]. При номинальном напряжении 6000 В.

Для t=0.317 м, при p= 3 находим А=475·10² А/м, B_ddн=0.72 Тл.

Задаемся aa_dd=0.65, k_B=1.2, aa_dd·k_B=0.78, k_обм =0.92.

 (2.3)

где aa_dd - расчётный коэффициент полюсного перекрытия;

k_B - коэффициент формы поля;

k_обм - обмоточный коэффициент обмотки статора;

А - линейная нагрузка статора, А/м;

B_ddн - максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл.

. Находим ll по (10.6) [1]:

        (2.4)

По рисунку 10.11 устанавливаем, что полученное значение ll лежит в пределах, ограниченных кривыми при p=3.

. Действительная длина статора:

     (2.5)

. Число вентиляционных каналов определяется при ширине канала b_к=0.01 м:

     (2.6)

Принимаем n_k= 8.

. Длина пакета:

    (2.7)

. Суммарная длина пакетов сердечника:

   (2.8)

. Зубцовая зона статора

Для статоров синхронных машин находят применение петлевые обмотки, состоящие из многовитковых катушек и волновые обмотки с числом эффективных проводников в пазу не более двух. Применение волновых обмоток имеет определённые преимущества при токах в параллельной ветви более 1000 А. Для статоров синхронных машин общего назначения находят применение двухслойные катушечные петлевые обмотки с числом эффективных проводников в пазу более двух.

. Число параллельных ветвей обмотки статора:

a=1, так как I_нф =62.96 А < 200 А

16. Зубцовое деление для tt =0.317. По кривым [1] рисунка 10.13:

17. Максимальное число пазов (зубцов) магнитопровода статора:

(3.1)

. Минимальное число пазов (зубцов) магнитопровода статора:

   (3.2)

. Число пазов магнитопровода статора:

Так как D_а не больше 990 мм, то статор выполняем несегментированнным.

Из диапазона числа пазов выбирается такое число Z₁, при котором выполняются нижеследующие требования. Примем Z₁=72.

1) Z₁ должно быть кратным числу фаз m и числу параллельных ветвей a, то есть  .

2) число пазов на полюс и на фазу:

 - причем d не может быть кратно m и должно быть меньше числа пар полюсов,       

) Число параллельных ветвей и число полюсов должно быть связано следующими соотношениями:

при целом q₁

при дробном q₁

 - целое число

    (3.3)

20. Число эффективных проводников в пазу:

        (3.4)

По найденному значению U_n уточняем линейную нагрузку:

   (3.5)

4. Пазы и обмотка статора

21. Ширина паза (предварительно):

       (4.1)

. Поперечное сечение эффективного проводника обмотки статора:

      (4.2)

где J₁ - допустимая плотность тока;

           (4.3)

где AJ₁=2700·10⁸ - определяется по рисунку 10.16 [1] при tt=0.317 м.

. Ширина изолированного проводника:

         (4.4)

В синхронных машинах от 100 кВт и выше, выпускаемых промышленностью, применяется непрерывная изоляция класса нагревостойкости B, спецификация которой дана в таблице 3.5 [1]. Двухсторонняя толщина изоляции составляет dd_из.п=4.7 мм при U_н=6 кВ.

. Размеры проводников обмоток статора. Принимаем, что эффективный проводник состоит из одного элементарного (q_эф=11.1 мм² < 18 мм²). Марка провода при U_н=6000 В-ПЭТВСД. Двухсторонняя толщина изоляции 0.5 мм. По таблице П3.4 размеры медного проводника a₁×b₁=1.5×8 мм, q_эф=11.79 мм², a_1из×b_1из=2×8.5 мм.

. Ширина паза (уточнённая):

      (4.5)

где n_ш=1 - число элементарных проводников по ширине паза;

dd_из.п=4.7 мм - двусторонняя толщина паза;

dd_р.ш=0.05∙n_ш - допуск на разбухание изоляции;

dd_ш=0.2 мм - технологический допуск на укладку.

. Высота паза:

  (4.6)

где h_к=4-5 мм - высота клина;_из=12.4 мм - суммарная толщина изоляции по высоте паза по

таблице 3.5 [1];

dd_рв=0.05·n_в·U_п - допуск на разбухание;

dd_в=0.2 мм - допуск на укладку;

Эскиз паза

27. Плотность тока в проводнике в проводнике обмотки статора:

     (4.7)

. Проверка индукции в зубе (приближённо):

   (4.8)

где k_с=0.93 - коэффициент заполнения пакета стали (таблица 2.1) [1].

Индукция B_z1 лежит в пределах 1.6÷2 Тл, что удовлетворяет условию.

. Проверка индукции в ярме статора (приближённо):

      (4.9)

где  - высота спинки статора.

B_a находятся в допустимых пределах (B_a =1.2¸1.45 Тл).

. Перепад температуры в изоляции паза:

         (4.10)

где k_ф=1.1 - коэффициент добавочных потерь;_из=2.2∙10^-5 Вт/(м∙С) - теплопроводность изоляции по способу монолит.

. Градиент температуры в пазовой изоляции:

       (4.11)

Проведённая проверка показала, что размеры паза выбраны удачно.

32. Витки фазы обмотки статора:

    (4.12)

. Шаг обмотки:

   (4.13)

где tt_п=3·q₁=3·4=12;

. Коэффициент укорочения шага:

          (4.14)

35. Коэффициент распределения обмотки статора:

        (4.15)

. Обмоточный коэффициент:

  (4.16)

. Воздушный зазор и полюса ротора

Воздушный зазор в основном определяет технико-экономические показатели машины. При увеличении зазора возрастают размеры полюсов, обмотки возбуждения и потери в этой обмотке. С другой стороны, при малых зазорах повышаются добавочные потери на поверхности полюсных наконечников, а также повышается опасность деформации ротора при задевании его о статор. От зазора зависит возможность кратковременных перегрузок синхронных машин по моменту и мощности.

Как известно на P_m и M_m большое влияние оказывает синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси X_d. Чем больше зазор, тем меньше X_d и тем больше M_m/M и P_m/P.

Исходя из заданного соотношения M_m/M=1.75 по рисунку 10.18 [1] находим x_d*=1.9.

. Приближённое значение воздушного зазора:

     (5.1)

где B_dd0=0.95·B_ddн=0.95·0.72=0.684 Тл - максимальная индукция в зазоре при холостом ходе.

. Принимаем воздушный зазор под серединой полюса 0,0034 м (3,4 мм). Зазор под краями полюса dd_m=1.5·dd=1.5·3.36=4.76 мм:

 (5.2)

. Ширина полюсного наконечника:

       (5.3)

где aa=0,7 - коэффициент полюсного перекрытия по § 10.9 [1].

. Радиус дуги полюсного наконечника:

  (5.4)

. Высота полюсного наконечника по таблице 10.9 при t =0.317 м:

h_р=0.4 м.

42. Длина сердечника полюса и полюсного наконечника:

    (5.5)

. Расчётная длина сердечника полюса:

(5.6)

где l_f=0.02 м - толщина одной нажимной щеки полюса.

44. Предварительная высота полюсного сердечника:

       (5.7)

45. Коэффициент рассеяния полюсов:

  (5.8)

где k=8.55 - коэффициент, зависящий от высоты полюсного наконечника.

Ширина полюсного сердечника. Задаёмся B_m=1.43 Тл, k_ср=0.95 - коэффициент заполнения полюса сталью при толщине листов 1 мм (полюса выполняются из стали Ст 3 толщиной 1 мм).

   (5.9)

. Длина ярма (обода) ротора:

 (5.10)

. Минимальная высота ярма ротора:

         (5.11)

Принято =1.2 Тл;  уточняется по чертежу.

6. Демпферная обмотка

Демпферную (пусковую) обмотку размещают в пазах полюсных наконечников ротора. Эта обмотка в двигателях необходима для асинхронного пуска и успокоения качания ротора. Расчёт демпферной обмотки заключается в определении количества и размеров стержней обмотки, а также размеров короткозамыкающих сегментов.

Короткозамыкающие сегменты замыкают все стержни с торцов полюса и соединяются с сегментами соседних полюсов, образуя кольцо. В этом случае демпферная обмотка называется продольно-поперечной. Если сегменты соседних полюсов не соединены, то обмотка называется продольной. Наиболее часто применяются продольно-поперечные обмотки. Стержни выполняются из меди или латуни круглого сечения. Чаще всего пусковую обмотку выполняют из медных стержней.

49. Число стержней пусковой обмотки на полюсе N_c=7.

50. Поперечное сечение стержня пусковой обмотки:

       (6.1)

. Диаметр стержня (материал - медь):

          (6.2)

Выбираем d_c=125·10^-3, тогда q_c=122·10^-6 м².

. Зубцовый шаг на роторе:

     (6.3)

Принимаем z=0.036 м - расстояние между крайними стержнем и краем полюсного наконечника.

. Проверяем условие:

        (6.4)

Пазы ротора выбираем круглые, полузакрытые.

. Диаметр паза ротора:

        (6.5)

Раскрытие паза b_s× h_s=4×2 мм.

. Длина стержня:

        (6.6)

. Сечение короткозамыкающего сегмента:

    (6.7)

По таблице П3.4 выбираем прямоугольную медь 8´55 мм (q_кз=429.1 мм²).

7. Расчёт магнитной цепи

Расчёт магнитной цепи проводят с целью определения МДС обмотки возбуждения F_fо, необходимой для создания магнитного потока машины Ф на холостом ходу. При вращении ротора этот поток наводит в обмотке статора ЭДС. Таким образом в результате расчёта магнитной цепи может быть построена зависимость E=f(F_fо), которая называется характеристикой холостого хода.

Для магнитопровода статора выбираем сталь 1511 (ГОСТ 214273-75) толщиной 0.5 мм. Полосы ротора выполняют из стали Ст3 толщиной 1 мм. Крепление полюсов к ободу магнитного колеса осуществляют с помощью шпилек и гаек.

57. Магнитный поток в зазоре:

  (7.1)

где ww₁ - число витков статора;

k_об1 - обмоточный коэффициент фазы статора;

f - частота, Гц;

k_в=1.15 - коэффициент формы поля, находим по рисунку 10.21 [1], при

dd_m/dd=1.4;

=0.7, .

58. Расчётная длина статора (уточнённая):

      (7.2)

где ;

.

. Индукция в воздушном зазоре:

  (7.3)

. Коэффициент воздушного зазора статора:

      (7.4)

. Коэффициент воздушного зазора:

      (7.5)

. Магнитное сопряжение воздушного зазора:

    (7.6)

64. Ширина зубца статора на высоте 1/3 h_п1 от его коронки:

(7.7)

где .

. Индукция в сечении зубца на высоте 1/3 h_п1:

   (7.8)

. Магнитное напряжение зубцов статора, А:

    (7.9)

. Индукция в спинке статора:

  (7.10)

. Магнитное напряжение спинки статора, А:

    (7.11)

где xx - коэффициент выбираемый по рисунку 10.22 [1] и учитывающий неравномерное распределение индукции по поперечному сечению спинки статора;

Длина магнитной линии в спинке статора:

   (7.12)

. Высота зубца ротора:

    (7.13)

. Ширина зубца ротора по высоте  от его коронки:

        (7.14)

. Индукция в зубце ротора:

         (7.15)

. Магнитное напряжение зубцов ротора:

   (7.16)

. Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностями сердечников полюсов:

     (7.17)

74. Удельная магнитная проводимость между внутренними поверхностями полюсных наконечников:

  (7.18)

где ;

;

.

. Удельная магнитная проводимость рассеяния между торцевыми поверхностями:

      (7.19)

. Удельная магнитная проводимость для потока:

(7.20)

. Магнитное напряжение ярма статора, зазора и зубцов полюсного наконечника:

       (7.21)

. Поток рассеяния полюса:

       (7.22)

79. Поток в сечение полюса у его основания:

. Индукция в полюсе, Тл:

         (7.23)

. Магнитное напряжение полюса:

    (7.24)

где h_mp=h_p+h_m=0.04+0.105=0.145 м

. Магнитное напряжение стыка между полюсом и ярмом ротора, А:

        (7.25)

. Индукция в ободе магнитного колеса (ярма ротора), А:

        (7.26)

84. Магнитное напряжение в ободе магнитного колеса:

      (7.27)

где .

. Магнитное напряжение сердечника полюса, ярма ротора, и стыка между полюсом и ярмом, А:

  (7.28)

. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на один полюс:

      (7.29)

Результаты расчета магнитной цепи

,

,

,

При B_m>1.6 Тл магнитное сечение полюса определялось по трём сечениям. Для этого определяют потоки в трёх сечениях полюса:

у его основания:

у полюсных наконечников:

в среднем сечении: .

Деля эти потоки на площадь поперечного сечения полюса определяют индукции, а затем и напряжённости H_m, H'_m, h_mср.

Расчётное значение напряжения полюса (приближённо):

  (7.30)

По таблице 7.1 на рисунке 7.1 построена в относительных единицах характеристика холостого хода. На этом же рисунке приведена нормальная характеристика холостого хода.

Характеристика холостого хода (1 - расчётная, 2 - нормальная)

. Параметры обмотки статора для установившегося режима

. Длина лобовой части обмотки статора:

       (8.1)

где bb - коэффициент укорочения (п. 33);₁ - вылет прямолинейной части катушек из паза (таблица 9.49 [1]);_i - допустимое расстояние между медью проводников соседних катушек (таблица 9.49 [1]).

. Средняя длина витка обмотки статора:

        (8.2)

. Активное сопротивление обмотки статора:

    (8.3)

. Активное сопротивление обмоток статора в относительных единицах:

  (8.4)

где .

. Индуктивное сопротивление рассеяния:

  (8.5)

92. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

        (8.6)

Коэффициент магнитной проводимости между стенками паза:

       (8.7)

Размеры паза по рисунку 8.50а [1]:

h₂=6.33 см, h₁=0.785 см, h₀=0.67 см, при :

Коэффициент магнитной проводимости по коронкам зубов:

       (8.8)

где aa=0.7 - коэффициент полюсного перекрытия, при  из рисунка 10.26 [1] ll'_к=0.145

. Коэффициент проводимости лобового рассеяния:

          (8.9)

. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

        (8.10)

. Индуктивное сопротивление рассеяния в относительных единицах:

         (8.11)

. Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря в относительных единицах:

(8.11)

где  - МДС статора при номинальном токе;

_ad=0.85 - по рисунку 10.24 [1];

По характеристике холостого хода (таблица 7.1) для E_1*=1, F_dd0=2390.5 А

. Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря в относительных единицах:

     (8.12)

. Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси в относительных единицах:

         (8.13)

. Синхронное индуктивное сопротивление на поперечной оси в относительных единицах:

         (8.14)

. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения при нагрузке

. По данным таблицы 7.1 на рисунке 9.1 построены частичные характеристики намагничивания.

Частичные характеристики намагничивания

Зависимость

Векторная диаграмма для номинальной нагрузки.

Из векторной диаграммы по I_нф*, U_нф*, cosj определяем E_dd*=1.042.

Из рисунка 9.3 по E_dd*=1.042 находим  и по рисунку 10.48 [1] находим коэффициенты: .

. Магнитодвижущая сила (МДС):

        (9.1)

где .

По найденной МДС из характеристики E_*=f(F_ddza*) определяем ЭДС , отложив которую на векторной диаграмме получим направление, а затем и модуль E_rd*=-Ф_rd*=0.825. Находим YY=62^О, cosYY=0.47,

sinYY=0.88. Из характеристики E_*=f(F_ddza*) по E_rd* находим F_rd*=0.94.

. МДС продольной реакции якоря:

(9.2)

По сумме F_rd*+F''_ad*=0.94+1.35=2.292.

Из характеристики Ф_ss=f(F_ddza) определяем Ф_ss*=0.3.

Поток полюса:

.         (9.3)

Из характеристики Ф_m*=f(F_mj*) по Ф_m*=1.125 определяем F_mj*=0.245.

. МДС обмотки возбуждения в относительных единицах при номинальной нагрузке:

         (9.4)

104. МДС обмотки возбуждения:

 (9.5)

10. Обмотка возбуждения

Выбираем однорядную обмотку с лобовой частью в виде полуокружности. Изоляция класса нагревостойкости, В.

. Средняя длина витка обмотки возбуждения:

  (10.1)

где  - ширина проводников обмотки;

 - односторонняя толщина изоляции полюса;

 - расстояние от центра закругления с радиусом r до края штампованной части полюса.

Для питания обмотки возбуждения (таблица 10.10 [1]) выбираем тиристорное возбудительное устройство ТВУ-65-320, U_не=65 В, I_н=320 А. Напряжение на кольцах с учётом переходного падения напряжения в щёточном контакте принимаем U_e=63 В.

. Сечение проводников обмотки возбуждения (предварительное):

         (10.2)

где

 - удельное сопротивление меди.

. Ток возбуждения:

    (10.3)

где  - плотность тока в проводниках обмотки возбуждения.

. Число витков обмотки возбуждения:

     (10.4)

. Меньший размер прямоугольного проводника обмотки:

   (10.5)

где dd_п - изоляция между витками;_кп - суммарная толщина изоляции обмотки.

По таблице П3.2 выбираем проводник с размерами a_e×b_e=3x12.5 мм, q_e=36.95 мм².

. Расстояние между катушками соседних полюсов:

(10.6)

. Плотность тока в обмотке возбуждения (уточнённая):

112. Превышение температуры обмотки возбуждения:

    (10.7)

где

. Высота полюса (уточнённая):

(10.8)

. Активное сопротивление обмотки возбуждения:

      (10.8)

. Напряжение на кольцах обмотки возбуждения при номинальной нагрузке и JJ=130 С:

         (10.9)

. Коэффициент запаса возбуждения:

      (6.10)

11. Параметры и постоянные времени

Параметрами машины называются активные и индуктивные сопротивления обмоток. Параметры даются в относительных единицах. Параметры цепей ротора приведены к числу обмоток статора.

. Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения:

      (11.1)

где

. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения:

        (11.2)

. Индуктивное сопротивление рассеяния пусковой обмотки по продольной оси:

      (11.3)

По отношению , при N_c=7 из рисунка 10.38 [1] определяем k_b=0.6, k_b+1=1.6, 1-k_b=0.4._b=0.6 - коэффициент распределения пусковой обмотки.

Из рисунка 10.37 определяем коэффициенты приведения C_d=0.81 и C_q=1.95 для расчёта проводимостей короткозамкнутых колец.

Коэффициент проводимости пазового рассеяния:

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

Коэффициент проводимости короткозамыкающих колец по продольной оси:

. Индуктивное сопротивление рассеяния пусковой обмотки по поперечной оси:

      (11.4)

Коэффициент проводимости короткозамыкающих колец по поперечной оси:

121. Активное сопротивление обмотки возбуждения при JJ=75⁰С:

        (11.5)

. Активное сопротивление пусковой обмотки при JJ=75⁰С по продольной оси:

(11.6)

С_с, С_кз - отношение удельных сопротивлений материала стержня и кольца к удельному сопротивлению меди. Для меди эти коэффициенты равны 1.

. Активное сопротивление пусковой обмотки по поперечной оси

при JJ=75⁰С:

(11.7)

Постоянная времени представляет собой отношение индуктивности данной обмотки к её омическому сопротивлению. От постоянной времени зависит продолжительность протекания переходного процесса в синхронной машине.

12. Масса активных материалов

Для оценки массогабаритных параметров спроектированной машины, для расчёта потерь и др. возникает необходимость в определении массы активных материалов.

. Масса зубцов статора:

        (12.1)

где

. Масса ярма статора:

       (12.2)

. Масса меди обмоток статора:

          (12.3)

. Масса меди обмоток возбуждения:

  (12.4)

. Масса меди стержней пусковой обмотки:

  (12.5)

129. Масса меди короткозамыкающих колец:

        (12.6)

. Масса стали полюсов:

  (12.7)

. Масса стали обода ротора:

      (12.8)

. Полная масса меди:

       (12.9)

. Полная масса активной стали:

   (12.10)

. Потери и КПД

Потери в синхронных машинах делятся на основные и добавочные.

134. Основные электрические потери в обмотке статора:

          (13.1)

135. Потери на возбуждение:

        (13.2)

. Магнитные потери в ярме статора:

       (13.3)

. Магнитные потери в зубцах статора:

     (13.4)

. Механические потери в зубцах статора:

  (13.5)

. Поверхностные потери в полюсных наконечниках:

  (13.6)

где  - индукция при E=U_нф.

. Добавочные потери при нагрузке:

где

. Общие потери при номинальной нагрузке:

. Коэффициент полезного действия (КПД):

         (13.7)

. Превышение температуры обмотки статора

. Удельный тепловой поток на 1 м² внутренней поверхности статора:

(14.1)

. Превышение температуры внешней поверхности статора над температурой охлаждающего воздуха:

    (14.2)

145. Плотность теплового потока с внешней поверхности лобовых частей:

       (14.3)

где  - удельная проводимость меди при 75⁰С;

П₁=- периметр паза без учёта клина.

. Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой охлаждающего воздуха:

    (14.4)

. Превышение температуры в пазовой изоляции обмотки статора:

 - см. пункт 30

. Среднее превышение температуры обмотки статора:

    (14.5)

15. Характеристики синхронной машины

. Статическая перегружаемость:

    (15.1)

При МДС обмотки возбуждения F_вн* по продолжению прямоугольной части характеристики холостого хода находим Е'_0*.

По рисунку 10.43 [1] при  находим k_pc.

. Угловая характеристика М_*=f(QQ) по (15.2):

     (15.2)

Алгоритм расчёта угловой характеристики:

. Задаёмся значениями угла Q в пределах от 0⁰ до 180⁰.

. С учётом (1.1 и 1.2) определяем ток обмотки якоря.

. Потребляемую активную мощность.

. Суммарные потери.

. Полезную мощность.

. Момент.

. U-образные характеристики I_*=f(I_в*) построены по векторным диаграммам для двух значений мощности P₁=265 и P₁=530.

Алгоритм расчёта U-образной характеристики:

. Задаёмся мощностью P₁.

. Задаёмся рядом значений угла Q.

. Согласно (2.1) для каждого значения Q определяем E₀.

. По (1.1 и 1.2) для каждого Е₀ определяем I_d и I_q.

. Ток обмотки якоря:

6. Ток возбуждения:

. Рабочие характеристики I, P₁, M, cosj, h=f(P₂), при I_в=I_вн.

Алгоритм расчёта рабочих характеристик:

. Задаётся значение угла Q.

. Согласно (1.1 и 1.2) определяем I_d и I_q.

. Ток якоря:

. Коэффициент мощности:

. Потребляемая активная мощность:

. Потери:

 - сумма потерь в стали, механических и на возбуждение.

7. Полезная мощность:

. Коэффициент полезного действия:

. Электромагнитный момент:

. Пусковые характеристики:

Алгоритм расчёта пусковых характеристик:

. Полное сопротивление по продольной оси:

   (15.3)

. Полное сопротивление по поперечной оси:

            (15.4)

3. Ток якоря частоты f₁:

       (15.5)

. Ток якоря частоты (2s-1):

      (15.6)

. Действующее значение тока статора:

. Момент вращения:

               (15.7)

. Для построения пусковых характеристик задают ряд значений скольжения S в пределах от 1 до 0,05 и для каждого его значения определяют ток и момент.

Список использованных источников

1. Проектирование электрических машин: учебное пособие для ВУЗов \ И.П. Копылов, П.К. Клоков и др.; под ред. И.П. Копылова: - М.: «Высшая школа», 2005 - 767 с., ил.

2.       Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов/ И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; под ред. И.П. Копылова.-М.: Энергия, 1980. - 496 с., ил.

.         И.П. Копылов Электрическме машины для студентов вузов. - Москва: Энергоиздат, 1986.

.         Романов В.В. Расчёт характеристик синхронных двигателейц на ПЭВМ методическое пособие для вузов. - Минск: БГПА, 1994.