8.10. РАСЧЕТ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Для питания обмотки возбуждения в современных синхронных машинах применяют тиристорные возбудительные устройства. Технические данные некоторых из этих устройств приведены в табл. 8.7. Применение пониженного напряжения для питания об-

Т а блиц а 8.7

примечание. Все устройства рассчитаны на номинальный ток 320 А.

МОТКИ возбуждения позволяет повысить ток возбуждения /в и получить небольшое число витков в полюсной катушке при большом сечении проводника. Эта мера способствует лучшему заполнению катушек медью и более эффективному отводу теплоты от них.

При расчете обмотки возбуждения можно воспользоваться но-минальны1и значениями напряжения возбудительных устройств в.ном, уменьшив их на 2 В (падение нацряжения в контакте щеток с кольцами).

Предварительное сечение медной проволоки для катушки возбуждения, мм,

7;-РсиРа, в,ср-10/в. (8.91)

где f в,н = (l,l--1.2)fв,н - расчетное значение МДС обмотки возбуждения, А; Рси - удельное сопротивление меди при рабочей температуре, для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В: многослойной рси=25.10- Ом.м, однослойной рси = 25,6Х X10- Ом-м; /в,ср - средняя длина витка катушки, мм; С/в-напряжение непосредственно на обмотке возбуждения. В:

f/b = f/b,h0m-2. (8.92)

Многослойные полюсные катушки имеют худшее заполнение медью и худшие условия охлаждения. По этой причине многослойные катушки применяются лишь в машинах мощностью не более 100 кВт. В синхронных машинах мощностью свыше 100 кВт получили применение однослойные катушки из неизолированной медной проволоки прямоугольного сечения более 30 мм, намотанной на ребро.

В многослойных полюсных катушках сечение проволоки не должно превышать 30-40 мм. Если сечение меньше 5-6 мм, то следует задаться более низким напряжением возбуждения, так чтобы получить большую площадь поперечного сечения проводника. Применение для полюсных катушек проводов круглого сечения нежелательно, так как это ухудшает теплоотвод от обмотки возбуждения. Исключение составляют машины мощностью не более 20 кВт, в которых невозможно применение проводов прямоуголь-

Рис. 8.24. Многослойная (а) и однослойнаи (б) катушки обмотки возбуждения

Рис. 8.25. К расчету средней длины витка однослойных полюсных катушек

ного сечения. В однослойных полюсных катушках (машины мощностью более 100 кВт) сечение медной проволоки может составлять от 30 до 300 мм.

Средняя длина витка полюсной катушки /в.ср зависит от вида катушки.

Для многослойных полюсных катушек (рис. 8.24, а)

/в,ср = 2(; + Ь +4б ) + я&к. (8.93)

Для однослойных катушек (рис. 8.24, б):

с лобовой частью в виде полуокружности с радиусом R (рис. 8.25, а) (применяется при ширине сердечника полюса &т200мм)

(8.94)

где с принимают в зависимости от ширины сердечника полюса:

60 10

61-100 12,5

101-120 15

121-150 20

151-200 30

Ьт, ММ......

С, мм.......

С лобовой частью, выполненной двумя закруглениями радиусом г й (рис. 8,25, б) (применяется при Ьт>200 мм)

в,ор = 2 (Z + - 2г) +п{2г + 2б + Ь). (8.95)

�17955

в этих выражениях Ь - предварительное значение ширины проводника катушки: (0,05н-0,1т); би -толщина изоляции

между сердечником полюса и катушкой, принимается от 1,5 до 2 мм в зависимости от конструкции изоляции полюсной катушки; Ьк - толщина катушки обмотки возбуждения, мм.

Ток возбуждения при нагрузке. А,

4, =7;д;. (8.96)

где Дв-предварительное значение плотности тока в обмотке возбуждения, принимается в зависимости от вида катушек: при многослойных катушках 3,2-3,8 А/мм, при однослойных 3,5- 5,3 А/мм2 (меньшие значения соответствуют более длинным машинам).

Число витков катушки обмотки возбуждения (на полюс)

к,в = Рв.н/2/в.н. (8.97)

По приложению П.1 для многослойных катушек принимают стандартное сечение провода, ближайшее к 9 и соответствующие размеры сторон этого провода а и 6. При многослойных катушках соотношение сторон проволоки должно удовлетворять условию 6/a = l,5-f-2,0. После этого выполняют в масштабе эскиз двух соседних полюсов с катушками (рис. 8.24, а). При этом размеры проводов принимают с учетом толщины изоляции, а толщину изоляционных прокладок принимают по табл. 8.8. Минимальное расстояние между катушками (размер х на рис. 8.24, а) должно быть щ менее 7-10 мм. При несоблюдении этого условия размещение катушек на полюсах затрудняется, а условия их охлаждения становятся нЬудовлетворительными.

В случае однослойных катушек сначала определяют меньший размер прямоугольной проволоки, мм,

a=-ALzJn--ба, (8.98)

где hm - высота сердечника полюса, мм; бп - толщина прокладок на ободе и под полюсным наконечником, мм (табл. 8.9); ба - толщина слоев асбестовой бумаги между двумя соседними витками катушки, мм (табл. 8.9).

Больший размер прямоугольной проволоки (ленты), мм,

Ь = дв/а. (8.99)

Затемпо приложению П.1 выбирают стандартную проволоку прямоугольного сечения или ленту. После этого выполняют в масштабе эскиз двух соседних полюсов с катушками (рис. 8.24, б). Расстояние х должно быть не менее 7 мм.

Наибольшая ширина прямоугольного провода b

maxt при которой х=7 мм, равна, мм,

JtPi - 26 - 2/ip - 2/in

bmax = 0,5

. й -2б -7

(8.100)

где би -толщина изоляции между сердечником полюса и катушкой, мм.

Фактическая плотность тока в обмотке возбуждения не должна превышать допустимого значения, А/мм,

Дв = 4,н/в.

(8.101)

где <7в - поперечное сечение стандартного провода, принятого для полюсной катушки, мм.

Затем следует рассчитать превышение температуры обмотки возбуждения [2]:

для многослойных катушек, °С,

ГО .1биа ( сл - 0.5) (l .6 + Ущ) 2,8-bii/t

дв =

(2,8ч-г,/т); Дв- о

76.Пв(1,6-ьК2 )

, (8.102)

Таблица 8.8. Изоляция многослойных полюсных катушек ротора сянхронных машин мощностью до 100 кВт

примечание. Миканиты, стекломнкафолнй и стеклотекстолит должны быть изготовлены на связующем, соответствующем классу нагревостойкости изоляции обмоткн.

14-782

где биз - двусторонняя толщина изоляции провода, мм; Лсл - число слоев в наиболее широкой части катушки; Яв - периметр боковой поверхности катушки, мм (аЬс на рис. 8.24, а); Vz - окружная скорость ротора, м/с:

ОзЯзЛ/бО-ЮЗ; (8.103)

для однослойных катушек

0,3(2,8 + /т)l

Авз =

(8.104)

Полученное по (8.103) и (8.105) значение Двв должно быть меньше допустимого на 10-15°С. Если же это условие не выполняется, то необходимо выполнить пересчет обмотки возбуждения при другом предварительном значении плотности тока Дв, другом напряжении возбуждения Ub или же другом соотношении размеров а и b обмоточного провода.

Затем уточняют высоту полюса, мм,

/1ж = ( + Sa) (а .в + 1) + б . (8.105)

Если полученное значение высоты полюса отличается от предварительно принятого более чем на 5 %, то следует пересчитать магнитное напряжение полюса ротора.

Активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной температуре. Ом,

г г в = Рси 2pw /в ,р.\0Щ. (8.106)

Таблица 8.9. Изоляция полюсных катушек ротора явнополюсных синхронных машин мощностью свыше 100 кВт

* Для класса нагревостойкостн В лакируется глнфталебакелнтовым лаком, для классов Рим - лаком иа кремннйорганнческой основе.

8.11. ПОТЕРИ И КПД

Основные потери в синхронной машине слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, основных магнитных потерь и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора, Вт,

Р,1 = Лг (8-107)

где п - активное сопротивление одной фазы обмотки статора, Ом, при расчетной рабочей температуре (5.67). Потери на возбуждение:

при возбуждении от тиристорного возбудительного устройства, Вт,

, . = 1 -в + Дщв. . (8-108)

где Гв - сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре. Ом (8.106); Af/щ - падение напряжения в щеточном контакте: Д{/щ=2 В;

при возбуждении от генератора постоянного тока (возбудителя), сочлененного с валом синхронной машины, Вт,

P.,.-PJ4b, (8.109)

где Т1в = 0,80-0,85 - КПД генератора постоянного тока (возбудителя) .

Основные магнитные потери в сердечнике статора синхронной машины Рм1 рассчитывают по (6.1) -(6.7).

Механические потери, равные сумме потерь на трение в подшипниках, в контактном узле (трение щеток о контактные кольца) и потерь на вентиляцию, Вт,

Р ех 3,68/7 (tWK/TTO (8.110)

где h - полная длина сердечника статора, мм; &2 - окружная скорость ротора (8.103), м/с.

Добавочные потери разделяют на добавочные потери холостого хода и добавочные потери при нагрузке.

Добавочные потери холостого хода обусловлены в основном поверхностными потерями в полюсных наконечниках. Они вызваны изменением магнитной индукции из-за зубчатости внутренней поверхности сердечника статора и определяются выражением, Вт,

= kpbv к {ггПг 10-*)5 [Вбиом {hi - 1) 10- , (8.111)

где В бно - магнитная индукция в зазоре, Тл, соответствующая ЭДС £io = С/ном; kn - коэффициент, определяемый толщиной листов полюсных наконечников: при толщине 1 мм fen=4,6; 2 мм fen = = 8,6; при массивных полюсных наконечниках fen=23,3; &р, h и t\ принимаются в миллиметрах.

Добавочные потери при нагрузке Рдоб -это потери в обмотке статора от вихревых токов, потери в стали статора и полюсных наконечников ротора от высших гармоник магнитного поля. Доба-