8.2. Строим векторную диаграмму тока и ЭДС (см § 8.9) при номинальной нагрузке двигателя (рис. 8.28).

Принимаем масштаб напряжений ти = 25 В/мм, тогда длина вектора напряжения i/,=fi n=3468/25=138,7 мм, а вектор падения напряжения в индуктивном сопротивлении

- /iHOM Xj/ma 70,8.11,3/25 = 32 мм.

Что касается вектора падения напряжения в активном сопротивлении, то в принятом масштабе Ши его длина составляет менее 3 мм, а поэтому иа векторной диаграмме этот вектор не показан.

Рис. 8.28. Векторная диаграмма cifHxpoHHoro двигателя

i i,025 1,05 1,075 К

Рис. 8.29. Зависимость Ею* от k

Угол ф1вом=агссо8 0,9=26°. После соответствующих построений определяем вектор ЭДС двигателя при нагрузке: £ih= 155.25=3875 В. В относительных единицах эта ЭДС 3875/3468 =1,12. Затем по графику Е =К% (рис. 8.29) определяем коэффициент магнитного насыщения ki, соответствующий ЭДС £iB=l,12, т.е. 1=1,04. Пользуясь этим значением коэффициента насыщения, по

рис. 8.20 определяем коэффициенты>td=0,97; v.q =0,92 и /(=6.10~.

8.3. Определяем МДС (8.85)

=?> 1 = \ Kq аном* = 0.92.0.4.1,58 = 0.58.

где FaHoM. = fanoM/fBo= 10 951/6912= 1,58; /Ca9 = 0,4 (см. рис. 8.19,6). ч

8.4. Отложив на оси абсцисс графика £10.=/(дгс*) (см. рис. 8.23) величину fo/cost3i=0,58, определим /cos г31=0,5 или, переходя к абсолютным единицам измерения, получим £ ,/cost3, = 0,50-3468 =1734 В. Отложив иа продолжении вектора -/Лл:! вектор ioe/cosilJi длиной 1734/25=69 мм, получим на векторной диаграмме точку Q. Проведя прямую 0Q, получим угол г31 = 52°. При этом cost3i = 0,616 и sinT3i = 0,788.

8.5. Опустив перпендикуляр из конца вектора - y/i;ci на линию 0Q, определяем векторы ЭДС £rd= 147-25=3675 В и £ 9=42-25=1050 В.

8.6. Отложив иа оси ординат графика £10.=/(вгс*) значения - £,d.= =£rd/£ioHOM =3675/3468= 1,06, получим соответствующее значение МДС, равное frd = 0,90.

8.7. Магнитодвижущая сила продольной реакции якоря с учетом размагничивающего действия МДС реакции якоря по поперечной оси (8.88)

F nd, = пом* {kad Sin % +~k COS =

= 1,58

0,85-0,92-0,788 + 6-10-*

281 2,6

0,616j = 1,03.

8.8. По графику Ф; =f(a?cJ (РИС 8.23), отложив на оси абцйсс сумму МДС

найдем значение магнитного потока при нагрузке Ф д=1,50, а затем по графику Ф, =f(Fp,) определим сумму магнитных напряжений в роторе при нагрузке fp,H.= l,07.

8.9. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения при нагрузке двигателя на пару полюсов (8.89) в относительных единицах

I с I р

в,н* rd* oi* Р,н*

1,93+ 1,07 = 3,0

F = F в,н* г

в абсолютных единицах

fB,H = Fb,h. £в о ном = 3,0-6912 = 20 736 А. 9. Обмотка возбуждения

9.1. Принимаем обмотку возбуждения из однослойных полюсных катушек, лобовые части которых имеют форму полуокружности (см. рис. 8.25,а).

9.2. Средняя длина витка катушки (8.94)

/в,ср = 2 dm - 2с) + я(Ьт + 28 + Ь) = = 2(384 -2-15)+л;(118 + 2-1,5+ 14)= 1233 мм, где 6и=1,5 мм; с=15 мм, б=0,05 т=0,05-281 = 14 мм.

9.3. Для питания обмотки возбуждения двигателя принимаем возбудительное устройство типа ТВУ-65-320 (номинальное напряжение 65 В, ток 320 А). Напряжение непосредственно на обмотке возбуждения

t/B = 65-2= 63 В.

9.4. Предварительное значение сечеиия медного провода полюсной катушки (8.91)

9в =Рси/в,нв,ср-10в = 25,6-10-3-5-22809-1233-103/63 = 57 мм,

г%е р=25,6.10- Ом-м; £; = 1,1.20 736 = 22 809 А.

9.5. Ток возбуждения (8.96)

где Дв = 5,4 А/мм. 15-782

Чн = 9вДв = 57-5,4 = 308 А,

9.6. Число витков в катушке возбуждения (8.97)

Ик.в = fB.H/2/в.н = 20 736/2-308 = 33.

9.7. Меньший размер прямоугольного провода полюсной катушки (8.98)

150-14

/tin -бп д

33+]

9.8. Максимально допустимая ширина провода (8.100) яРх -26 -2/tp -2/tro

- 0,4 = 3,6 мм.

Ьтах = 0,Ь

-6т-2б -7

= 0.5

я894 -2-2.6-2-30-2-150

-118-2-1,5-7

= 19 мм.

9.9. По табл. П.1.2 принимаем провод сечением 9в=63,06 мм размерами 0X8=3,53X18 мм.

9.10. Фактическая плотность тока в катушке возбуждения (8.101)

Ав = /в.н/?в = 308/63,06 = 4,9 А/мм.

9.11. Превышение температуры полюсной катушки (8.104) 0.3(2,8 + IJx) bAl

1,6+ Kt.,

0,3 (2.8 + 384/281)-18-4,9 1.6+К 27,9

= 78,3 С.

где 1)2=яО2П1/60-10з=я-888-600/60-10=27,9 м/с.

9.12. Уточненное значение высоты полюса (8.105)

ftm = (а + ба) (ш ,в + 1) + бц = (3,53 + 0.4) (33 + 1) + 14 = 147.6 мм;

так как полученное значение hm отличается от ранее принятого (150 мм) лишь -на 1,6 %, то пересчета магнитного напряжения в сердечнике полюса не требуется.

9.13. тивное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной температуре (75° С) (8.106)

B = Pcu2pa .B /з р-103/9 = 21.3-10-9.33-1233-103/63,06 = 0.137 Ом.

10. Потери и КПД, статическая перегружаемость синхронного двигателя

10.1. Электрические потери в обмотке статора (8.107)

81 = % /ii = 3-70,8 -0,788 = 11 850 Вт.

10.2. Потери иа возбуждение (8.108)

в = в.н в + /в,н = (309 -0.137 + 2-309) = 13 700 Вт.

10.3. Расчетная масса стали зубцового слоя статора (6.4)

Gi = 7.8-10->{t/4K-2/tJ2 Df]-S ,Zl l,k = = 7,8 10- {я/4 [(1180 - 2 73) - 894 ] - 840 - 84} 324 0.95 = 341 кг. где площадь паза статора 5ni = 6ni/izi= 12-70=840 мм.

10.4. Расчетная масса стали спинки статора (6.3)

Gci = 7,8-10- (я/4) [Dl - (Dj + 2hf ] I. k = = 7,8 10- (я/4 [ 1180 - (894 + 2 - 70)2] 324 0,95 = 607 кг.

10.5. Магнитные потери в зубцах сердечника статора (6.6)

где?! 0/50 для стали марки 2013 при толидане 0,5 мм равно 2,5 Вт/кг.

10.6. Магнитные потери в спинке сердечника статора (6.5)

Р ,.1= l,7Pi,o/50BiGgi= 1,7-2.5-1,15 -607 = 3405 Вт.

10.7. Магнитные потери в сердечнике статора .

рм1 = PmzI + Pm.ci = 2681 + 3405 = 6086 Вт. 10.8 Механические потери (8.110)

мех

3,68р

K/i-103 =3,68-5

27,9

Кз84-10 =3912 Вт.

10.9 Добавочные поверхностные потери в полюсных наконечниках ротора (8.111)

= 4,6-5-197-384 (84.600-10-4)1-5 jQgg (134 I).33,4р.io- = 707 Вт.

10.10. Добавочные потери при номинальной нагрузке двигателя

доб = iHOM-= 0,005-666-103=3330 Вт, 1де предварительное значение подводимой мощности в номинальном режиме iHOM - -Рном/ном = 630/0,946 = 666 кВт.

10.11. Общие потери в номинальном режиме работы двигателя (8.11)

2Р = (рэ1 + Рв + Рш + Рмех + Рп + Рдоб) Ю-з = = (11 850 + 13 700 + 6086 + 3912 + 707 + 3330) - Ю-з = 39,6 кВт.

10.12. КПД двигателя при номинальной нагрузке (8.114)

Л = 1 - 2P/P1H0M = 1 - 39,6/669,6 = 0,94. где PiHoM = Рвом + 2Р = 630 + 39,6 = 669.6 кВт.

10.13. Статическая перегружаемость двигателя (8.119)

10 2,9-1,02

Мтпх =

= 2,175.

Xd*cos(pi 1,51-0,9

1де £jq,= 2,9 по рнс. 8.26 при Fj ,=2,55;

I = {x-XgJ/x Elo = (1.51 -0.934)/(0,934.2,9) = 0,212;

no рис. 8.27 при 1 = 0,212 Хр = 1,02. П. Тепловой расчет

11.1 Превышение температуры поверхности сердечника статора иад температурой охлаждающего воздуха (8.120)

Pat (2/i cpi) + рм1 11 850 (2-384/1594) + 6086

~я-894-384-8-10-6 (1+0,1-27,9)

.38 С;

гри/i/T=384/282= 1,37 1 = 8-10-5.

11.2. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора (6.94)

врэ1(2у/ср1) п1 1.15.11 850(84/1594) 3,6 ZiHi/i Яэкв 84.ld4-384 16,5-10-S

где IIi = 2(/izi + eni) =2(70+12) = 164 мм; Cni - односторонняя толщина изоляции в пазу статора (см. табл. 8.6): Cni=3,6 мм; для изоляции класса нагревостойкости В Л нв=16-10-5 Вт/(мм-°С); к Q =1,15.

11.3. Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя (8.121)

Лвл1 =

\ 1 PcuO 467-10а-5,38-33,4-21,3-10- -10

~ 13,3(1 + 0,07-27,9). 164

= 28 °С.

13,3 (1 + 0,071-8) n j£.

где Пл1=П1=164 мм.

11.4. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды (8.122)

Дв1 = [(Двиз1 + Авдов!) /1 + (Дв з1 + Авл1) h] 2 СР1 =

= [(28 + 38,0) -384 + (28 + 28) -393] = 59,3 °С,

что не превышает допустимое превышение температуры обмотки статора npsf классе нагревостойкости изоляции В (80° С) по ГОСТ 183-74.

Глава девятая

КОНСТРУИРОВАНИЕ СИНХРОННЫХ ЯВНОПОЛЮСНЫХ МАШИН

9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Принципы конструирования электрических машин, изложенные в гл. 7 применительно к асинхронным двигателям, следует использовать гпри конструировании синхронных машин. Основное конструктивное отличие синхронных машин от асинхронных обусловлено разным устройством их роторов. Что же касается статоров, то они не отличаются друг от друга, поэтому при конструировании синхронных машин до 15-го габарита включительно можно воспользоваться рекомендациями по конструированию статоров подшипниковых щитов асинхронных двигателей защищенного исполнения (см. § 7.2, 7.3, 7.6). При расчете вала и выборе подшипников качения следует также руководствоваться рекомендациями § 7.5 и 7.7.

В настоящей главе рассмотрены вопросы конструирования синхронных машин 16-го и более габаритов (DmllSO мм). При конструировании трехфазных синхронных машин общего назначения в качестве базовой модели следует принять соответствующую машину новой серии, например серий СГ2, СД2, СДН2, СДН32. Устройство и технические данные некоторых типоразмеров машин этих серий рассмотрены в § 8.1.

9.2. СТАНИНА, СТАТОР И ЩИТЫ

Станины явнополюсных синхронных машин 16-го и более габаритов сваривают из листовой стали (рис. 9.1). Такая станина со-

стоит из стоек, соединенных между собой ребрами жесткости, опорных лап и наружной обшивки. Стойки и наружная обшивка образуют кольцевой короб П-образного сечения. При большой длине станины в дополнение к боковым стойкам применяют промежуточные, количество которых должно быть тйким, чтобы расстояние между двумя соседними стойками было не более 450-500 мм.

В лапах станины предусмотрены отверстия для крепления ее к фундаменту, а также резьбовые отверстия для отжимных болтов.

Рис. 9.1. Сварная станина синхронной машины

Рис. 9.2. Крепление сердечника статора в сварной станине

У машин закрытого исполнения с замкнутым циклом вентиляции в нижней части станины предусмотрены отверстия для ввода и вывода охлаждающего воздуха. В машинах защищенного исполнения вентиляционные отверстия делают в обшивке.

Станина снабжается болтами для присоединения заземляющих шин. Для удобства транспортирования машины больших габаритов имеют разъемные станины. Это усложняет конструкцию, так как необходимо делать разъемным и сердечник статора с обмоткой. Поэтому вопрос о разъемной конструкции статора определяется исключительно требованиями к габаритам машины со стороны транспортных средств, предполагаемых для доставки машины на место ее установки. Центровка сегментов и сердечника статора 1 в целом ведется на ребрах 6 (рис. 9.2). После сборки и опрессовки сердечник статора закрепляется путей затяжки гаек на стяжных шпильках 3. Затем гайки приваривают с одной стороны к глухой стойке 7 станины, а сдругой-кнажиМному кольцу 4, которое приваривают прерывистым швом к стойки 5.

Для предотвращения распушейия зубцов в пакетах статора применяют нажимные пальцы 2 -стальные пластины прямоугольного или двутаврового профиля. В некоторых конструкциях не-