1.5.2. Задание на проектирование

Проектирование явнополюсного синхронного генератора включает в себя разработку задания, определение основных активных размеров, поверочные расчеты и конструирование машины по этим размерам.

Задание на проектирование содержит также требования, которые могут быть выполнены на основе опыта предшествующего проектирования и изготовления.

В техническом задании указываются:

• номинальная мощность (активная) Р_н, кВт;

• номинальный коэффициент мощности сos φ_н;

• номинальное линейное напряжение U_H, В;

• номинальная частота вращения n_н, об/мин;

• номинальная частота f_H, Гц;

• число фаз m и схема их соединения (как правило - звезда);

• отношение короткого замыкания (ОКЗ);

• статическая перегружаемость k_п;

• система охлаждения;

• коэффициент полезного действия η_н;

• переходные и сверхпереходные индуктивные сопротивления;

• отдельные особые требования.

Для судовых генераторов система охлаждения - воздушная по замкнутому или разомкнутому циклу.

Содержание и объем проектирования ограничиваются учебными задачами.

Общий порядок курсового проектирования включает решение следующих задач:

I раздел (этап)

1. Общая характеристика условий работы и особенностей конструкции судовых СГ (по пункту 1.5.1).

2. Определение главных размеров машин и выбор числа зубцов статора.

3. Расчет зубцовой зоны и обмоточных данных статора.

4. Выбор воздушного зазора и размеров полюса ротора.

5. Расчет магнитной цепи и построение характеристики холостого хода.

II раздел (этап)

1. По исходным данным задания выбирается прототип проектируемого генератора из приложения «Судовые синхронные генераторы» и выписываются параметры прототипа.

2. По выбранным параметрам прототипа необходимо:

1. определить необходимые параметры для построения диаграмм номинального режима (векторную диаграмму построить по общему виду, приведенному в теоретических пояснениях);

2. рассчитать величину начального и установившегося тока симметричного короткого замыкания; определить величину перенапряжения на свободной фазе при двухфазном КЗ;

3. рассчитать момент для заданного режима нагрузки и величину максимального момента при трехфазном КЗ.

2.Электромагнитные расчеты синхронного генератора

2.1.Выбор основных размеров

Последовательность расчетов

1. Фазное напряжение обмотки статора, В:

2. Расчетная мощность, ВА

3. Число пар полюсов

4. Диаметр расточки статора D, по номограмме , рис.2.2, м:

D = f(S^’)

5. Полюсное деление, м:

6. Наружный диаметр сердечника статора, м:

при р = 2;

при р = 3;

при р = 4;

при р = 5;

Полученные значения D_a округляются до ближайшего нормализованного диаметра (таблица 2.1).

От выбранного внешнего диаметра магнитопровода статора D_a зависит высота оси вращения h, которая соответствует определенному габариту проектируемой машины.

Таблица 2.1 - Таблица соответствия габарита h (высота оси вала) от диаметра статора D_a

Габарит	Диаметр, мм (Da)	Высота оси вращения,(h) мм
5	280	180
6	327	200
7	393	225
8	423	250
9	493	280
10	520	315
11	590	355
12	660	400
Габарит	Диаметр, мм (Da)	Высота оси вращения,(h) мм
13	740	450
14	850	500
16	1180	630
17	1430	630
18	1730	630
19	2150	630
20	2600	630
21	3250	630

7. По величине полюсного деления и графикам и А( , приведенным (риc. 2.1), выбираются удельные нагрузки и А(А/м).

Рис. 2.1 - Зависимость и А от для синхронных машин мощностью Р_н>100 кВт.

Рис. 2.2. - Зависимость D = f(S^ʹ) при различных числах полюсов:

а) при S’>100 кВА; б) при S’ 100 кВА.

8. Длина железа сердечника статора, м:

где n_н ,(об/мин); S^ʹ ,(ВА).

9. Коэффициент полюсной дуги должен лежать, для принятого числа пар полюсов , в пределах заштрихованной части графика (рис. 2.3). Чем больше , тем хуже условия охлаждения, но тем меньше расход меди обмотки на лобовые части.

Рис. 2.3. - Значения в зависимости от числа пар полюсов.

10. Действительная длина железа статора находится с учетом изоляции пластин:

При большой длине, в целях улучшения охлаждения, сердечник статора разбивают на пакеты, между которыми оставляют вентиляционные каналы, (рис. 2.4). Обычно длину пакетов выбирают = 4÷5 см, а ширину канала =1см. Пакеты предусматриваются у машин с длиной сердечника

Рис.2.4.- Осевой разрез сердечника статора с радиальными вентиляционными каналами.

11. Число зубцов статора.

По величине для заданного расчетного габарита по графику (рис. 2.5) находят t_{1 min} и t_{1 max}. Затем определяют соответствующее им число зубцов:

Z_1min=

Число зубцов Z должно лежать в диапазоне , при этом оно должно быть целым числом и быть кратным величине 2mр.

Рис.2.5.- Пределы изменения зубцового деления t₁ в зависимости от :

1 – 13-го и 14-го габаритов;

2 - 16-го и 17-го габаритов;

3 - 18- 21-го габаритов.

Из данного диапазона выбираем Z_1, кратное 2mp.

12. Число пазов на полюс и фазу (число катушек в катушечной группе):

обычно q = (2÷5) - принимаем целое число.

13. Число пазов на пару полюсов

По полученным данным в последующем строится развертка пазов статора и изображается одна фазная обмотка, при сокращении шага на одно пазовое деление, т.е. с шагом:

Так как обмотка двухслойная, то число катушек на фазу: n_k=2pq.