Розрахунок основних розмірів генератора

Користуючись методичними вказівками на основі вхідних даних необхідно розрахувати основні розміри генератора, використовуючи які, можна виконати креслення загального виду гене6ратора в розрізі.

Головними розмірами електричної машини є діаметр якоря D, його довжина l та величина повітряного зазору δ. За величинами D та l визначають розміри та конструкцію усіх елементів машини: полюсів, зовнішній діаметр статора, розміри валу, підшипникових щитків та ін. вони також впливають на характеристики маси, техніко-економічні, виробничі та експлуатаційні характеристики, надійність машини. Тому визначення головних розмірів D, l та δ слідує розглядати як важливіший етап у проектуванні генераторів.

Для визначення головних розмірів генераторів змінного струму користуються виразом для машинної сталої

(5.5)

або (5.6)

де:

С_А –машинна стала Арнольда;

D –діаметр якоря [см];

l_i- розрахункова довжина якоря [см];

р'- розрахункова потужність [кВ^.А];

α і- розрахунковий коефіцієнт полюсного перекриття;

k_ф - коефіцієнт форми кривої поля;

k_o- обмотувальний коефіцієнт;

A- лінійне (електричне) навантаження [А/см];

B_δ - магнітне навантаження (індукція у повітряному зазорі) [Тл];

n- лінійна частота обертання ротора [об/хв].

З усіх величин, які стоять у правій частині рівності (5.6) відомою є частота обертання n та легко підраховується розрахункова потужність р'. якщо швидкість обертання генератора змінна, то за розрахункову частоту обертання при визначенні його головних розмірів обирають мінімальну.

Розрахункова потужність генератора

(5.7)

де Р_н- номінальна потужність генератора [кВ^.А]

- коефіцієнт, враховуючий внутрішнє падіння напруги в генераторі

Е_і- внутрішня ЕРС якоря

Значення коефіцієнта k_E можна визначити аналітично.

(5.8)

де cosφ _H- коефіцієнт потужності при номінальному навантаженні

- індуктивний опір розсіяння обмотки якоря.

Коефіцієнт k_Е є функцією потужності генератора. Значення коефіцієнта k_E наведені в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

Для генераторів з продувом розрахунковий коефіцієнт полюсного перекриття приймається .

Коефіцієнт форми поля k_ф є функцією конструктивного коефіцієнта полюсного перекриття та відношення . Значення коефіцієнта k_ф при синусоїдальній формі поля k_ф =1, 11.

Обмотувальний коефіцієнт k_o дорівнює произведению трьох коефіцієнтів: скорочення k_у, розподілення k_р та скосу k_ск.

(5.9)

Для трьохфазної двохшарової обмотки з кроком можна прийняти k_o=0, 92. Електромагнітні навантаження - лінійне навантаження А та індукція у повітряному зазорі B_δ - дуже впливають на розміри генератора. Виходячи з основного розрахункового рівняння (5.6) збільшення произведения А^.B_δ , характеризуючого електромагнітну потужність, призводить до зменшення розмірів якоря. Однак збільшення произведения А^.B_δ обмежується тим, що починаючи з деякого його значення погіршуються характеристики генератора (перевантажувальна здатність, ККД), підвищуються перегріви, а також зовнішні розміри та маса генератора.

Вибір величини лінійного навантаження А залежить від умов застосування, потужності та заданих параметрів генератора, конструктивного виконання, системи охолодження.

Вибір великих величин індукції у повітряному зазорі обмежується тим, що зі збільшенням B_δ збільшується насичення магнітного ланцюга або збільшуються розміри магнітодроту при одних і тих самих допустимих індукціях, підвищуються МДС збудження та розміри обмотки збудження, втрати у сталі. Збільшення розмірів обмотки збудження є вкрай небажаним для генераторів з обмоткою збудження на роторі, т.я. це призводить до примусовому збільшенню діаметра ротора. Вибір величин B_δ залежить від потужності та типу генератора, заданих параметрів, системи охолодження. Окрім того, вибір індукції B_δ залежить від матеріалу магнітодроту якоря.

Для генераторів з дротом можна рекомендувати наступні значення електромагнітних навантажень.

Таблиця 5.2

Важливе значення має співвідношення . Для вентильних генераторів повинно бути витримано співвідношення ()

(5.10)

Підстановка у праву частину рівняння (5.6) вибраних значень розрахунковий коефіцієнт полюсного перекриття α _і, k_ф, k_o, A, B_{δ ,} а також підрахованої розрахункової величини р' та заданої частоти обертання n не дозволяє остаточно визначити D та розрахункову довжину l_i, практично рівну для автомобільних генераторів геометричній довжині якоря l. Згідно (5.6) можно побудувати нескінченно велику кількість генераторів з різними відношеннями довжини якоря і його діаметру. Для того, щоб однозначно визначити величини D та l_i, необхідно накласти умову певного значення відношення.

Тоді з (5.6) отримаємо

(5.11)

Вибір величини λ _і не є довільним. Задача зводиться до визначення такого значення λ _і, при якому генератор, задовольняв технічному завдання, мав би найменші розміри, масу та вартість.

Так як спеціальні генератори мають високі частоти обертання, то діаметр ротора може визначитись допустимою окружною швидкістю V_доп, яка для явнополюсної конструкції ротора не повинна перевищувати 70÷ 80 м/с. звідси визначаємо діаметр ротора та, отже, діаметр розточки якоря

(5.12)

де п_р = 1, 2^.п - максимальна частота обертання (розгінна) об./хв

Величина λ _і для генераторів з продувом обирається у границях 0, 5÷ 0, 7

Рисунок 5.4- Подовжній розріз генератора з клювообразним ротором.

Повітряний зазор оказує великий вплив на електромагнітні характеристики генераторів. Для генераторів, які розглядаються з метою зменшення спотворень поперечної реакції якоря величина повітряного зазору вибирається з умови:

А/Вб (5.13)

де τ -полюсна поділка [мм]

Число пар полюсів у вентильних генераторах обирається значним. У діапазоні потужностей 3÷ 30 кВт полюсна поділка для генераторів з класичним магнітним ланцюгом знаходиться в межах 35 ≤ τ ≤ 80мм.

При попередньому виборі числа полюсів можна використовувати данні таблиці 5.3

Таблиця 5.3

: [см] (5.14)

Повітряний зазор визначається за формулою:

: (5.15)

де

k'=(1, 04 ÷ 1, 1) -коефіцієнт, враховуючий збільшення магнітної напруги повітряних зазорів.

- синхронний індуктивний опір по подовжній осі (допускається не більше 2, 1).

- індуктивний опір, вибирається в границях

= 0, 05 ÷ 0, 15

Відоме розраховане значення діаметра якоря D_Я дозволяє заздалегіть визначити зовнішній діаметр генератора

(5.16)

де k_DH - коефіцієнт, враховуючий співвідношення між D_Я та D_Н. Значення коефіцієнта k_DH, який є функцією числа пар полюсів, наведені в таблиці.

Таблиця 5.4