Выбор главных размеров активной части генератора

Проектирование синхронного генератора, как и любой другой электрической машины, начинают с выбора главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины lδ. Как указывалось, эта задача не имеет однозначного решения, поэтому для нахождения оптимальных значений D и lδ приходится рассчитывать ряд вариантов, для сокращения числа которых целесообразно воспользоваться рекомендациями, полученными на основе накопленного опыта проектирования.

Для предварительного определения диаметра D можно воспользоваться зависимостями D=f(S'H), рис.1.1, соответствующими усредненным диаметрам выполненных машин.

Расчетная электромагнитная мощность , кВ×А,

,

где kЕ – отношение ЭДС обмотки якоря при номинальной нагрузке Ен к номинальному напряжению Uн, предварительно принимают kE≈1,08; Рн – номинальная мощность, кВт; cosφн – номинальный коэффициент мощности.

 

Рис. 1.1

Число пар полюсов р и полюсное деление τ, м, равны соответственно

Предварительное значение внешнего диаметра статора Da , м,

Da=kДD.

Значения kД в зависимости от 2р приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

2р
kД 1,43–1,52 1,38–1,45 1,35–1,4 1,3–1,36 1,28–1,33 1,25–1,3
2р 32 и более
kД 1,22–1,28 1,2–1,26 1,18–1,25 1,16–1,22 1,15–1,2 1,14–1,18

Полученное значение Da округляют до ближайшего нормализованного диаметра (табл. 1.2). От выбранного диаметра Da зависят габариты и высота оси вращения h проектируемой машины.

В случае корректировки Da следует произвести пересчёт диаметра D и полюсного деления τ:

D = Da/kД ;

,

в этом случае для kД берут среднее значение при данном 2р.

Расчетная длина lδ машины, м,

Габарит Da , мм h, мм

где αδ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия (определяется по рис. 1.2); kB – коэффициент формы поля (рис. 1.2);

kоб1 – обмоточный коэффициент обмотки статора; А – линейная нагрузка статора, А/м; Вδн – максимальное значение индукции в воздушном зазоре при номинальной нагрузке, Тл.

Рис. 1.2

Так как и kB зависят от размеров и конфигурации полюсного наконечника, а также воздушного зазора δ и полюсного деления τ и пока неизвестны, то предварительно можно принять αδ=

= 0,65–0,68; kB= 1,16–1,14, а их произведение ·kB= 0,75–0,78 (эти значения соответствуют = 0,68–0,72 при δм/δ =1,5 и δ/τ ≈ ≈0,01).

Обмоточный коэффициент kоб1 предварительно принимают равным 0,92.

Линейную нагрузку А и индукцию Вδн при Uн = 380–6600 В выбирают по рис. 1.3 и 1.4. При Uн = 10000 В величину Вδн можно также выбирать по рис. 1.4, а линейную нагрузку А следует снизить на 10–15 %, так как из-за более толстой пазовой изоляции ухудшается охлаждение обмотки якоря.

Рис 1.3

Выбранные значения А и Вδн являются предварительными и в дальнейшем при необходимости их можно изменять. При этом следует иметь в виду, что чем больше произведение А·Вδн , тем меньший активный объем D2lδ будет иметь проектируемая машина. Однако каждая машина имеет свои верхние пределы А и Вδн.

Рис. 1.4

Приведенные на рис. 1.3 верхние значения А соответствуют серийным машинам защищенного исполнения с косвенным воздушным охлаждением, с изоляцией класса нагревостойкости В. Верхний предел индукции Вδн ограничен насыщением магнитной цепи, в основном – насыщением зубцового слоя. Кроме того, с увеличением отношения А/Вδн возрастают индуктивные сопротивления машины.

Определив расчетную длину lδ , находят отношение

,

причем чем длиннее машина (больше λ), тем хуже условия её охлаждения, а чем короче, тем больше доля лобовых частей в длине витка обмотки и тем больше потери в обмотке. Значения λ для современных машин указаны на рис. 1.5.

Рис. 1.5

Для улучшения охлаждения сталь статора обычно разбивают на несколько пакетов длиной lпак ≈ 4–5 см, между которыми делают радиальные вентиляционные каналы шириной bк = 10 мм (рис. 1.6).

Рис. 1.6

При наличии вентиляционных каналов истинная длина статора будет больше расчетной и предварительно может быть принята

Длину всех пакетов чаще всего берут одинаковой. Число вентиляционных каналов в этом случае

причем nK округляют до целого числа.

После округления nK уточняют длину пакета

и округляют ее до одного миллиметра.

Суммарная длина пакетов сердечника

Проекции синхронного генератора приведены на рис. 1.7.

Рис. 1.7

Синхронная машина имеет радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками, направляющими часть воздушного потока на лобовые части обмотки статора (рис. 1.8). Охлаждающий воздух в машинах защищённого исполнения входит через вентиляционные окна в подшипниковых щитах (рис. 1.8, а), проходит вдоль лобовых частей обмотки статора, через междуполюсное пространство ротора (охлаждая обмотку возбуждения), радиальные вентиляционные каналы статора и выходит через боковые жалюзи. Схема вентиляции машины закрытого исполнения с установленным в верхней части теплообменником показана на рис. 1.8, б.

Рис. 1.8. Схема вентиляции синхронных машин