Глава 10 Проектирование синхронных машин (967523), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Приближенно полные добавочные потери при нагрузке можно определить в процентах полезной мощности для генераторов и подводимой мощности для двигателей:

Для машин до 1000 кВ·А	0,5
Для машин более 1000 кВ·А	0,25—0,4

Общие потери при номинальной нагрузке

. (10.166)

Коэффициент полезного действия генератора

, (10.167)

двигателя

, (10.168)

где — номинальная активная мощность генератора, кВт; — активная мощность, подводимая к двигателю при номинальной нагрузке, кВт: .

10.19. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА

ДЛЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА РАБОТЫ

Для оценки теплового состояния обмотки статора можно воспользоваться методикой упрощения расчета, применяемого в заводской практике для нормальных синхронных машин защищенного исполнения. Эта методика базируется на следующих допущениях. Принимается, что все потери, выделяемые в пределах активной длины статора, отводятся с его цилиндрической охлаждаемой поверхности, а потери в лобовых частях обмотки — с охлаждаемой поверхности этих частей.

При этих допущениях определяется отдельно превышение температуры части обмотки, находящейся в пределах активной длины стали, и превышение температуры лобовых частей по длине этой части.

Среднее превышение температуры всей обмотки находят как среднеарифметическое значение превышений, отнесенное к 1 м длины полувитка обмотки. Ниже приводятся расчетные формулы.

1. Перепад температуры в изоляции обмотки статора определяют по (10.33).

2. Удельный тепловой поток на единицу цилиндрической внутренней поверхности статора, Вт/м²,

, (10.169)

где и — потери в стали спинки и зубцов статора при холостом ходе, Вт; и — внутренний диаметр и длина статора, м; — средняя длина полувитка обмотки статора, м.

Искомое превышение температуры охлаждаемой поверхности статора относительно температуры окружающего воздуха находят так:

, (10.170)

где значения коэффициента теплоотдачи а в зависимости от отношения длины статора к полюсному делению могут быть приняты равными:

а = 80 Вт/(⁰ C·м²) при ;

а = 66 Вт/(⁰ C·м²) при ;

а = 80 Вт/(⁰ C·м²) при ;

— окружная скорость ротора, м/с.

3. Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой охлаждающего воздуха. Так как лобовые части обмотки обычно образуют своеобразную решетку, продуваемую воздухом, то они охлаждаются почти по всему периметру поперечного сечения каждой якорной секции. Соответственно этому плотность теплового потока на единицу охлаждаемой поверхности лобовых частей, Вт/м², равна:

, (10.171)

где — зубцовое деление статора, м; — периметр поперечного сечения паза статора, м; А — линейная нагрузка, А/м; — плотность тока в статоре, А/м²; — удельное сопротивление при температуре .

Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей статора, ⁰C,

, (10.172)

где — окружная скорость ротора при радиальной вентиляции или вентилятора при аксиальной вентиляции, м/с.

4. Превышение температуры обмотки статора. Среднее значение превышения температуры обмотки статора, ⁰C,

, (10.173)

где — полная длина статора, м; — длина лобовой части обмотки статора, м.

10.20. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННЫХ МАШИН

10.20.1. Основные характеристики

Рабочие свойства машины определяются ее характеристиками. Для генераторов основными характеристиками являются внешняя, регулировочная, U-образная и угловая, для двигателей — рабочие, U –образная и угловая. Для построения всех указанных характеристик используют векторные диаграммы [6].

Регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость при =const и =const (рис. 10.39). Для построения этой характеристики задают ряд значений тока якоря в пределах от 0 до 1 и при одних и тех же значениях и строят векторные диаграммы, из которых находят ток возбуждения. Ток возбуждения при =0 определяют из характеристики холостого хода по заданному напряжению. Для регулировочной характеристики при =1=const и = =const ток возбуждения, соответствующий номинальному току якоря, можно определить по векторной диаграмме, построенной раньше для нахождения МДС обмотки возбуждения (см. § 10.14). Эта МДС в относительных единицах равна току возбуждения .

Рис. 10.39. Регулировочные характеристики

Внешняя характеристика при =const и =const (рис. 10.40) определяет зависимость напряжения генератора от его нагрузки. Исходная точка этой характеристики имеет координаты =1 и =1. При токе =0 напряжение = берут из векторной диаграммы, построенной для номинального режима машины. Промежуточные точки характеристики можно найти, построив ряд регулировочных характеристик при различных значениях напряжения . Напряжения , при которых строят регулировочные характеристики, берут в пределах от до 1, а = . Точки пересечения регулировочных характеристик с прямой, проведенной параллельно оси абсцисс, при дают искомые точки внешней характеристики.

Рис. 10.40. Внешняя характеристика

U-образные характеристики при (рис. 10.41) можно получить путем построения ряда векторных диаграмм при =1=const и =const (рис. 10.42). Из построенных векторных диаграмм для каждого значения тока определяют ток возбуждения .

Рис. 10.41. U — образные характеристики

Рис. 10.42. К построению U — образных характеристик

Угловые характеристики дают зависимость активной мощности от (угла нагрузки): при = 1 и =const. Угол является углом между осями полюсов и результирующего магнитного поля или между векторами ЭДС и напряжения . Построение угловых характеристик с учетом насыщения машины связано с большими трудностями. Ниже приведен расчет этой характеристики без учета насыщения. Параметры в этом случае принимают постоянными, равными их значению для ненасыщенной машины, а .

Характеристику при = l в относительных единицах строят по уравнению

. (10.174)

Электродвижущую силу определяют по продолжению прямолинейной части характеристики холостого хода при токе возбуждения . При построении характеристики угол изменяется в пределах от 0 до .

По угловой характеристике определяют статическую перегружаемость машины, равную отношению . Номинальная мощность в относительных единицах равна . Если пренебречь активным сопротивлением (что возможно для машин средней и большой мощности), то можно принять

= , (10.175)

где и — максимальный и номинальный моменты.

Статическую перегружаемость можно также рассчитать по формуле

. (10.176)

Коэффициент учитывает реактивные составляющие мощности и момента, обусловленные неодинаковыми индуктивными сопротивлениями и . Он принимается по рис. 10.43 в зависимости от отношения .

Рис. 10.43. К определению коэффициента

Как уже отмечалось ранее, статическая перегружаемость синхронных двигателей общего назначения должна быть не ниже 1,65.

Для синхронных двигателей U-образные и угловые характеристики строят так же, как и для генераторов, с использованием соответствующих векторных диаграмм.

Рабочие характеристики двигателей, т. е. зависимости , , , , , при =1=const и =const могут быть получены по U-образным характеристикам. Для этого необходимо построить несколько U-образных характеристик при различных значениях =const и =1=const. По этим характеристикам при находят ток I при данном значении мощности и . Затем определяют мощность на валу: ( — потери в машине для данного режима работы), .

10.20.2. Токи короткого замыкания

При расчете механических усилий, воздействующих на лобовые части обмотки статора и на их бандажи, исходят из наибольшего мгновенного значения тока трехфазного короткого замыкания на выводах машины при данном значении возбуждения. Этот ток называется ударным током короткого замыкания.

Согласно ГОСТ 183 синхронная машина должна выдерживать ударный ток короткого замыкания при напряжении холостого хода, равном 105% номинального:

. (10.177)

Коэффициент 1,8 учитывает затухание апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Для машин без демпферной обмотки в (10.177) вместо следует подставить .

Практический интерес представляют кратности установившихся токов короткого замыкания. Под этим понимают отношение установившегося тока короткого замыкания к номинальному току обмотки якоря.

Кратность при возбуждении холостого хода, т. е. при возбуждении, которое при номинальной частоте вращения и разомкнутой обмотке якоря дает на выводах машины номинальное напряжение, обозначают ОКЗ (отношение короткого замыкания):

Характеристики

Список файлов книги