Расчёт синхронного генератора общепромышленного назначения.

Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой охлаждающего воздуха.Перепад температуры в пазовой изоляции обмотки статора (см. п.30).Среднее превышение температуры обмотки статора16. Определение токов короткого замыканияУдарный ток короткого замыкания о.е.Уточненное значение тока короткого замыкания + о.е.Рис. 8. Характеристика холостого хода. К расчёту кратности токакороткого замыкания при номинальном токе возбужденияКратность тока короткого замыкания при возбуждении холостого хода (ОКЗ) Величина Е′он* определяется по продолжению спрямлённой части характеристики холостого хода при Iв*= 1.Кратность тока короткого замыкания при номинальном возбуждении ВеличинаЕ′о* определяется по продолжению спрямлённой части характеристики холостого хода при номинальном токе возбуждения Iвн*= 2,52 (рис. 8).17. Расчёт и построение характеристик генератораУгловая характеристика Статическая перегружаемость генератора определяется по угловой характеристике, рис.9,kм= Рм*/Рн*=Мм*/Мн*,где Рн*=cosφн=0,8.Из рис. 9 Мм*=2,44,kм = Рм*/Рн* = 2,44/0,8 = 3,05.Регулировочная характеристика Iв*= f(I*).Для построения регулировочных характеристик достаточно задать три – пять значений тока якоря I* , например 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1. По заданным значениям I* для U*=const и cosφ=const строят векторные диаграммы, из которых находят значения Iв*. Значение тока Iв* можно определить, воспользовавшись достаточно простой диаграммой Потье. В этой диаграмме МДС реакция якоря не раскладывается на продольную и поперечную составляющие, как в диаграмме Блонделя, поэтому диаграмма Потье применима в основном для неявнополюсных машин. Но она дает приемлемые по точности результаты и для явнополюсных синхронных машин (ошибка не превышает 5–10%). Обычно диаграмму Потье совмещают с характеристикой холостого хода и короткого замыкания (рис.10).Рис. 9. Угловая характеристикаРис. 10. Диаграмма Потье для Опишем построение диаграммы Потье для случая U*=1; I*=1, cos φ = 0,8. На основании уравнения генератора определяем вектор , как это было сделано при построении диаграммы Блонделя.Пользуясь значением ЭДС , по характеристике холостого хода находим ток возбуждения , необходимый для её создания (на рис. 10 отрезок OD).При построении диаграммы Потье применяют реактивное сопротивление Потье . Использование вместо учитывает повышенное насыщение магнитной цепи индуктора от потока рассеяния возбуждения. МДС реакции якоря определяется по характеристике короткого замыкания, которую строим как прямую из начала координат через точку L, для которой и = 1.Для I* = 1 по характеристике короткого замыкания определяем МДС (отрезок 0М),отложив на оси ординат (отрезок 0К). Тогда (отрезок КМ).Чтобы получить МДС, соответствующую полному току возбуждения , необходимо геометрически сложить векторы , при этом учитываем, что МДС опережает на 90°, а МДС совпадает по направлению с током якоря . Результирующий ток возбуждения находим, прибавляя к отрезку ОD отрезок DD' = КМ, причем КМ проводим под углом (φ+γ) к отрезку DS.Принимая, что падение напряжения и реакция якоря прямо пропорциональны току якоря, можно построить подобные диаграммы для различных значений тока I* , напряжения U* и cosφ.На рис. 11 построены диаграммы для U*, равных 1,0; 1,1; 1,15;cosφ=0,8. При этом принято, что Падением напряжения на активном сопротивлении пренебрегаем. Данные построения сведены в табл.5. Таблица 5U* = 1,0U* = 1,1U* = 1,15I*00,5100,5100,5111,52,251,251,952,831,52,253,35По данным табл. 5 на рис. 12 построены регулировочные характеристики для напряжений U*, равных 1,0; 1,1; 1,15.Рис. 11. Диаграмма Потье для построения регулировочных характеристикРис. 12. Регулировочные характеристикиВнешняя характеристика U*= f(I*).Внешнюю характеристику можно построить, используя семейство регулировочных характеристик (рис. 12). Из точки, соответствующей U* = 1 и I* =1, проведем прямую параллельно оси абсцисс. Точки пересечения этой прямой с регулировочными характеристиками дадут значения тока I* при U* = 1,1 и U* = 1,15. Значение U* при I* =0 получим по характеристике холостого хода для Iвн*. Данные расчета сведены в табл. 6.Таблица 6I*00,50,71U*1,261,151,11По данным табл.6 на рис. 13 построена внешняя характеристика.Рис. 13. Внешняя характеристикаU-образная характеристика I*=f().При построении U-образной характеристики должно быть обеспечено выполнение условий =const и = const. Принимая во внимание, что , можно отметить, что активная составляющая тока якоря также постоянна.Для U-образной характеристики при U*=Uн* и Р*=Р*н=cosφ=0,8 активная составляющая тока равна 0,8. Для характеристик при , например при , активная составляющая = 0,9·0,8 =0,72 и т.д. U-образную характеристику для случая Р*=0,8; U* =Uн* строим следующим образом. Откладываем по оси абсцисс в масштабе вектор напряжения . С ним совпадает по направлению вектор активного тока Iн*cosφн (рис. 14). Затем задаемся несколькими значениями тока I*,например двумя I(1)* =1, I(2)* =0,9 для индуктивной нагрузки (φ>0), одним для активной нагрузки I(3)* = =Iн*cosφн и одним I(4)* =0,88 для емкостной нагрузки (φ<0), и размещаем их, как показано на рис. 14. Определяем для этих токов углы φ.Рис. 14. Векторные диаграммы (к построению U-образной характеристики)Рис. 15. Диаграмма Потье (к построению U-образной характеристики)Для каждого значения I(1,2,3,4)* и φ(1,2,3,4) строим диаграмму Потье, как это делалось при построении регулировочных характеристик (рис. 15).Данные расчёта сводим в табл. 7Таблица 711,321,852,25I* 0,880,80,91,0По данным табл. 7 строим U-образную характеристику (рис. 16).U-образная характеристика I*=f() может быть построена без учёта насыщения магнитопровода. При этом будем считать синхронную машину неявнополюсной (аналогично допущению при построении диаграммы Потье) с синхронным индуктивным сопротивлением . Учтём ранее указанное соотношение , откуда следует постоянство активной составляющей тока якоря . С другой стороны, электромагнитная мощность неявнополюсной машины . Пренебрегая незначительной разницей между его выходной электрической и электромагнитной мощностями, будем считать, чтовыполнение условия постоянства мощности, необходимого для построения U-образной характеристики, обеспечивается также постоянством произведения (т.к. остальные параметры формулы для определения являются постоянными). Следствием полученных условий построения U-образной характеристики, а именно: и , является то, что конец вектора тока якоря при изменении угла φ перемещается вдоль линии тока I, а конец вектора ЭДС возбуждения – вдоль линии ЭДС E (рис.17). Промежуточные относительные значения тока якоря и возбуждения могут быть получены пропорциональным пересчётом соответствующих длин векторов тока якоря и ЭДС возбуждения по отношению к указанным величинам для базовой векторной диаграммы для номинального режима (на рис.17 базовая диаграмма 1 выделена утолщёнными линиями). С учётом допущения о неучёте насыщения можно считать . В качестве примера на рис. 17 показано построение диаграмм для отстающего (1), активного (2) и опережающего (3) тока для номинальной мощности, а также для активного (2’) тока при 50% процентной мощности.Рис. 16. U-образная характеристикаРис. 17. Векторная диаграмма(к построению U-образной характеристики без учёта насыщения стали)Список используемой литературы1. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов: В 2 кн./ И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П.Морозкин и др.; Под. ред. И.П. Копылова.– 2-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоатомиздат, 1993. Кн. 2. 384 с. 2. Буханцов Е.И. Методические указания к курсовому проекту по электрическим машинам. Синхронные генераторы/ НПИ. Новочеркасск, 1984. 48 с. 3. Буханцов Е.И. Методические указания. Пример расчета синхронного генератора/ НПИ. Новочеркасск, 1985. 40 с. 4. Электротехнический справочник/ Под ред. П.Г. Грудинского, Г.Н. Петрова, М.И. Соколова, А.М. Федосеева, М.Г. Чиликина, И.В. Антика. Изд. 5–е. М.: Энергия, 1974. Т. 1. 775 с. 5. Видеман Е., Келлепбергер В. Конструкции электрических машин/Сокр. пер. с нем.; Под ред. Б.Н. Красовского. Л.: Энергия, 1972.; 520 с.