Трансформаторные подстанции высочайшего качества

с нами приходит энергия

develop@websor.ru

Машинная постоянная, электромагнитные нагрузки

Технико-экономические показатели, размеры, масса и стоимость электрической машины зависят от ее главных размеров — внутреннего диаметра сердечника якоря D (в машинах постоянного тока D — внешний диаметр якоря) и расчетной длины сердечника якоря . В свою очередь главные размеры D и решающим образом зависят от основных электромагнитных нагрузок машины — индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки А в номинальном режиме (линейная нагрузка А обмотки переменного тока — суммарное действующее значение тока всех проводников обмотки, отнесенное к единице длины окружности якоря: ). Расчетная мощность машины Sp, ее главные размеры и электромагнитные нагрузки связаны между собой машинной постоянной Арнольда

где
расчетная длина машины (рис. 16-6); коэффициент формы кривой индукции; — эффективное и среднее значения индукции; при синусоидальном распределении индукции -расчетный коэффициент полюсного перекрытия обычно — обмоточный коэффициент для основной гармонической магнитного поля (см. раздел), обычно .
Расчетная длина машины
весьма близка к действительной длине сердечника якоря при отсутствии радиальных вентиляционных каналов и на 5-15% меньше длины при наличии каналов.
Расчетная мощность Sp
 в машинах переменного тока равна «внутренней» полной мощности

где Ен и Uн — э. д. с. обмотки фазы при номинальной нагрузке и номинальное фазное напряжение обмотки якоря; Ен/
Uн= kЕ = 0,95…1,05; Рн — номинальная активная мощность машины; — номинальный коэффициент мощности машины.
Расчетная мощность в машинах постоянного тока

где
для генератора и kЕ= 0,95 для двигателя; Pн=Uн/Iн — номинальная электрическая мощность на зажимах машины.
Чем меньше машинная постоянная, тем выше электромагнитные нагрузки, тем меньше размеры машины при заданной мощности и частоте вращения; при заданной мощности машины с большей частотой вращения меньше по размерам и легче по весу.
Ориентировочные значения А и
современных электрических машин приведены в табл. 16-2 (диапазон значений А соответствует указанному в скобках диапазону значений мощности, полюсного деления τ или диаметра якоря D). На графиках рис. 16-7 указана ориентировочная относительная масса (полная масса, отнесенная к единице полной мощности, кг/кВА) электрических машин.
Технико-экономические свойства машины существенно зависят от отношения

При увеличении λ
 машина удешевляется, но усложняется задача ее охлаждения. Значения λ современных машин переменного тока указаны в табл. 16-3

p461_1_01

Рис. 16-6.

Основные размеры электрической машины.а - продольный разрез машины; б - кривая индукции в воздушном зазоре.

p461_1_00

Рис. 16-7.

Относительная масса электрических машин (ориентировочные значения). 1 - машины переменного тока общего применения; 2 - гидрогенераторы с воздушным охлаждением обмоток; 3 - гидрогенераторы с водяным охлаждением обмотки статора; 4 - турбогенераторы с внутренним водяным охлаждением обмотки статора и внутренним водородным охлаждением обмотки ротора.

Таблица 16-2
Тип машины
Асинхронные и синхронные машины средней и большой мощности (10-2000 кВт)2-50,6-0,8
Гидрогенераторы (τ=20...70 см) и турбогенераторы (6-100 МВт) с поверхностным воздушным охлаждением4,5-6,50,7-0,8
Гидрогенераторы с водяным и турбогенераторы с внутренним водородным охлаждением (100-200 МВт)9-110,75-0,8
Турбогенераторы с водородно-водяным охлаждением (свыше 150 МВт)13-200,8-0,85
Машины постоянного тока (D=0,1...3 м)1-60,4-1
Таблица 16-3
Значения λ
РАсинхронные машиныСинхронные машины
10,6-11-4
21,260,7
31,440,87
41,591,0
61,811,22
122,291,74
242,882,45

Для машин постоянного тока λ = 0,5…1,0.
Длина
сердечника якоря может быть выражена через расчетную длину с учетом поля в зоне радиальных вентиляционных каналов и в торцевой зоне машины (рис. 16-1, 16-6)

где
-средний зазор между статором и ротором [в асинхронных машинах , в синхронных явнополюсных машинах ]. Обычно длина пакета l’=45 см и ширина канала bв = 1 см.
Расчетная ширина канала определяется по табл. 16-4 или по формуле

Со=1 при каналах только на статоре или только на роторе; Со = 0,5 при каналах и на статоре и на роторе.

Таблица 16-4
Значения
00,050,10,150,20,30,40,50,6124
Каналы только на статоре или только на роторе10,820,70,60,520,40,350,280,230,170,090,05
Каналы на статоре и на роторе10,890,80,740,680,580,510,460,40,280,170,09

При равномерном (гладком) воздушном зазоре (бесконечно узкие раскрытия пазов) и постоянном магнитном напряжении между статором и ротором индукция вдоль зубцового деления одинакова, средняя индукция равна максимальной индукции: Если один из сердечников зубчатый (рис 16-8, в), то индукция вдоль зубцового деления tz изменяется, приобретая минимальное значение на оси паза; при этом (рис. 16-8, б). Для упрощения ряда расчетов реальный неравномерный воздушный зазор d заменяется равномерным расчетным зазором , индукция в котором равна средней индукции в неравномерном зазоре. Коэффициент называется коэффициентом воздушного зазора (коэффициентом Картера); он равен:

При наличии пазов на статоре и роторе

где -коэффициенты воздушного зазора статора и ротора, каждый из которых рассчитывается по приведенному выражению в предположении, что противоположная поверхность воздушного зазора — гладкая.

Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре при бесконечно большой магнитной проницаемости стали и постоянном магнитном напряжении между статором и ротором можно найти, умножив н. с. F обмотки, возбуждающей магнитное поле, на проводимость воздушного зазора (рис. 16-8, а)

Кривая
является периодической функцией с периодом, равным зубцовому делению tz. При расположении начала координат на оси паза и числе зубцов сердечника Z

где
-постоянная составляющая проводимости воздушного зазора; — амплитуда ν-й гармонической составляющей проводимости,


При двусторонней зубчатости зазора

где
— магнитная проводимость воздушного зазора, образованного зубчатым статором (ротором) и гладким ротором (статором) с минимальным расстоянием между ними d.
С достаточной для практических целей точностью рассчитываются указанным способом коэффициенты
и при изменении вдоль окружности воздушного зазора магнитного напряжения между статором и ротором, что наиболее характерно для электрических машин. (При расчете синхронных явнополюсных машин в формулу для подставляют .)

p461_1_02

Рис. 16-8.

Магнитная индукция в воздушном зазоре при зубчатом сердечнике.

p461_1_03

Рис. 16-9.

К расчету магнитной проводимости воздушного зазора.