ЭОВС 1. Расчёт синхронного генератора
 Скачать 314.18 Kb.
|
|
Кирсановский авиационный технический колледж- Филиал МГТУ Курсовая работа по дисциплине «Электрифицированное оборудование воздушных судов» Специальность «Техническая эксплуатация электрифицированных и пилотажно-навигационных комплексов» ________________***________________ Тема: «Расчёт синхронного генератора» г.Кирсанов 2022 Индивидуальное задание на выполнение курсовой работы Курсант Тема курсовой работы «Расчёт синхронного генератора» Вариант 3.5 Начало выполнения КР Защита КР____________ Индивидуальное задание выдано Руководитель КР ___________/ Индивидуальное задание принято к исполнению Курсант___________ / Группа № Дата ________ Содержание. Введение………………………………………………………….….4 Раздел 1. Синхронные электрические машины. 1.1 Назначение и конструкция синхронных машин ……………5 1.2 Принцип действия синхронных машин ……………………..7 1.3 Генератор трехфазный ГТ40ПЧ6 …………………….……...8 Раздел 2. Расчет синхронного генератора. 2.1 Исходные данные ……………………………………………..11 2.2 Выбор типа генератора ……………………………………….12 2.3 Выбор основных размеров генератора ………………………12 2.4 Расчет обмотки пазов и якоря ………………………………..16 2.5 Расчет обмотки возбуждения генератора …………………...18 Заключение………………………………………………………….21 Литература…………………………………………………………..22 Введение. Основной задачей данной курсовой работы является проведение расчета синхронного генератора в соответствии с данными указанными в варианте индивидуального задания. Так же будет рассмотрено назначение, конструкция и работа синхронных электрических машин. В первом разделе будут рассмотрены теоретические сведения о назначении. конструкции и принципе работы синхронного генератора. Во втором разделе будет произведен расчет основных параметров синхронного генератора. Раздел 1. Синхронные электрические машины. 1.1 Назначение и конструкция синхронных машин. Назначение. Синхронный машина – электрическая машина переменного тока, в которой частота f наведенной ЭДС пропорциональна числу пар полюсов p и частоте вращения ротора. Синхронные электрические машины преимущественно применяются как генераторы переменного тока. На ВС синхронные генераторы получают вращение от привода, который обеспечивает постоянную частоту вращения ротора, что позволяет применять параллельную работу синхронных генераторов и повысить надежность работы таких систем. Конструкция. Сердечник статора синхронного генератора набирают на листовой электротехнической стали. В пазы сердечника укладывают рабочую обмотку, концы которой выводиться на клеммовую панель. С помощью перемычек обмотку можно соединить «звездой» или «∆». Соединение «звездой» называется такой вид, при котором концы фаз обмоток генератора соединяют в общую точку - нейтраль. Концы фаз обмоток потребителя также соединяются в одну общую точку. Провода, которые их соединяют бывают линейными и нейтральными. Если провод находится между началом фаз потребителя и генератора, его называют линейным. Провод, который соединяет нейтрали, обозначают как нейтральный. Также от провода зависит название цепи. Если есть нейтральный, схема называется четырёхпроводной. В ином случае она будет трёхпроводной.  Рис.1. Соединение обмоток «звездой»Соединение «треугольником» называется такой вид, в котором начало и конец схемы находятся в одной точке. Конец первой фазы подсоединён к началу второй, её конец соединяется с началом третьей, а её конец соединён с началом первой. Разница между соединением «звездой» и «∆» заключается в том, что по-разному соединяются фазы. Также существуют отличия в эргономичности. Рис.2. Соединение обмоток «∆»Сердечник статора с обмотками укреплен в чугунном корпусе. С торцов и корпусу крепятся щиты с подшипниками. Ротор генератора, с частотой вращения до 1500 об/мин с явновыраженными полюсами, называется явнополюсным (рис.3.а). Их устанавливают в гидрогенераторах и некоторых типах дизельных генераторов, так как при небольой частоте вращения мала центробежная сила. Ротор синхронных генераторов, с частотой вращения 3000-6000 об/мин – неявнополюсный(рис.3б). Этот ротор по конструкции аналогичен якорю генератора постоянного тока с той лишь разницей, что вместо коллектора на валу закреплены контактные кольца, в пазы укладывается обмотка возбуждения. Неявнополюсный ротор устанавливают в промышленных турбогенераторах. Неявнополюсный с одной парой полюсов, тогда как явнополюсный – многополюсный.  Рис.3. Конструкция генераторов а) генератор с явновыраженними полюсами б) генератор с неявновыраженными полюсами Постоянный ток для питания обмоток возбуждения ротора получает от возбудителя (от генератора постоянного тока), мощность которого составляет 2-5 % мощности синхронного генератора. Возбудитель устанавливается на одном валу с синхронном генератором, или крепится на корпусе генератора и соединяется с ним ременной передачей. Синхронные генераторы мощностью до 10 кВт могут выполнятся с самовозбуждением. Ротор синхронных генераторов малой мощности – из постоянных магнитов. Напряжение таких генераторов при постоянной частоте не регулируется. 1.2 Принцип действия синхронных машин. Принцип действия синхронного генератора основан на законе электромагнитной индукции. Так же, как и в генераторе постоянного тока, в обмотке ротора синхронного генератора, пересекающей при вращении магнитный поток, индуцируется переменная ЭДС, но коллектор отсутствует, и в цепь нагрузки через контактные кольца подается переменный ток, частота которого зависит от частоты вращения ротора. Синхронные генераторы вырабатывают переменный ток высокого напряжения, чтобы избежать больших потерь мощности на переходных скользящих контактах, рабочие обмотки делают неподвижными на статоре, а ротор выполняется либо из постоянных магнитов, либо на роторе укладывается обмотка возбуждения, питание которой осуществляется от источника постоянного тока. 1.3 Генератор трехфазный ГТ40ПЧ6. Генератор ГТ40ПЧ6 питает потребители трехфазным током напряжением 208 В, стабилизированный частотой 400 Гц. Применяется на самолетах и вертолетах Ил-62М, Ил-78, Ил-86, Ил-96-300, Ту-154, Як-42, Ми-26, Ан-72, Ан-74, Ил-76, ВП-021, Ми-24.  Рис.4. Генератор ГТ40ПЧ6ГТ40ПЧ6 — синхронная бесконтактная бесщеточная машина со встроенными возбудителем, подвозбудителем и блоком вращающихся выпрямителей. Его основные узлы: корпус, ротор и щит. Технические данные Номинальная мощность, кВА ……………………. 40 Напряжение линейное номинальное, В …………. 208 Ток номинальный, А ……………………………… 111 Частота вращения номинальная, об/мин ………… 6000 Частота номинальная, Гц …………………………. 400 Коэффициент мощности ………………………….. 0,85 Число фаз …………………………………………... 3 Соединение фаз ……………………………………. «звезда» Режим работы ……………………………………… продолжительный Корпус генератора выполнен в виде моноблока из магниевого сплава. На внутренней поверхности корпуса расположены продольные ребра, повышающие его жесткость и образующие каналы для прохода охлаждающего воздуха. Со стороны привода в корпусе есть окна для выхода охлаждающего воздуха. На внешней поверхности корпуса установлена коробка со штепсельным разъемом, в ней блок токовых трансформаторов БТТ-3 дифференциальной защиты генератора и вывод силовой нейтрали. К штепсельному разъему подведены выводные концы подвозбудителя и обмоток блока трансформаторов тока. В корпус запрессованы статор генератора с рабочими обмотками, магнитопровод возбудителя с обмоткой возбуждения и статор подвозбудителя. Ротор генератора состоит из полого стального вала ступицы, на которую напрессован индуктор генератора с обмоткой возбуждения, ротор возбудителя с обмоткой и блок кремниевых выпрямителей, состоящий из шести диодов Д-232Л и шестнадцатиполюсного постоянного магнита, являющегося индуктором подвозбудителя. Подвозбудитель представляет собой синхронный генератор с неподвижными обмотками РОП трех фаз переменного тока, расположенными в статоре и соединенными «звездой» без выведенного нулевого провода. Его концы фаз подключены к выводам 4, 5, 6 ШР генератора. Внутри полого вала находится гибкий вал и демпферная муфта с пружиной. Гибкий вал имеет шлицованный хвостовик для соединения генератора с приводом авиадвигателя. Демпферная муфта дискового типа, диски муфты через один связаны с полым или гибким валом. Под действием пружины диски прижаты друг к другу и пробуксовывают при превышении крутящего момента. На корпусе расположена клеммовая колодка, в которой находятся разъемы А, В, С выводных концов обмотки статора генератора. К. корпусу прикреплен патрубок для подвода охлаждающего генератор воздуха. Принцип работы генератора заключается в следующем. После запуска авиадвигателя начинает вращаться ротор генератора, при этом вращается шестнадцатиполюсный постоянный магнит (рис. 1). При вращении ротора магнитный поток индуктора пересекает витки обмотки подвозбудителя и наводит в них переменную ЭДС, которая через блок регулирования напряжения БРН-208М7А подается на обмотку возбуждения возбудителя (ОВВ). Возбудитель генератора – синхронный генератор индукторного типа с встроенным блоком выпрямителей. Рабочая обмотка переменного тока возбудителя (РОВ) расположена на роторе. Обмотка ОВВ расположена в статоре, состоящем из двух литых магнитопроводов. У каждого магнитопровода восемь зубцов. Чередуясь друг с другом, они образуют восемь пар полюсов. Магнитный поток, пересекая витки обмотки РОВ, наводит в ней переменную ЭДС. Последовательно с обмотками фаз возбудителя включены шесть кремниевых выпрямителей. Переменный ток, создаваемый обмоткой РОВ, выпрямляется диодами и питает обмотку возбуждения (ОВ) генератора. Обмотка ОВ расположена на явно выраженном восьмиполюсном вращающемся роторе. В полюсные наконечники уложена демпферная обмотка. При пересечении магнитным потоком ротора витков обмотки РОГ в ней возникает переменная ЭДС. Фазы обмотки подключены с одной стороны к выводам А, В, С, с другой через первичные обмотки трансформаторов тока (ТА). Трехфазная обмотка генератора соединена по схеме «звезда» с выведенной силовой нейтралью. Вторичные обмотки ТА подключены к штырям 1–4 ШР генератора и входят в систему дифференциальной защиты генератора и его фидера от коротких замыканий. Особенность данного генератора – в схеме возбуждения нет щеток, скользящих контактов, благодаря чему повышается его эксплуатационная надежность. Кроме того, применение подвозбудителя обеспечивает автономность возбуждения генератора, а также питание цепей защиты. Раздел 2. Расчет синхронного генератора. 2.1 Исходные данные. Расчет синхронного генератора производим по исходным данным, указанным в табл.1. Таблица 1
2.2 Выбор типа генератора. Конструктивно генераторы бывают явнополюсные и неявнополюсные. Явнополюсные генераторы выполняются с явно выраженными полюсами на роторе (с вращающимся редуктором) или с явно выраженными полюсами на статоре (с вращающимся якорем). В неявнополюсных генераторах обмотка ротора размещается в пазах ротора. Генераторы с явно выраженными полюсами на статоре целесообразно применять для малых мощностей (до 15 кВА), так как они имеют ряд преимуществ – массу, меньшую на(12 – 15)%, несколько меньший наружный диаметр, улучшенные условия охлаждения. Генераторы с мощностью от 30 кВА целесообразно выполнять с явно выраженными полюсами на роторе. Исходя из выше описанных генераторах, выбираем явнополюсный генератор с явно выраженными полюсами на роторе, так как в исходных данных индивидуального задания номинальная мощность 60 кВА. 2.3 Выбор основных размеров генератора. Основными размерами генератора являются: - диаметр якоря на окружности воздушного зазора статора или ротора  ;- активная длина якоря  (осевая расчётная длина пакета статора или ротора);- величина воздушного зазора. Основные размеры генератора определяет массу машины, её надёжность, технико-экономические и эксплуатационные характеристики. Величинами, определяющими основные размеры, являются: - относительная ЭДС  , где  ,  при  определяется по кривой (рис.1), а при    E′1,10 1,08 2 1,06 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1  ,кВА10 20 30 40 50 60 70 80 2 Рис. 1. Зависимость  Число фаз m=3, поэтому относительная ЭДС выбираем по кривой (рис.1) Eʹ=1,09. - расчётная электромагнитная мощность равна  , подставляем данные:  = 60·1,09=65,4 кВА = 65400 ВА. - обмоточный коэффициент  , учитывающий распределение обмотки по пазам, для трёхфазных обмоток предварительно выбирается в пределах  ; а для однофазных -  , выбираем обмоточный коэффициент  в пределах 0,92 – 0,95, так как в исходных данных дано число фаз m=3.- коэффициент формы поля  и расчётный коэффициент полюсного перекрытия  зависит от степени насыщения магнитной цепи. Значение определяется по кривым (рис. 2), где число пар полюсов   , а значение  . Подставляем данные в ,получаем  = 3 пар полюсов. Расчетный коэффициент полюсного перекрытия выбираем по кривым (рис.2): α = 0,7. Подставляем значение расчетного коэффициента полюсного перекрытия для расчета коэффициента формы поля  , = 1,42 – 0,4·0,7= 1,14.  0,8 0,6 Рис. 2. Зависимость  0,4 для явнополюсных машин 1 2 3 4 5 6 р - линейную нагрузку  выбираем по кривой 2 (рис.3), так как в исходных данных принудительное охлаждение, A= 480 A/см.  6  00500 2 400 300 200 1 Рис. 3. Зависимость ли- нейной нагрузки от мощ- 100 ности: 1 – самовентиля- ция, 2 – продув воздухом 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 кВА10 20 30 40 50 60 70 80 2 - магнитную индукцию  определяем по кривой 2 (рис.4), так как в исходных данных принудительное охлаждение,  = 0,69 тл. , тл0  ,80,7 2 Рис. 4. Зависимость ин- дукции в воздушном зазоре 0,6 1 от мощности: 1 – самовен- тиляция, 2 – продув возду- 0,5 хом 0,4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 , кВА 10 20 30 40 50 60 70 80 2 - коэффициент использования машины (коэффициент Эссона) определяем по формуле: ϭ = 1,65 ·  , подставляем данные: ϭ = 1,65·0,95·1,14·0,7·480·0,69· = 0,004.- конструктивный коэффициент  для генераторов с вращающимся индуктором  , а для генераторов с вращающимся якорем  , где р – число пар полюсов. , λ = 0,5 , так как в исходных данных дан генератор с вращающимися полюсами.- для явнополюсных машин диаметр якоря  , длина якоря  , окружная скорость якоря  , где в (см). Диаметр якоря D =  = 15,98 см. Длина якоря l = 0,5·15,98 = 7,99 см. окружная скорость якоря V =  = 55 см/мин.- полюсное деление для любого типа машины вычисляем по формуле  , подставляем данные τ =  = 8,36 см.- длина полюсной дуги равна  , b = 0,7·8,36= 5,8 см. - воздушный зазор равен  , выбираем 0,1 из промежутка (0,1  0,15), вычисляем воздушный зазор δ = 0,1· ·8,36· = 0,0058. - диаметр индуктора в генераторах с явновыраженными полюсами на роторе равен  , а с полюсами на статоре  . Выбираем диаметр индуктор в генераторах с явновыраженными полюсами на статоре ,  =15,98 + 2·0,0058 = 15,864.- наружный диаметр  , где коэффициент  определяется по кривой (рис. 5).  1,7 1,6 1,5 1 1,4 1,3 2 1,2 1 2 3 4 5 6 р Рис. 5. Зависимость  ,где р – число пар полюсов : 1 – с полюсами на статоре, 2 – с полюсами на ротореКоэффициент  определяем по 1 кривой (рис. 5), = 1,5. Вычисляем наружный диаметр:  = 1,39·15,98 = 22,21 см.2.4 Расчёт обмотки пазов и якоря. Якорные обмотки бывают однослойные и двуслойные. В настоящее время часто применяются двуслойные обмотки. Число пазов на полюс и фазу  определяем данными табл. 2.Таблица 2
Число пазов на полюс 2p = 6, фаза q = 1/2. Общее число пазов якоря равно  , подставляем данные: Z = 6·3·1/2 = 9.Число пазов на полюс вычисляем по формуле  ,  = 3·1/2 = 15.Шаг секции по пазам равняется  , где  , выбираем yʹ = 0,8,  = 0,8·1,5 = 1,2.Угол сдвига по фазе между соседними пазами считаем по формуле  , подставляем данные  =  = 120°.Сдвиг между фазами в пазовых делениях равен  ,подставляем значение λ =  = 171,4°.Зубцовое деление якоря на поверхности воздушного зазора равен  , вычисляем  см.Магнитный поток полюса равен  , Ф = 0,69·7,99·8,36·0,7· = 0,0032.Напряжение фазы статора при соединении звездой  , а треугольником  , выбираем соединение звездой:  120,2 ВЧисло последовательного соединенных витков одной фазы статора  , W =  = 23,65.Номинальный ток фаз равен  ,  166 А.Сечение неизолированного провода фазы обмотки якоря  , где   - c самовентиляцией; - с масляным охлаждением; - с глубоким охлаждением и испарительной системой.Выбираем сечение неизолированного провода фазы обмотки якоря с масляным охлаждением ј = 18 А/  , высчитываем  0,83 .Размеры неизолированного провода: круглого  , прямоугольного  . Размеры неизолированного круглого провода:  1,13· = 1,01 .Размеры изолированного провода выбираются по действующим ГОСТам на обмоточные провода, Средняя длина лобной части двухслойной обмотки  , выбираем предел 1,5, подставляем  = 1,5·0,83 = 1,2 см.Средняя длина витка равна  = 2(l+ ) = 2(7,99+1,2) =18,3 см.Активное сопротивление фазы обмотки при  равно: , где  Подставляем данные  Падение напряжения в активном сопротивлении фазы равно  ,подставляем данные  Индуктивное сопротивление рассеивания фазы обмотки, распределённой по пазам вычисляем по формуле  , подставляем данные:  .2.5 Расчёт обмотки возбуждения генератора. Параметры обмотки возбуждения генератора зависят от принятой схемы возбуждения: независимого возбуждения или самовозбуждения. Независимое возбуждении может быть от постороннего источника или встроенного возбудителя. Для генераторов мощности до 30 кВА питание цепи возбуждения осуществляется от бортсети постоянного тока. Для регулировки напряжения используются регуляторы напряжения, управляемое сопротивление которых включается непосредственно в цепь обмотки возбуждения генератора. Сопротивление обмотки возбуждения генератора  , где:   ;Например, для угольных регуляторов  это мощность рассеивания угольного столба. (мощность рассеивания угольного столба) для РН-600 берётся равной 600 Вт. для РН-180 равна 180 Вт.Берем РН-600 исходя из задания и высчитываем сопротивление обмотки возбуждения генератора:  0,375 Ом.Ток возбуждения  =  , где  Ом регулятора РН-600, подставляем данные: =  = 44,4 А.Сечение меди обмотки возбуждения  , где   (для генераторов с продувом),выбираем  max = 10 А/ , подставляем данные для расчета сечения меди обмотки возбуждения:  4,4 .Диаметр изолированного круглого провода высчитываем по формуле  ,  = 2,2 .Тип и размеры изолированного провода выбираются по действующим ГОСТам на обмоточные провода (табл. 4). Зная допустимое минимальное сопротивление обмотки возбуждения, можно определить необходимое число витков на один полюс по формуле:  , где  , а  в (см).Средняя длина витка обмотки возбуждения в явнополюсных машинах с полюсами на статоре равна  , прежде чем ее вычислить, посчитаем другие данные:- длина сердечника полюса  = 7,99 +0,5 = 8,49 см;- ширина сердечника полюса  = 0,4 ·8,36 = 3,34 см;- толщина изоляции полюса  см;- средняя ширина катушки с изоляцией  в машинах с полюсами на роторе  см, берем 1,1.Теперь можем вычислить среднюю длину витка обмотки возбуждения:  = 2(8,49+3,34++2·0,05) + 3,14·1,1 = 15 см (0,15 м).Подставляем данные для расчета числа витков на один полюс:  = 7.МДС обмотки возбуждения генератора, приходящаяся на один полюс, равна  = 41·26 = 2871 А.Полная МДС обмотки возбуждения считаем по формуле:  , выбираем промежуток 1,05,  = 1,05·2871·2·3 = 18081,44 А. Максимальная мощность в обмотке возбуждения получается:  =  ·0,375 = 632,18 Вт.Заключение. В данном курсовом проекте был произведен расчет синхронного генератора, произвели выбор типа генератора: явнополюсный с явновыраженными полюсами на статоре; определили основные параметры генератора; произвели расчет обмотки и пазов якоря; расчитали основные параметры обмотки возбуждения с применением регулятора РН-600. Так же была рассмотрена синхронная электрическая машина, ее назначение, конструкция, принцип работы, как пример был приведен трехфазный генератор ГТ30НЖЧ12, предназначенный для преобразования механической энергия двигателя в электроэнергию переменного трехфазного тока напряжением 115/200 В, стабилизированной частотой 400 Гц. Список используемой литературыБорвинский А.П., Козлова Ф.Т. «Электрооборудование самолетов» Бобов К.С. «Авиационные электрические машины» Методические указания по курсовому проекту Конспект лекций по дисциплине ЭОВС. |
(В)
(об/мин)
(Гц)
