Расчет магнитной цепи и обмотки статора синхронного ветрогенератора (Конструкторская часть дипломного проекта)

1  Расчет магнитной цепи

Ветрогенератор имеет два яруса: верхний и нижний. Так как нижний ярус испытывает наибольшую нагрузку, то при определении длины расчет веду по нижнему ярусу, то есть берется магнитная индукция в воздушном зазоре и диаметр статора нижнего яруса. При этом по верхнему ярусу проверяется магнитная индукция в ярме полюсов. 

1.1  Число пар полюсов

1.2  Полная мощность, кВА

,

где  - предварительное значение коэффициента мощности.

1.3  Внешний диаметр статора, мм

Принимаем из конструктивных соображений, используя таблицу 8.1 (стр. 175, М.М. Кацман).

1.4  Внутренний диаметр статора, мм

Принимаем в зависимости от внешнего диаметра.

1.5  Полюсное деление статора, мм

1.6  Число пазов на полюс и фазу

1.7  Число пазов статора

1.8  Пазовое деление внешнего статора, мм

1.9  Пазовое деление внутреннего статора, мм

1.10  Расчетная мощность, кВА

,

где  - коэффициент, представляющий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению.

1.11  Расчетная длина сердечника статора, см

,

где  - распределение магнитного поля в зазоре, ;

 - обмоточный коэффициент, ;

 - коэффициент полюсного перекрытия, ;

 - магнитная индукция в зазоре, принимаем ;

 - линейная нагрузка статора, исходя из конструктивных соображений и предварительных расчетов, принимаем , принятую нагрузку считаем суммарной на верхний и нижний ярусы.

1.12  Номинальный фазный ток, А

1.13  Число эффективных проводников в пазу

,

где  - число параллельных ветвей, .

1.14  Число витков фазы

2  Размеры проводника

2.1  Предварительная плотность тока, А/мм²

Принимаем .

2.2  Площадь поперечного сечения проводника, мм2

По таблице П 1.2 (стр. 334, М.М. Кацман) принимаем стандартные размеры проводника: , , , провод марки ПЭТВ.

2.3  Уточненная плотность тока, А/мм2

2.4  Коэффициент распределения

2.5  Коэффициент укорочения

2.6  Шаг обмотки статора по пазам

Исходя из принципа действия  двухъярусного синхронного генератора, шаг обмотки принимаем равным 3, то есть из 1 паза в 4 паз.

2.7  Относительный шаг обмотки статора

 принимаем равным 0,5.

3  Размеры паза

3.1  Ширина паза, мм

3.2  Коэффициент заполнения паза

Принимаем .

3.3  Площадь проводников в пазу, мм²

3.4  Высота паза статора, мм

3.5  Магнитный поток в воздушном зазоре, Вб

3.6  Магнитный поток при номинальной нагрузке, Вб

3.7  Магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл

3.8  Магнитная индукция при номинальной нагрузке, Тл

3.9  Магнитное напряжение воздушного зазора, А

,

где  - среднее значение воздушного зазора (с учетом стыка) мм;

 - коэффициент воздушного зазора статора .

4  Зубцовый слой внутреннего яруса

4.1  Ширина зубца, мм

4.2  Индукция в коронке зубца статора, Тл

,

где  - коэффициент стали, принимаем .

4.3  Напряженность зубцового слоя, А/м

По таблице П 2.1 (стр. 341, М.М. Кацман) для стали 20В при  .

4.4  Высота зубца статора, мм

4.5  Магнитное напряжение зубцового слоя, А

5  Ярмо статора

5.1  Высота ярма статора, мм

5.2  Индукция в ярме статора, Тл

5.3  Напряженность в ярме статора, А/м

Для стали 2013 при  .

5.4  Длина средней линии в ярме статора, мм

5.5  Магнитное напряжение в ярме статора, А

,

где  - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение магнитной индукции в ярме, принимаем по графику  (рис. 8.18 М.М. Кацман), .

6  Полюс ротора

6.1  Высота полюсного наконечника, мм

Для  .

6.2  Ширина полюсного наконечника, мм

Принимаем из конструкционных соображений .

6.3  Высота сердечника полюса, мм

Принимаем .

6.4  Коэффициент магнитного рассеивания полюсов ротора

6.5  Ширина сердечника полюса, мм

,

где  - предварительное значение магнитной индукции в сердечнике полюса, . Принимаем ;

 - длина сердечника полюса .

6.6  Магнитная индукция в сердечнике полюса, Тл

6.7  Магнитная напряженность в полюсе, А/м

Для   - сталь берется по материалам предприятия.

6.8  Магнитное напряжение в полюсе, А

7  Обод ротора

7.1  Длина обода, мм

Принимаем .

7.2  Высота обода, мм

,

где  - предварительное значение магнитной индукции в ободе, принимаем .

7.3  Напряженность в ободе, А/м

Для   - берется по материалам предприятия.

7.4  Магнитная индукция в ободе, Тл

7.5  Длина средней линии в ободе, мм

7.6  Магнитное напряжение в ободе, А

7.7  Магнитное напряжение ротора, А

7.8  Суммарная магнитодвижущая сила внутреннего яруса, А

7.9  Продольная реакция якоря создает ЭДС, которая уничтожает ЭДС генератора. Исходя из опытов расчета синхронных машин, полученную МДС умножаем на коэффициент 1,3.

Данное значение уточняется по испытаниям опытного образца.

8  Расчет обмотки статора

8.1  Расчет основной обмотки

8.1.1  Средняя длина витка катушки, мм

,

где  - толщина изоляции между сердечником и катушкой, принимаем ;

 - толщина катушки обмотки возбуждения, принимаем .

8.1.2  Ток возбуждения при нагрузке, А

,