Расчет магнитного поля, индуктивных параметров и режимов работы неявнополюсной синхронной машины

                                

Санкт-Петербургский  Государственный Политехнический  Университет

 

Кафедра Электрических  Машин

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

Дисциплина: Электромагнитные расчеты в электрических машинах

 

Тема: Расчет магнитного поля, индуктивных параметров и режимов работы

неявнополюсной  синхронной машины

 

 

             

 

 

 

Выполнила студентка гр.4026/1                                   М.В.Веселова

        

Руководитель, к.т.н., доц.                                        В.В.Суханов

 

    

«     »                      2008г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2008

 

Содержание

1)

Постановка задачи

………………………………………………………………….

2 стр

2)

Допущение принимаемые при анализе  электромагнитного поля

……………....

2 стр

3)

Обобщенная расчетная схема  неявнополюсной синхронной машины

………….

2 стр

4)

Исходные данные

…………………………………………………………………....

3 стр

5)

Аналитическое решение для  векторного магнитного потенциала

…………......

4 стр

6)

Аналитическое решение для  составляющих  магнитной индукции

……………..

10 стр

7)

Токораспределение обмоток

………………………………………………………...

17 стр

8)

Основные характеристики магнитных  полей машины

…………………………....

19 стр

9)

Расчетная длина машины

…………………………………………………………...

18 стр

10)

Синхронные индуктивные параметры  обмоток ротора и статора

………………..

19 стр

11)

Переходные параметры обмоток

12)

Отношение короткого замыкания  и статическая перегружаемость

……………...

23 стр

13)

Регулировочные характеристики синхронной машины

…………………………..

23 стр

14)

Построение картин магнитного поля численным методом

……………………….

29 стр

15)

Заключение

…………………………………………………………………………...

30 стр

16)

Литература

…………………………………………………………………………....

31 стр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Постановка задачи

 

Рассчитать  аналитическим методом магнитное  поле неявнополюсной синхронной машины и сравнить с результатами расчета, полученными численным методом.

 

2. Допущения, принимаемые при анализе электромагнитного поля

 

1. Поле, рассматриваемое в поперечном сечении электрической машины (ЭМ) является плоскопараллельным.
2. Задача решается в полярной системе координат, жестко связанной с ротором.
3. Ферромагнитный сердечник является однородным, изотропным и ненасыщенным.
4. Поверхность ротора и статора являются гладкими (зубчатость отсутствует).
5. Обмотка заменяется бесконечно тонким токовым слоем.
6. Высшие гармоники не учитываются.

 

3. Обобщенная расчетная схема неявнополюсной СМ

 

Рис. 1. Обобщенная расчетная  схема неявнополюсной синхронной машины

 

 

 

 

4. Исходные данные

 

Вариант расчета  № I-2 (НСМ-БФР-ЗФС),

 

№	Наименование	Обозначение	Величина	Единица измерения
1	Номинальное линейное напряжение		20	кВ
2	Номинальный фазный ток		3,5	кА
3	Число пар  полюсов		2	-
4	Число пазов  на полюс и фазу		12	-
5	Число активных проводников в пазу		2	-
6	Число параллельных ветвей		1	-
7	Относительный шаг обмотки статора		0,875	-
8	Число фаз  обмотки статора		3	-
9	Отношение обмотанной части полюса к полюсному делению		0,7	-
10	Коэффициент мощности		0,8	-
11	Внутренний  радиус сердечника ротора		0	м
12	Наружный  радиус сердечника ротора		0,73	м
13	Радиус токового слоя обмотки ротора		0,78	м
14	Радиус токового слоя обмотки статора		0,92	м
15	Внутренний  радиус сердечника статора		0,98	м
16	Наружный  радиус сердечника статора		1,35	м
17	Число витков обмотки на полюс		150	-
18	Номинальный ток холостого хода обмотки ротора		1000	А
19	Сопряжение  фаз	звезда	-	-

 

 

 

 

 

5. Аналитическое решение для  векторного магнитного потенциала

 

1. Магнитное поле от обмотки ротора

 

Решения для  областей в соответствии с расчетной  схемой, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Расчетная  схема неявнополюсной синхронной машины для решения магнитного поля от обмотки  ротора.

 

 

1 Область: n=1   (Сердечник ротора)

 

 

 

 

 

- векторный магнитный потенциал в относительных единицах по наружному радиусу ротора.

- коэффициент принадлежности к ротору.

Т.к.  , то

 

 

2 Область: n=2    (Немагнитный зазор)

 

 

 

 

 

3 Область: n=3   (Немагнитный зазор)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Область: n=4    (сердечник статора)

 

 

 

Рис. 3. Распределение  векторного магнитного потенциала поля от обмотки ротора

2. Магнитное поле от обмотки статора

 

Решения для  областей в соответствии с расчетной  схемой, представленной на рис. 4.

Рис. 4. Расчетная  схема неявнополюсной синхронной машины для решения магнитного поля от обмотки  статора.

 

1 Область:  n=1   (Сердечник ротора)

 

 

 

 

 

Т.к. , то

 

 

 

2 Область: n=2    (Немагнитный зазор)

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Область: n=3   (Немагнитный зазор)

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Область: n=4    (сердечник статора)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Распределение векторного магнитного потенциала поля от обмотки статора.

6. Аналитические решения для составляющих магнитной индукции.

 

1. Магнитное поле от обмотки ротора.

 

Решения для  областей  в соответствии с расчетной  схемой, представленной на рис. 2.

1 Область: n=1   (Сердечник ротора)

а) Радиальная составляющая:

 

 

Т.к.  , то

 

 

 

б) Касательная составляющая:

 

 

 

 

2 Область: n=2    (Немагнитный зазор)

а) Радиальная составляющая:

 

б) Касательная составляющая:

 

3 Область: n=3   (Немагнитный зазор)

а) Радиальная составляющая:

 

 

б) Касательная составляющая:

 

 

 

4 Область: n=4    (сердечник статора)

а) Радиальная составляющая:

 

б) Касательная составляющая:

 

Рис. 6. Распределение  радиальной составляющей индукции поля от обмотки ротора.

 

 

 

 

 

Рис. 7. Распределение  касательной составляющей индукции поля от обмотки ротора.

 

2. Магнитное поле от обмотки статора.

 

Решения для  областей  в соответствии с расчетной  схемой, представленной на рис. 4.

 

1 Область: n=1   (Сердечник ротора)

а) Радиальная составляющая:

 

 

 

Т.к.  , то

 

 

б) Касательная составляющая:

 

 

 

 

 

2 Область: n=2    (Немагнитный зазор)

а) Радиальная составляющая:

 

 

 

б) Касательная составляющая:

 

 

 

4 Область: n=4    (сердечник статора)

а) Радиальная составляющая:

 

 

 

 

б) Касательная составляющая:

 

 

Рис. 8. Распределение  радиальной составляющей индукции поля от обмотки статора.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9. Распределение  касательной составляющей индукции поля от обмотки статора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Токораспределение обмоток.

 

1. Токораспределение обмотки ротора.

 

1. Коэффициент укорочения обмотки ротора для первой гармоники:

 

2. Коэффициент распределения обмотки ротора для  первой гармоники:

 

3. Обмоточный  коэффициент для первой гармоники:

 

4. Амплитуда первой гармоники линейной токовой  нагрузки обмотки ротора:

 

где:  - полное число витков обмотки ротора.

 

5. Намагничивающая сила обмотки возбуждения:

 

6. Базисное  значение векторного магнитного потенциала поля от обмотки ротора:

 

 

где:

 

 

 

 

 

2. Токораспределение обмотки статора.
1. Коэффициент укорочения обмотки статора для первой гармоники:

 

 

 

2. Коэффициент распределения обмотки ротора для  первой гармоники:

 

 

 

3. Обмоточный  коэффициент для первой гармоники:

 

 

 

4. Число витков обмотки статора на фазу:

 

 

 

5. Амплитуда первой гармоники линейной токовой  нагрузки обмотки статора:

 

 

 

6. Базисное  значение векторного магнитного потенциала поля от обмотки ротора:

 

 

где:

 

8. Основные характеристики  магнитных полей машины.

 

1. Радиальная  составляющая индукции магнитного поля обмотки ротора на уровне токового слоя обмотки статора:

 

 

 

 где: 

 

 

2. Средние значения магнитной индукции в спинках  сердечников ротора и статора:

1. В спинках сердечников ротора и статора при возбуждении со стороны ротора:

1. Спинка сердечника ротора:

 

где:

 

2. Спинка  сердечника статора:

 

где:

 

2. В спинках сердечников ротора и  статора при возбуждении со стороны  статора:

1. Спинка сердечника ротора:

 

где:

 

2. Спинка  сердечника статора:

 

где:

 

 

 

3. Коэффициенты  рассеяния:

1. Коэффициент рассеяния магнитного потока поля ротора относительно поля статора:

 

 

2. Коэффициент рассеяния магнитного потока поля статора  относительно поля ротора:

 

 

 

 

9. Расчетная длина машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Синхронные индуктивные параметры обмоток ротора и статора.

 

1. Индукивные параметры обмоток в абсолютных единицах

 

1. Взаимная  индуктивность фазы обмотки статора  с обмоткой возбуждения:

1. На единицу длины машины:

 

 

 

 

 

2. На  расчетную длину машины:

 

 

2. Взаимная  индуктивность обмотки возбуждения  с многофазной обмоткой статора:

1. На единицу длины машины: