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文檔簡介
1、<p> 畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p> 題 目: 800V交流機組發(fā)電機設(shè)計 </p><p> 院: 電氣信息學院 </p><p> 專 業(yè):電氣工程及其自動化 班級: 學號:
2、 </p><p> 學生姓名: </p><p> 導師姓名: </p><p> 完成日期: &l
3、t;/p><p> 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書</p><p> 題目: 800V交流機組發(fā)電機設(shè)計 </p><p> 姓名: 系: 電氣與信息工程系 專業(yè): 電氣工程及其自動化 班級: </p><p> 學號:
4、 </p><p> 一、指導老師: 職稱: 工程師 教研室主任: </p><p><b> 基本任務(wù)及要求:</b></p><p> 機組由電動機拖動同軸發(fā)電機構(gòu)成,作電源使用.發(fā)電機發(fā)出電壓為800V.負載電流100A.</p>
5、<p> 根據(jù)負載電流選定所設(shè)電機型號及功率. </p><p> 進行所設(shè)電機的電磁計算. </p><p> 繪制該電機的總裝圖,沖片圖,繞組展開圖.
6、 </p><p> 注意發(fā)出電壓的穩(wěn)定性 </p><p> 二、進度安排及完成時間:</p><p> 1、第一周 指導老師布置任務(wù),下達任務(wù),設(shè)計任務(wù)書上傳到FTP
7、 </p><p> 2、第二周 查閱資料、撰寫文獻綜述和開題報告?zhèn)鞯紽TP。 </p><p> 3、第三周,第四周 畢業(yè)設(shè)計 </p><p> 4、第五周,第六周 畢業(yè)實習、撰寫實習報告
8、 </p><p> 5、第七周到第十四周 畢業(yè)設(shè)計 </p><p> 6、第十五周,第十六周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 </p><p> 7、第十六周
9、 指導教師評閱、電子文檔上傳FTP。 </p><p> 8、第十六周 畢業(yè)設(shè)計答辯(公開答辯、分組答辯) </p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘要I</b>&
10、lt;/p><p> ABSTRACTII</p><p> 第1 章 緒論1</p><p> 1.1 我國電機工業(yè)發(fā)展概況1</p><p> 1.2 同步發(fā)電機的發(fā)展與趨勢1</p><p> 1.3 同步電機的運行特點2</p><p> 1.4 同步發(fā)電機的用途和類
11、型2</p><p> 第2章 同步發(fā)電機的研究3</p><p> 2.1 同步發(fā)電機的基本類型3</p><p> 2.2 同步發(fā)電機的基本機構(gòu)3</p><p> 2.2.1 發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)3</p><p> 2.2.2 發(fā)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)4</p><p>
12、2.2.3 電機的端蓋、軸承蓋4</p><p> 第3章 同步發(fā)電機電磁設(shè)計5</p><p> 3.1 電磁設(shè)計要點5</p><p> 3.1.1 主要尺寸的選擇5</p><p> 3.1.2 電磁負荷的選擇5</p><p> 3.1.3 氣隙長度的確定5</p><
13、;p> 3.1.4 定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形6</p><p> 3.1.5 繞組設(shè)計6</p><p> 3.1.6 磁極結(jié)構(gòu)的選擇6</p><p> 3.1.7 磁極形狀的選擇6</p><p> 3.1.8 磁路計算6</p><p> 3.1.9 參數(shù)計算7</p><
14、;p> 3.1.10 損耗及效率7</p><p> 3.1.11 額定功率和相關(guān)參數(shù)的選定8</p><p> 3.2 同步發(fā)電機電磁計算程序8</p><p> 3.2.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸8</p><p> 3.2.2定子繞組10</p><p> 3.2.3定子槽型尺寸(選取梨型
15、槽)10</p><p> 3.2.4磁路計算12</p><p> 3.2.5 穩(wěn)態(tài)參數(shù)16</p><p> 3.2.6 額定負載時勵磁磁動勢和勵磁繞組18</p><p> 3.2.7 阻尼繞組設(shè)計21</p><p> 3.2.8 損耗與效率22</p><p>
16、 3.2.9 瞬態(tài)參數(shù)和時間常數(shù)23</p><p> 3.2.10 有效材料25</p><p> 3.2.11 主要性能指標與技術(shù)條件中的標準比較25</p><p><b> 參考文獻27</b></p><p><b> 致 謝28</b></p><
17、p><b> 附 錄29</b></p><p> 800V交流機組發(fā)電機設(shè)計</p><p> 摘要:電力工業(yè)是一種先行工業(yè),只有當電力工業(yè)的增長率高于其他工業(yè)的發(fā)展速度,并重視高效、節(jié)能原則,才能促使整個國民經(jīng)濟全面較快地增長。相信在今后,電力和電機制造工業(yè)將會得到更快的發(fā)展。</p><p> 同步發(fā)電機由主發(fā)電機、交流
18、勵磁機和旋轉(zhuǎn)整流裝置等主要部分組成。發(fā)電機轉(zhuǎn)子、勵磁機電樞和旋轉(zhuǎn)整流裝置都裝在同一軸上一起旋轉(zhuǎn),勵磁機磁極固定在定子內(nèi)側(cè)。同步發(fā)電機內(nèi)裝有同軸安裝的旋轉(zhuǎn)電樞式勵磁機,它提供三相電流,這個三相電流被轉(zhuǎn)子上安裝的旋轉(zhuǎn)整流模塊整流成直流電,然后送至主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組。而交流同步發(fā)電機的基本型式分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁場式兩種。這兩種發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上雖然有所不同;但其基本原理卻是一樣的,即磁場與導體只要產(chǎn)生相對運動并切割磁力線,就能在導體中產(chǎn)生感應(yīng)
19、電動勢.在交流同步發(fā)電機中,鐵心及其在鐵心槽中用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并接通負載供給交流電流的繞組的總稱稱為電樞.由于它是交流同步發(fā)電機進行能量轉(zhuǎn)化和傳遞的樞紐,所以將它稱為電樞。</p><p> 關(guān)鍵詞:交流同步發(fā)電機、勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流裝置、電樞。</p><p> 800V AC Generator Design </p><p> Abstract: The
20、 electric power industry is one advance industry. Only has when electric power industry rate of increment is higher than other industries the development speed, and takes, the energy conservation principle highly effecti
21、ve, can urge the entire national economy to be comprehensive comparatively quickly grows. Will want to believe in next, the electric power and the electrical machinery manufacture industry will be able to obtain a quicke
22、r development.</p><p> The Synchronous generator is composed of major components such as main- generator, the commutation device exchanging an exciter and rotating. Generator rotor, excitation electromechan
23、ical pivot and revolution commutation device pretend to rotate together on the same axis, the exciter magnetic pole fixes in stator system. The Synchronous generator inner pretends to dyadic exciter of revolution armatur
24、e having coaxial installation, and then it is provided three-phase electric current , this three-</p><p> Keywords : AC synchronous generator、exciter、rotating rectifier devices、the Armature</p><p
25、><b> 第1 章 緒論</b></p><p> 1.1 我國電機工業(yè)發(fā)展概況</p><p> 建國以來,我國的電機制造工業(yè)得到快速發(fā)展。經(jīng)過50年的努力,在大型交直流電機方面,已研制成功2×5000kw的直流電動機,4700kw的直流發(fā)電機和42MW的同步電動機。在大型發(fā)電設(shè)備方面,已研制出300MW和600MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機,30
26、0MW雙水內(nèi)冷和全氫冷汽輪發(fā)電機,650MW核電機組;還相繼研制出125、250、300、400和550MW的水輪發(fā)電機。</p><p> 在中、小型和微型電機方面,已開發(fā)和研制成125個系列,900多個品種,幾千個規(guī)格的各種電機。在特殊電機方面,由于新的永磁材料的出現(xiàn),制成了許多高效節(jié)能、維護簡單的永磁電機。由于電機和電力電子裝置、單片微型計算機相結(jié)合,出現(xiàn)了各種性能和形態(tài)迥異的“一體化電機”。</p
27、><p> 隨著我國電機工業(yè)迅猛發(fā)展,取得了可喜的成績。但是,由于我國工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱,電機產(chǎn)品品種還不能完全滿足國民經(jīng)濟的需要;和國外先進水平的差距也較大。改變這一落后面貌,需要我們付出艱苦的努力。</p><p> 1.2 同步發(fā)電機的發(fā)展與趨勢</p><p> 我國在發(fā)展電機時,十分注意新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝的采用。在采用新技術(shù)方面,首先是應(yīng)用電子
28、計算機來進行電機的電磁計算以及磁場、溫度場計算和零部件機械計算。在絕緣材料方面,目前我國生產(chǎn)的電機中,主要采用E、B兩級(其中E級約占2/3左右),F(xiàn)、H級僅在少數(shù)要求較高或特殊用途的電機應(yīng)用,但前者正積極地分別向B、F級過渡。在工藝水平和機械化、自動化程度方面,小型電機的機座與轉(zhuǎn)周軸加工、靜電噴漆、總裝實驗等自動線均已正式采用;級進式?jīng)_模、大型壓鑄機、定子繞組自動下線機、插槽絕緣機、端部整形機、自動繞線機等新設(shè)備及真空壓力浸漬、中型感
29、應(yīng)電機轉(zhuǎn)子導條環(huán)氧粉末涂敖、機座射壓造型等新工藝的應(yīng)用,也都使工效大大提高,電機質(zhì)量進一步改進。此外同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子部件也需要承受很大的機械應(yīng)力,這就需要研究有更高強度極限的轉(zhuǎn)子部件,磁軛鋼板等部件。提高電樞單位周長的安培導電數(shù)A或氣隙磁密B,則可減少電機尺寸,降低電機成本。但由于磁通密度B受電機材料的限制而無法提高,需要研制出飽和系數(shù)更高的材料。</p><p> 1.3 同步電機的運行特點</p>
30、;<p> 動機在穩(wěn)態(tài)和電網(wǎng)頻率f1為常數(shù)的條件下,其平均轉(zhuǎn)速n恒為同步轉(zhuǎn)速而與負載大小無關(guān)。同步電機按運行方式、頻率和結(jié)構(gòu)型式分類如下:按運行方式和功率轉(zhuǎn)換方向分為發(fā)電機、電動機和補償機三類;按結(jié)構(gòu)分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種;旋轉(zhuǎn)磁極式中,按磁極的形狀、又可分為凸極式和隱極式兩種。同步電機的主要運行方式有三種,即作為發(fā)電機、電動機和補償機運行。作為發(fā)電機運行是同步電機最主要的運行方式,作為電動機運行是同步電機的另一
31、種重要的運行方式。同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié),在不要求調(diào)速的場合,應(yīng)用大型同步電動機可以提高運行效率。同步電機還可以接于電網(wǎng)作為同步補償機。這時電機不帶任何機械負載,靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率,以達到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器,驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較,
32、調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度。</p><p> 1.4 同步發(fā)電機的用途和類型</p><p> 同步發(fā)電機是一種交流發(fā)電機 ,它區(qū)別另外一種交流電機-異步發(fā)電機的一個重要的特征是它的轉(zhuǎn)速與電流的頻率之間有個嚴格的關(guān)系 ,即:n=60f/p(P為電機的極對數(shù))。</p><p> 同步發(fā)電機的主要類型:同步發(fā)電機有旋轉(zhuǎn)電樞(磁極固定)
33、和旋轉(zhuǎn)磁極(電樞固定)兩種結(jié)構(gòu)形式。為了易于引出電樞電流,一般都采用旋轉(zhuǎn)磁極式。同步發(fā)電機按磁路結(jié)構(gòu)可分為:凸極式適用于p大于等于2的同步發(fā)電機。隱極式適用于p小于等于2的同步發(fā)電機,感應(yīng)式適用于中頻發(fā)電機,爪極式適用于車輛用交流發(fā)電機中頻發(fā)電機,永磁式適用于小功率發(fā)電機。</p><p> 第2章 同步發(fā)電機的研究</p><p> 2.1 同步發(fā)電機的基本類型</p>
34、<p> 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點的不同,同步發(fā)電機可分為旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(簡稱轉(zhuǎn)樞式)和旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(簡稱轉(zhuǎn)磁式)兩種。</p><p> 旋轉(zhuǎn)電樞式的同步發(fā)電機,電樞是轉(zhuǎn)動的,磁極是固定的,電樞電勢通過集電環(huán)和電刷與外電路連接。目前只有交流同步無刷發(fā)電機的勵磁機使用旋轉(zhuǎn)電樞結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機。</p><p> 旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機,磁極是旋轉(zhuǎn)的,電樞繞組是固定的,電樞繞組的
35、感應(yīng)電勢不經(jīng)過集電環(huán)和電刷而直接送往外電路,所以絕緣能力和機械強度好。這種結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于大、中容量的同步發(fā)電機,并成為同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)型式。 </p><p> 2.2 同步發(fā)電機的基本機構(gòu)</p><p> 2.2.1 發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)</p><p> 交流同步發(fā)電機定子由機座、定子鐵心和定子繞組所組成。其中定子鐵心和定子繞組是產(chǎn)生發(fā)電機感應(yīng)電壓
36、、輸出電流部分,它們合稱為電樞。</p><p><b> ?。?)定子鐵心</b></p><p> 定子鐵心是發(fā)電機磁路的組成部分,由一定數(shù)量0.5mm厚內(nèi)圓沖出線槽的硅鋼片疊壓而成。定子鐵心沿軸向長度均留有通風道,以增加定子鐵心的散熱面積,整個鐵心固定在機座內(nèi)側(cè)的定位筋上。為了減少鐵心的渦流損耗,鐵心沖片的兩面都涂有絕緣漆。定子鐵心內(nèi)圓上均勻分布著可嵌放有定子
37、繞組的線槽,定子繞組分為輸出電流的主繞組和產(chǎn)生勵磁電流的副繞組。</p><p><b> ?。?)定子繞組</b></p><p> 定子繞組是發(fā)電機內(nèi)感應(yīng)電壓,輸出電流的部分,它是交流同步發(fā)電機的核心。定子繞組由許多個繞組元件(也即線圈)所組成,繞組元件由絕緣銅導線繞制而成。定子繞組的各相繞組之間及整個繞組對定子鐵心均應(yīng)予以良好、可靠地絕緣,以確保發(fā)電機的安全運
38、行。</p><p><b> (3)機座</b></p><p> 機座是交流同步發(fā)電機的整體支撐部件,用以固定定子鐵心及前、后端蓋和軸承一道支撐轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)。機座內(nèi)壁分布的筋條用以固定定子鐵心,其外圓即為發(fā)電機的外殼,以保護內(nèi)部的定子繞組。機座的兩端面加工有與端蓋相配合的止口和螺孔,在它的下部鑄有底腳,以便于發(fā)電機與原動機組裝固定在底架或基礎(chǔ)上。位于機座側(cè)面或頂部
39、的位置一般裝有出線盒,該出線盒內(nèi)裝設(shè)有接線板,從這里將發(fā)出的交流電引至外負載。</p><p> 2.2.2 發(fā)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)</p><p> 交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子通常包括有轉(zhuǎn)軸、磁極鐵心、磁極繞組,軸承,風扇、交流勵磁機電樞和旋轉(zhuǎn)硅整流器等零部件。</p><p><b> ?。?)轉(zhuǎn)軸</b></p><p>
40、 轉(zhuǎn)軸一般均由35~45號圓鋼加工而成,經(jīng)軸伸端上的聯(lián)軸器使發(fā)電機與原動機對接,它是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的關(guān)鍵零件。</p><p><b> ?。?)轉(zhuǎn)子鐵心</b></p><p> 旋轉(zhuǎn)磁場式交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子即為它的磁極。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子鐵心又分為凸極式和隱極式兩種。</p><p><b> ?。?)磁極繞組</b&g
41、t;</p><p> 凸極式磁極的繞組安置于磁極鐵心極身上面,而隱極式的轉(zhuǎn)子繞組嵌放在隱極式轉(zhuǎn)子鐵心槽中,該繞組通過勵磁電流時就在磁極鐵心內(nèi)建立起同步發(fā)電機主磁場。隱極式轉(zhuǎn)子繞組多采用單層同心式繞組。而在此次設(shè)計中,選用的是凸極式磁極繞組。</p><p><b> ?。?)軸承、風扇等</b></p><p> 在轉(zhuǎn)軸的兩端安置有軸承以
42、支撐轉(zhuǎn)子使其輕快的運轉(zhuǎn)。軸承室或軸承套內(nèi)。由于受力大小的不同,發(fā)電機軸的傳動通常采用滾柱軸承,而非傳動端用滾珠軸承。</p><p> 同步發(fā)電機運行時因各種損耗而發(fā)熱,對發(fā)電機必須進行通風冷卻。一般都是在轉(zhuǎn)軸上裝設(shè)冷卻風扇,在同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)運行時其內(nèi)部熱量即經(jīng)風扇順利排出。</p><p> 2.2.3 電機的端蓋、軸承蓋</p><p><b>
43、?。?)端蓋</b></p><p> 端蓋在與機座配合后用于支撐整個轉(zhuǎn)子,在端蓋中心車制有軸承室圓孔,用以安裝軸承。</p><p><b> ?。?)軸承蓋</b></p><p> 發(fā)電機在轉(zhuǎn)子兩端的軸承位置均配備有軸承蓋。用以保護軸承清潔而良好地運行并使?jié)櫥粫蛲馑Τ?。軸承蓋一般用鑄鐵鑄造或用鋼材加工而成。</
44、p><p> 第3章 同步發(fā)電機電磁設(shè)計</p><p> 我國目前生產(chǎn)的小型三相同步發(fā)電機,主要有T2系列小型三相同步發(fā)電機、TFW系列小型三相無刷同步發(fā)電機。這些電機三相主要與柴油機配套,組成柴油發(fā)電機組。它們除應(yīng)符合GB755/87《旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求》中的有關(guān)規(guī)定外,還應(yīng)分別符合JB/DQ3201-86《T2系列小型三相同步發(fā)電機的技術(shù)條件》,JB3320-83《小型無刷三相同
45、步發(fā)電機技術(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定。 </p><p> 3.1 電磁設(shè)計要點</p><p> 3.1.1 主要尺寸的選擇</p><p> 同步發(fā)電機的主要尺寸是指定子內(nèi)徑和鐵心有效長度。定子內(nèi)徑選擇的原則是確保低速時氣隙磁密不致過高,一般采用多極數(shù)定子內(nèi)徑,有時也采用中間極數(shù)定子內(nèi)徑,在電機設(shè)計中一般取定子外徑作為標準直徑。應(yīng)此,求得后要根據(jù)/的適適當比值確定
46、外徑,反過來再根據(jù)所采用的標準外徑,最后確定和。/的參考值。</p><p> 3.1.2 電磁負荷的選擇</p><p> 設(shè)計時如果想要少用銅,在選擇電磁負荷時,要盡可能用較高的氣隙磁密和電樞電密,而線符合A要盡可能取得低。由于近幾年硅鋼片價格上升得快,如果設(shè)計時考慮要少用鐵,應(yīng)適當提高線負荷A。由于F級絕緣材料的發(fā)展,電機的內(nèi)外徑進一步縮小,電磁負荷的取值也應(yīng)地提高。</p
47、><p> 3.1.3 氣隙長度的確定</p><p> 小型發(fā)電機的氣隙長度可由下式確定 </p><p> 式中 —飽和短路比,對自勵恒壓發(fā)電機可取.5;</p><p> —線負荷(A/cm);</p><p> —額定工況時氣隙最大磁密(T)</p><p><b>
48、 —極距</b></p><p> —半經(jīng)驗系數(shù),0.22~0.24</p><p> 目前小型同步發(fā)電機的氣隙,采用機械許可的安全值,一般取=0.5~2mm。</p><p> 3.1.4 定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形</p><p> 定子每極第相槽數(shù)q一般都選用整數(shù)槽,即q=3、4、5。q的選擇產(chǎn)要從兩方面來考慮:(1)從電氣
49、角度考慮q3,否則齒諧波磁場較強,影響電壓波形,增加磁極表面損耗以及增大曲折漏抗等;(2)槽距t的大小應(yīng)適應(yīng),t太小,齒窄,機械強度差,同時槽寬過小,槽的利用率差。一般到t=1~1.5cm。小型發(fā)電機的槽寬與齒寬之比決定于允許的電樞齒磁密度B和取用的氣隙磁密B。如B=1.7T、 B=0.8T,則槽與齒的寬度近于相等;如B<0.8T,則槽比齒寬。</p><p> 3.1.5 繞組設(shè)計</p>
50、<p> 小型發(fā)電機一般采用半閉口槽和散下的雙層疊繞組??砂?q=3、4、5 和短距的大小計算繞組系數(shù),畫出繞組展開圖和接線圖。在采用單相三次諧波勵磁的發(fā)電機中,電樞繞組常設(shè)計為單雙繞組。諧波繞組放在單層線圈的槽內(nèi)。其節(jié)距約為電樞繞組整節(jié)距的1/3。單雙層繞組的繞組系數(shù)可按槽電動勢星形的實際位置計算,然后畫出繞組的展開圖和接線圖。</p><p> 凸極發(fā)電機的磁場繞組是集中繞組。分離式磁極繞組在
51、一般情況下,預(yù)先用1mm鋼板制成上下翻邊的鐵框,上下均有玻璃絲布板制成的托板,極心部分包絕緣,然后把銅線繞到磁極框架上。經(jīng)絕緣處理后再裝入磁極鐵心。</p><p> 3.1.6 磁極結(jié)構(gòu)的選擇</p><p> 凸極和隱極結(jié)構(gòu)優(yōu)點是整體凸極疊片轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)磁極和磁軛為一體,整片沖出,疊裝在軸上,在鐵心上噴涂絕緣或者包絕緣。勵磁繞組由繞線機直接繞到極身上,邊繞邊刷漆,然后整體浸漆烘干
52、。</p><p> 由于整體凸極結(jié)構(gòu)和絕緣材料的發(fā)展(采用F級),提高了勵磁繞組的絕緣性能,改善了勵磁繞組的散熱條件,使轉(zhuǎn)子線圈工藝便于實現(xiàn)機械化。</p><p> 3.1.7 磁極形狀的選擇</p><p> 為了獲得正弦分布的氣隙磁場,在凸極結(jié)構(gòu)中一般取最大氣隙與最小氣隙之比,極弧系數(shù)~,對于采用三次諧波勵磁的發(fā)電機,為使空載和負荷時諧波分量適當,一般
53、采取~1.3。對于30KW以下的發(fā)電機,為制造方便,可采用,即均勻氣隙。</p><p> 3.1.8 磁路計算</p><p> 磁路的計算的主要目的是在確定的、定子槽數(shù)槽形、氣隙長度、磁極尺寸或隱極機轉(zhuǎn)子槽形尺寸的基礎(chǔ)上,計算電機的空載特性、短路比及滿載勵磁電流(或滿載勵磁安匝)。計算中要求磁路各部分的磁密分布合理,勵磁繞組能提供足夠的勵磁功率而溫升不超過允許值。</p>
54、;<p> 顯然,有繞組部分2與極距的比值是決定氣隙勵磁磁場波形的主要因數(shù)。如嵌放繞組的槽數(shù)(實槽數(shù))為,槽分度數(shù)(虛槽數(shù))為,則</p><p> 根據(jù)定義,磁場的分布系數(shù)為實際磁場分布曲線在一個極距內(nèi)所包圍的面積和極距與實際磁場分布曲線最大幅值所形成的矩形面積之比。</p><p> 3.1.9 參數(shù)計算</p><p> 在設(shè)計中要提高效
55、率,最簡便的方法就是設(shè)法放大繞組的截面積,減小直流電阻。</p><p> 同步電抗的數(shù)值,在電磁負荷已定的條件下,主要取決于氣隙的大小,氣隙約大,越小,電機的短路比越大,運行穩(wěn)定性越高。由于現(xiàn)在的小型同步發(fā)電機采用自勵恒壓系統(tǒng),勵磁定性,因此,可以采用較小的短路比,一般取0.5~0.7。</p><p> 順態(tài)電抗的數(shù)值對發(fā)電機突加負載時的順態(tài)電壓有影響,一般設(shè)計時不希望〉0.24。
56、</p><p> 超順態(tài)電抗、,其值決定于阻尼繞組的結(jié)構(gòu)形式及定子繞組漏抗。近似地等于阻尼繞組漏抗與定子繞組漏抗之和。的大小直接影響發(fā)電機的突然短路電流倍數(shù)。越小,突然短路電流倍數(shù)越大,繞組端部及轉(zhuǎn)軸軸頸上受到的機械應(yīng)力也越大。因此,設(shè)計時一般希望不要小于0.12。</p><p> 3.1.10 損耗及效率 </p><p> 小型同步發(fā)電機的損耗,可以包
57、括以下幾個部分:</p><p> 1.鐵損耗 定子齒和軛的鐵損耗。</p><p> 2.定子銅損耗 負載電流的電阻損耗。</p><p> 3.勵磁損耗 勵磁電流的電阻損耗、電刷接觸損耗。(考慮到自勵時,AVR的損耗,將以上兩項的和根據(jù)不同情況,除以勵磁系統(tǒng)的效率作為勵磁損耗)。</p><p> 4.機械損耗 風扇損耗、
58、冷卻空氣與轉(zhuǎn)子表面的風摩損耗、集電環(huán)摩擦損耗、軸承摩擦損耗等。</p><p> 5.附加損耗 空載時的附加損耗有定轉(zhuǎn)子表面損耗、定轉(zhuǎn)子齒部脈振損耗、端部結(jié)構(gòu)件中的渦流損耗,以及電流的集膚效應(yīng)引起的附加銅損耗。</p><p> 對同步發(fā)電機,規(guī)定要實測附加損耗。對部分樣機的測試結(jié)果,附加損耗在額定功率的1.2%~1.6%之間。建議計算時,對容量小于75KW及以上的電機可以取1.2%
59、,對200KW及以上的電機可取1.0%。</p><p> 3.1.11 額定功率和相關(guān)參數(shù)的選定</p><p> 通過已給定的數(shù)據(jù),可以根據(jù)公式確定所需同步發(fā)電機的功率的大小,其計算為:</p><p><b> =</b></p><p> --發(fā)電機的額定電壓, (給定值)</p><
60、;p> --發(fā)電機的額定電流, (給定值)</p><p> --額定功率因數(shù),對于同步發(fā)電機,除非另有規(guī)定,額定功率因數(shù)應(yīng)為0.8滯后。</p><p> 為了滿足該發(fā)電機的正常運行,所選型號發(fā)電機的額定功率,則對應(yīng)于T2系列小型同步發(fā)電機,取他自勵勵磁,可選取型號為T2-280L的發(fā)電機,其: ,功率因數(shù)(滯后)=0.8,在額定條件下運行時電壓調(diào)整率2% 。</p&
61、gt;<p> 3.2 同步發(fā)電機電磁計算程序</p><p> 3.2.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸</p><p> 1.額定電壓 UN=800V</p><p> 2.額定轉(zhuǎn)速 </p><p> 3.額定頻率 ?</p><p>
62、; 4.額定功率因數(shù) cos=0.8</p><p> 5.額定電流 </p><p> 6.相數(shù) </p><p> 7.確定功率 </p><p> 8.根據(jù)功率取對應(yīng)T2-280L電機,額定功率</p><p> 9.效率
63、 </p><p> 10.極數(shù) 2p</p><p><b> 11.計算功率:</b></p><p> 式中(對于同步發(fā)電機取值)</p><p> 12.極弧系數(shù):極弧長度</p><p><b> 取=<
64、;/b></p><p> 13.氣隙磁密 取</p><p><b> 14.取線負荷</b></p><p> 15.電機的計算體積</p><p><b> 16.主要尺寸比:</b></p><p> 17.定子鐵心內(nèi)徑取值范圍</p>
65、<p><b> 定子鐵心鐵外徑:</b></p><p><b> 按標準選取</b></p><p> 18. 則定子內(nèi)徑: </p><p> 19.定子鐵心有效長度:</p><p> 20.定子鐵心凈長度:</p><p> 式中=0.9
66、2(對0.5mm厚硅鋼片)。在對發(fā)電機的計算中,不計入中</p><p> 21.磁極鐵心總長度:</p><p> 22.磁極鐵心凈長度:</p><p> 式中=0.95(對于厚鋼片)</p><p> 23.極距: </p><p><b> 24.圓周速度:</b><
67、/p><p> 25.氣隙長度:最小氣隙: 最大氣隙:</p><p> 26.鐵心的計算長度:</p><p><b> 3.2.2定子繞組</b></p><p> 27.每極每相槽數(shù):</p><p><b> 28.定子槽數(shù):</b></p>&
68、lt;p> 29.取繞組節(jié)距比:</p><p> 30.繞組節(jié)距: </p><p> 31.繞組短距系數(shù)(基波):</p><p> 32.繞組分布系數(shù)(基波):</p><p> 33.繞組系數(shù)(基波): </p><p> 34.預(yù)計每極磁通:</p><p>
69、; 35.每相串聯(lián)匝數(shù)初值:</p><p><b> 36.取并聯(lián)支路數(shù)</b></p><p> 37.每槽導線數(shù): 取</p><p> 38.每相串聯(lián)導體數(shù):, </p><p> 39.線負荷:A= </p><p> 3.2.3定子槽型尺寸(選取梨型槽)</p&g
70、t;<p> 40.選定槽口尺寸:</p><p><b> 41.定子齒距:</b></p><p><b> 42.定子齒寬度:</b></p><p> 式中::鐵心疊壓系數(shù),取0.92,:定子齒磁密,取1.40</p><p><b> 取</b>
71、;</p><p><b> 43.槽形尺寸: </b></p><p> 定子槽形尺寸如右圖1所示。</p><p> 則定子齒計算寬度: </p><p><b> 44.定子槽深:</b></p><p> 45.槽面積,取槽鍥厚
72、度</p><p><b> =</b></p><p> 46.槽絕緣面積 取:</p><p><b> =</b></p><p> 取槽滿率為75%,繞組并繞根數(shù)為</p><p><b> 則絕緣導線直徑:</b></p&g
73、t;<p> 查表取銅對應(yīng)的標稱線規(guī)QZ:。標稱導線直徑d=1.80mm 漆膜厚度0.070.12</p><p> 47.定子導線截面積:</p><p> 48.定子繞組電密:</p><p><b> 49.發(fā)熱參數(shù):</b></p><p><b> 3.2.4磁路計算&l
74、t;/b></p><p> 50.定子齒計算高度:</p><p> 51.定子軛高度: </p><p> 52.定子軛計算高度: </p><p> 53.定子軛磁路長度:</p><p><b> 54.極靴寬度:</b></p><p>
75、<b> 55.磁極偏心距:</b></p><p><b> 其中</b></p><p><b> =</b></p><p><b> 56.極靴圓弧半徑</b></p><p> 57.極靴邊緣高度:</p><p&g
76、t; 58.極靴中心高度:</p><p><b> ==29.473</b></p><p> 59.初取漏磁系數(shù):</p><p> 60.磁極寬度: </p><p><b> 61.轉(zhuǎn)子軛內(nèi)徑:</b></p><p><b> 62.轉(zhuǎn)子
77、軛外徑:</b></p><p> 63.磁極中心高: </p><p><b> =</b></p><p> 64.磁極側(cè)高度: 式中</p><p><b> =7.339</b></p><p><b> 65.轉(zhuǎn)子軛高度:<
78、/b></p><p> 66.轉(zhuǎn)子軛計算高度: </p><p><b> =</b></p><p> 67.轉(zhuǎn)子軛磁路長度:=</p><p> 68.轉(zhuǎn)子軛軸向長度:</p><p> 69.磁極與軛間殘隙:</p><p> 70.實
79、際極弧系數(shù): =</p><p><b> =0.644</b></p><p><b> 71.氣隙比:</b></p><p> 72.最小氣隙比極距:</p><p> 73.基波磁場幅度系數(shù): (查《中小型電機設(shè)計手冊》)</p><p> 74.三次諧波磁
80、場幅度系數(shù):
81、
82、 </p><p> 75.磁場分布系數(shù):</p><p> 76.磁場波形系數(shù):</p><p> 77.直軸電樞反應(yīng)磁場幅度系數(shù):(查《中小型電機設(shè)計手冊》)</p><p> 78.交軸電樞反應(yīng)磁場幅度系數(shù): (查《中小型電機
83、設(shè)計手冊》)</p><p> 79.電樞磁動勢直軸折算系數(shù):</p><p> 80.電樞磁動勢交軸折算系數(shù):</p><p> 81.定子卡氏系數(shù)(對于半閉口半開口槽):</p><p><b> =1.056</b></p><p> 82.阻尼籠卡氏系數(shù):</p>
84、<p><b> 83.卡氏系數(shù):</b></p><p> 84.空載每極總磁通:</p><p> 85.氣隙磁密(最大值):</p><p> 86.定子視在齒磁密: </p><p> 查表:≤1.8T 則 ==1.609T</p><p><b> 87.
85、定子軛磁密:</b></p><p> 88.氣隙磁壓降:= </p><p> 89.定子齒磁壓降:</p><p> 式中對應(yīng)于,查磁化曲線得=14.0</p><p> 90.定子軛磁壓降:</p><p> 式中:為軛部修正系數(shù)=0.334 </p><p>
86、對應(yīng)于,查磁化曲線得=25</p><p> 91.氣隙、定子齒、軛部磁壓降之和:</p><p> 92.計算漏磁幾何尺寸:</p><p><b> =</b></p><p><b> 93.磁極壓板厚:</b></p><p><b> 94.磁極
87、壓板寬:</b></p><p> 95.磁極計算高度:</p><p><b> 96.極靴漏磁導:</b></p><p><b> =126.46 </b></p><p><b> 97.極身漏磁導:</b></p><p>
88、<b> =</b></p><p><b> =68.33</b></p><p><b> 98.磁極漏磁導:</b></p><p><b> 99.每極漏磁通:</b></p><p><b> 100.漏磁系數(shù):</b&
89、gt;</p><p><b> 101.磁極磁通:</b></p><p> 102.磁極極身截面積:</p><p><b> 103.極身磁密:</b></p><p> 104.轉(zhuǎn)子軛磁密:</p><p> 105.殘隙處磁密:</p>&l
90、t;p> 106.極身磁壓降:</p><p><b> 查磁化曲線表可得:</b></p><p> 107.轉(zhuǎn)子軛磁壓降:</p><p> 查磁化曲線表可得:=9.05</p><p> 108.殘隙磁壓降:</p><p> 109.空載每極磁壓降:</p>
91、<p> 3.2.5 穩(wěn)態(tài)參數(shù)</p><p> 110.定子線圈尺寸:</p><p><b> =</b></p><p> 參考值取 =2.0</p><p> 111.線圈半匝平均長度:</p><p> 112.定子繞組相電阻:</p><p
92、><b> 式中=0.0217</b></p><p> 113.定子槽比漏磁導:</p><p><b> =0.670</b></p><p> 114.定子繞組端部比漏磁導:</p><p> 115.諧波比漏磁導:</p><p><b>
93、 116.每相漏抗:</b></p><p><b> `</b></p><p> 117.漏抗標么值:</p><p> 118.相電阻標么值:</p><p> 119.每極電樞反應(yīng)磁動勢:</p><p> 120.電樞反應(yīng)直軸折算磁動勢:</p>&l
94、t;p> 121.電樞反應(yīng)交軸折算磁動勢:</p><p> 122.直軸電樞反應(yīng)電抗:</p><p> 123.交流電樞反應(yīng)電抗:</p><p> 124.直軸同步電抗:</p><p> 125.交軸同步電抗:</p><p><b> 126.短路比: </b><
95、/p><p> 127.內(nèi)功率因數(shù)角:</p><p> 128.額定功角: </p><p><b> 則: </b></p><p> 3.2.6 額定負載時勵磁磁動勢和勵磁繞組</p><p> 129.額定負載時內(nèi)電動勢:</p><p><b>
96、 =</b></p><p><b> =</b></p><p> 130.額定工況時磁路計算:</p><p> 131.額定負載時每極磁壓降:</p><p> 132.額定負載時勵磁磁動勢:</p><p><b> =</b></p>
97、;<p><b> =4890.2</b></p><p> 133.取勵磁繞組每極匝數(shù):</p><p> 134.額定勵磁電流:</p><p> 135.空載勵磁電流:</p><p> 136.取勵磁電流電密(取值):</p><p> 137.勵磁繞組導線截面積
98、:</p><p> 138.勵磁繞組線規(guī):</p><p> 139.第n層線圈平均匝長度:</p><p> =2[9.16+32 +</p><p> =76.72+17.6</p><p> 式中 ——線圈框架直線長度</p><p> ——線圈框架直線寬度</p>
99、;<p><b> ——框架圓角半徑</b></p><p><b> ——導線長邊尺寸</b></p><p><b> =1 為第一層</b></p><p> =2 為第二層 </p><p> 140.勵磁繞組平均匝長度:</p>
100、;<p><b> ——第層線圈匝數(shù)</b></p><p> 141.勵磁繞組電阻:</p><p> 142.額定勵磁電壓:</p><p> 0.6V——為電刷壓降,勵磁繞組取B級絕緣</p><p> 勵磁繞組E級絕緣=1.13</p><p> 勵磁繞組B級絕緣
101、=1.15</p><p> 勵磁繞組F級絕緣=1.244</p><p> 143.空載勵磁電壓:</p><p> 144.電壓調(diào)整率: =1.8%</p><p><b> 式中:</b></p><p> 3.2.7 阻尼繞組設(shè)計</p><p> 1
102、45.每極阻尼籠條數(shù):</p><p> 146.每極定子繞組截面積:</p><p> 147.每根阻尼條截面積:</p><p> 148.阻尼條直徑: </p><p> 149.阻尼槽節(jié)距:</p><p><b> 取=2.20</b></p><p&g
103、t; 150.阻尼籠最大磁密:</p><p> 151.端環(huán)尺寸: 取1.5</p><p><b> 取0.5</b></p><p> 3.2.8 損耗與效率</p><p> 152.定子齒鋼片重:</p><p><b> =48</b>&
104、lt;/p><p><b> =17.43</b></p><p> 153.定子軛鋼片重:</p><p><b> =122.26</b></p><p> 154.材料單位損耗: (查《中小型電機設(shè)計手冊》)</p><p> 155.齒部單位損耗:</p&
105、gt;<p> 156.軛部單位損耗:</p><p> 157.定子鐵損耗: </p><p> 158.磁極單位表面損耗:</p><p><b> =6</b></p><p><b> 式中:</b></p><p> 159.磁極表面損耗
106、:</p><p> 160.定子繞組銅損耗:</p><p><b> 式中</b></p><p><b> 161.勵磁損耗:</b></p><p> 式中 ——勵磁系統(tǒng)的效率 </p><p> 162.機械損耗:=</p><p&g
107、t; 163.附加損耗: </p><p> 164.總損耗: </p><p> 165.效率: </p><p> 3.2.9 瞬態(tài)參數(shù)和時間常數(shù)</p><p> 166.勵磁繞組漏抗 :</p><p><b> 式中</b></p><p>
108、; 167.勵磁繞組電抗:</p><p> 168.阻尼繞組直軸電抗:</p><p> 169.阻尼繞組橫軸電抗(對于全阻尼):</p><p> 170.直軸瞬態(tài)電抗:</p><p> 171.交軸瞬態(tài)電抗:</p><p> 172.直軸超瞬態(tài)電抗:</p><p><
109、;b> =0.06135</b></p><p> 173.交軸超瞬態(tài)電抗:</p><p><b> =</b></p><p><b> =0.0554</b></p><p> 174.勵磁繞組電阻:</p><p><b> =
110、</b></p><p><b> =</b></p><p> 175.勵磁繞組時間常數(shù)</p><p> 176.瞬變電流時間常數(shù):</p><p> 177.超瞬變電流時間常數(shù):</p><p><b> 178.負序電抗:</b></p&g
111、t;<p> 179.直流分量時間常數(shù):</p><p> 180.空載勵磁持續(xù)短路電流倍數(shù):</p><p> 181.額定勵磁持續(xù)短路電流倍數(shù):</p><p> 182.沖擊電流短路倍數(shù):</p><p><b> 183.整步功率:</b></p><p> 3.
112、2.10 有效材料</p><p> 184.定子繞組銅重:</p><p> 185.勵磁繞組銅重:</p><p> 186.定子硅鋼片重:</p><p> 3.2.11 主要性能指標與技術(shù)條件中的標準比較 </p><p> 表1.要性能指標與技術(shù)條件中的標準比較 </p><p&
113、gt;<b> 結(jié)束語</b></p><p> 本文對800V交流機組發(fā)電機這一領(lǐng)域進行了研究和工程設(shè)計,所做工作主要是:一電磁設(shè)計。電磁設(shè)計是直流發(fā)電機設(shè)計中最為關(guān)鍵的部分,只有選擇恰當?shù)墓β什拍苁怪顑?yōu)達到最佳匹配,從而產(chǎn)生最大效益;二相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是要符合相關(guān)技術(shù)標準規(guī)定,通用化、標準化、系列化等以產(chǎn)生最大經(jīng)濟效益。</p><p> 通過本
114、文研究得出一下結(jié)論:</p><p> 1.功率選擇時,應(yīng)根據(jù)計算參照國標選取適當值。所選功率應(yīng)盡量符合國標,特殊場合列為。</p><p> 2.主要尺寸的選取不僅僅要考慮到電機性能還應(yīng)充分考慮經(jīng)濟效益。</p><p> 3.電樞直徑參考經(jīng)驗值選取,還應(yīng)考慮合理剪裁。</p><p> 4.電樞設(shè)計包括電樞繞組、槽數(shù)和槽形設(shè)計。槽
115、數(shù)設(shè)計關(guān)系到換向性能、損耗和噪聲。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 陳中基譯:《汽輪發(fā)電機設(shè)計問題》,機械工業(yè)出版社,1957</p><p> [2] 史乃主編:《電機學》,機械工業(yè)出版社,1998</p><p> [3] 陳世坤主編:《電機設(shè)計》,機械工業(yè)出版社,198
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118、p> [11] 上海電器科學研究所:《中小型突凸極同步發(fā)電機電磁計算程序》,1973</p><p> [12] 黃鶴汀,吳善元主編.《機械制造技術(shù)》.北京:機械工業(yè)出版社,1997</p><p> [13] 梁炳文主編.《機械加工工藝圖集》.北京:航空航天大學出版社,1993</p><p> [14] 王隆太主編.《現(xiàn)代制造技術(shù)》.北京:機械工業(yè)
119、出版社,1998</p><p> [15] 許大中 賀益康 編《電機控制》 浙江大學出版 2002年1月 </p><p> [16] 樣渝欽 編《控制電機》 天津大學 機械工業(yè)出版 2001年 第一版</p><p> [17] K. Vogtu. a.:《Elektrische Maschinen(Berechnung rotierender ele
120、ktrischer Maschinen)》, VEB Verlag Technik, Berlin, 1973</p><p> [18]Dalal D Krishman R.Parameter Compensation of Indirect Vector Controlled Induction Motor Drive using Estimated Airgap Power .IEEE IAS Ann M
121、eeting ,1987:170~176</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 畢業(yè)設(shè)計是大學階段的最后并且重要環(huán)節(jié),是對我們在校學習的理論知識的一次總結(jié)和應(yīng)用。通過這次畢業(yè)設(shè)計,使我充分的認識到了自己的不足之處,也使我找準了自己的位置,同時我也看到了電機工業(yè)在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用以及它的美好前景。電機是現(xiàn)代工業(yè)和家庭等必不可少能量
122、轉(zhuǎn)換設(shè)備,所以它的性能直接與工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活密不可分,因此掌握它的原理和結(jié)構(gòu)對我們電機專業(yè)的學生來說是必要和必須的</p><p> 經(jīng)過兩個月的設(shè)計,我查閱了許多資料,大大培養(yǎng)了動手能力和查閱資料的能力,從而使自己對電動機的電磁設(shè)計有了更深一步的理解,對電機有了深刻的認識,也提高了電機理論方面的知識。當然,有些問題解決起來比較困難,由于能力和時間所限,一時還未得到很好的解決,在今后的學習和工作中,碰到
123、類似的問題,一定會更加深刻的考慮并加以解決。</p><p> 在查資料和設(shè)計的過程中,免不了遇到一些難題,在我們討論未果時,我得到了老師的耐心開導和講解,他們總是熱忱地歡迎我們?nèi)ハ蛩麊枂栴}、與他們討論問題,非常及時的給我們解決了遇到的難題。而這次課程設(shè)計更強調(diào)的是自己所真正掌握的知識,對再學習能力的培養(yǎng),這使我們受益非淺。</p><p> 現(xiàn)代社會是一個高速發(fā)展的社會,知識更新也很
124、快,我們現(xiàn)有的一點知識還是微不足道的,因此我們還要在以后的工作中不斷學習。在此我要感謝學校給了我這次機會,更要感謝指導我的老師,感謝您們辛勤的指導!</p><p><b> 學生:</b></p><p><b> 附 錄</b></p><p><b> 定子沖片圖:</b></p&
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