Обмотку возбуждения синхронных машин подключают к источнику постоянного тока, в качестве которого до недавнего времени применялись специальные генераторы постоянного тока – возбудители.
В настоящее время для возбуждения синхронных машин все чаще применяют статические устройства, например, комплектные тиристорные возбудительные устройства (ТВУ), особенностью которых является бесконтактное и быстродействующее управление током возбуждения во всех эксплуатационных режимах и наличие автоматического регулирования напряжения. Это повышает надежность и КПД, а также улучшает использование машин. Со схемой и особенностями работы ТВУ можно ознакомиться в пособии [1].
При проектировании обмоток возбуждения для улучшения охлаждения и заполнения катушки медью стремятся увеличить сечение проводников обмотки и уменьшить число ее витков при соответствующем увеличении тока возбуждения. В связи с этим напряжение для питания обмотки возбуждения выбирают низким и в некоторых случаях нестандартным. Предварительно можно принять следующую шкалу напряжений: 25, 35, 46, 65, 80, 100, 115, 160, 200, 230 В, которая не является строго обязательной. В зависимости от конкретной схемы возбуждения напряжения могут выбираться иными. Меньшие значения напряжения выбирают для машин меньшей мощности. При наличии контактных колец и щеток напряжение на обмотке возбуждения Ue выбирают на 1-2 В меньше, чем напряжение ТВУ. Номинальный ток всех типов ТВУ равен 320 А.
|
|
Обмотки возбуждения машин мощностью свыше нескольких сотен киловатт выполняют однорядными (рис. 11.1) из прямоугольной голой меди сечением больше 30 мм2, намотанной на ребро, а ее МДС увеличивают (для компенсации технологических отклонений и проч.) на 10–20 % по сравнению со значением, полученным из векторной диаграммы для номинального режима:
.
Предварительное значение плотности тока Je выбирают в пределах (3,5–5,3)·106 A/м2, причем меньшие значения соответствуют машинам большей длины и большей мощности.
Сечение проводника обмотки возбуждения qe, м2, предварительно определяют по формуле , задавшись значением тока 320 А.
Величина напряжения на обмотке возбуждения (предварительно), В,
где ρ130 = 1/39·106 0м·м – удельное сопротивление меди при рабочей температуре обмотки возбуждения 130 °С и изоляции класса В; lе ср – средняя длина витка обмотки возбуждения
В приведенной формуле δ1 = (1,5–2)·10-3 м – односторонняя толщина изоляции полюса (рис. 11.2); δ"– расстояние от центра закругления катушки с радиусом r, м,до края штампованной части полюса (табл. 11.1); be –ширина проводника обмотки, которую предварительно можно принять равной (0,05–0,1)τ.
|
|
Таблица 11.1
bm, м | До 0,1 | 0,1–0,12 | 0,12–0,15 | 0,15–0,2 |
δ", м | 0,0125 | 0,015 | 0,02 | 0,03 |
По конструктивным и технологическим требованиям отношение размеров поперечного сечения проводника обмотки возбуждения должно быть не больше 10–15. Изоляция между витками состоит из двух слоев асбестовой бумаги общей толщиной после опрессовки 0,3 мм, приклеенной к широкой стороне проводника.
Число витков в катушке полюса обмотки возбуждения
Меньший размер прямоугольного проводника определяют в зависимости от выбранной ранее высоты полюсного сердечника
где δn≈ 0,3·10-3 м – толщина изоляции между витками;
δкп=(10–15)·10-3, м – суммарная толщина изоляции обмотки от полюсного наконечника и ярма ротора (большие значения соответствуют более крупным машинам).
Рис. 11.1 Рис. 11.2
Возможный размер широкой стороны провода, м,
Затем по табл. 6.1 выбирают близкие к найденным размеры стандартной прямоугольной меди ae × be и определяют ее уточненное сечение qe=ae×be. После этого по формуле для расчёта уточняют напряжение питания обмотки возбуждения и с учётом падения напряжения 1-2 В в щёточном контакте выбирают из предложенной выше шкалы напряжений ближайшее большее значение.
Ток возбуждения
Затем необходимо уточнить высоту сердечника полюса hm и проверить минимальное расстояние между катушками соседних полюсов
которое должно быть не менее 7 мм.
После окончательного установления размеров обмотки возбуждения уточняют размеры полюса и, при необходимости, среднюю длину витка. Затем определяют активное сопротивление обмотки возбуждения при 130 и 75 °С.
Ток обмотки возбуждения при номинальной нагрузке и температуре 130 °С.
МДС обмотки возбуждения при 130 0С
Проверяют коэффициент запаса возбуждения, который должен быть в пределах 1,1–1,25:
После этого уточняют плотность тока
и определяют превышение температуры, °С,
,
где – линейная скорость ротора, м/с.
Допустимое превышение равно 90 и 110 °С соответственно при изоляции классов нагревостойкости В и F. Расчетное значение Δθ е рекомендуется принимать на 5–15 °С меньше допустимого.
Если превышение температуры получится больше или, наоборот, много меньше допустимого, необходимо осуществить пересчет обмотки возбуждения, что может потребоваться и в том случае, если расстояние x будет мало или отрицательно.
При пересчете следует попытаться изменить значения следующих величин: плотности тока в обмотке, соотношения между сторонами прямоугольного проводника, высоты и, в небольших пределах (до 6 %), ширины полюсного наконечника, сечения проводника за счет изменения Ue, воздушного зазора машины.