CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 284
1974
ОБ УЧЕТЕ НАГРУЗКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА УДАРНОГО ГЕНЕРАТОРА
К. А. ХОРЬКОВ, Л. О. ОГАНЯН
(Представлена объединенным семинаром кафедр электрических машин и аппаратов
и общей электротехники)
При внезапном коротком замыкании ударного генератора часть кинетической энергии ротора преобразуется в электромагнитную энергию полей рассеяния обмотки статора. Если короткое замыкание произошло в нуль э. д. е., то электромагнитная энергия будет равна
где
Худ—индуктивное сопротивление обмотки статора при внезапном коротком замыкании,
со — угловая частота,
/уд —ударный ток (с учетом апериодической составляющей).
1/т0-— амплитуда линейного напряжения, ¿з—-'Коэффициент затухания тока.
При замыкании обмотки статора ударного генератора на индуктивную нагрузку доля кинетической энергии, преобразуемой в электромагнитную, уменьшается. Величина энергии, которую ударный генератор может отдать за один импульс тока индуктивной нагрузке, в сильной степени зависит от параметров нагрузки.
(2)
где
"2
(3)
где
—индуктивное сопротивление нагрузки, 7Н — амплитуда сверхпереходного тока при статора на нагрузку.
замыкании обмотки
" _ 2 ит0ка — •
Величина коэффициента затухания тока остается без изменения, если отношение индуктивного сопротивления нагрузки к ее активному сопротивлению будет равно отношению X у к активному сопротивлению обмотки статора.
Это допущение можно принять без каких-либо существенных погрешностей. Тогда энергию, передаваемую ударным генератором нагрузке, можно выразить в долях энергии внезапного короткого замыкания генератора. Отношение
к.
-^н-^уд
QкЗ (-^н I -^уд)2
(5)
0.3
0,2
С.!
Км 1 I
/ ----
/
«г
назовем коэффициентом нагрузки. Наибольшее значение коэффициент нагрузки принимает при равенстве индуктивного сопротивления нагрузки сопротивлению Хуя , то есть при работе ударного генератора на согласованную индуктивную нагрузку. В этом случае нагрузке передается энергия, равная 0,25 энергии внезапного короткого замыкания. С уменьшением или увеличением индуктивного сопротивления нагрузки величина электромагнитной энергии, передаваемой нагрузке, уменьшается. Зависимость коэффициента нагрузки от отношения А'..——^-,
ХуЛ
построенная согласно выражению (5), представлена на рис. 1.
При этом предполагается, что параметры ударного генератора, в том числе геометрия зубцовой зоны, остаются неизменными для различных нагрузок.
Исследования оптимальной геометрии зубцовой зоны статора ударного генератора из условия получения максимальной энергии в согласованной индуктивной нагрузке выполнены достаточно полно [1, 2]. Представляет интерес рассмотреть, как изменяется оптимальная геометрия зубцовой зоны генератора при отклонении нагрузки от согласованного значения.
С этой целью были выполнены расчеты ряда вариантов исполнения зубцовой зоны статора ударного генератора при изменении отношения ширины зубца к зубцовому шагу £ = 0,5™0,8; высоты паза к его ширине = 24-3, числа пазов на полюс и фазу ц = Ю. Величина индуктивного сопротивления нагрузки изменялась от согласованного значения до 2,5л:уд . Геометрия активной части генератора определялась размерами: диаметром расточки статора 3,9 м, длиной активной части 6 м. Скорость вращения ротора принята постоянной — 750 об/мин\ число пар полюсов изменялось от 2/? = 8 до 2р = 2 и соответственно частота напряжения генератора от 50 гц до 12,5 гц. В качестве примера на рис. 2 представлены зависимости и плотности тока в обмотке статора от £ при к,\ — — 2 и ¿/=6 для 8- и 2-полюсных ударных генераторов.
Знаком (*) на кривых энергии отмечены точки, в которых плотность тока в обмотке статора достигает 400 а/мм2, принятых нами за максимально допустимые. Очевидно, что кривые (¿ — ¡(1) имеют явно выраженные экстремумы. Для 8-полюсного генератора экстремальные
О
Рис.
1. Зависимость к„ в функции от
точки находятся на прямой £ = 0,69, а для 2-полюсного на прямой =0,83. Если принять для каждого случая экстремальное значение энергии для согласованной нагрузки (¿х = 1) за единицу, то экстремальные значения энергии при других £х в долях энергии, принятой за единицу, укладываются на кривой 1 (рис. 3). Характер этой кривой полностью соответствует зависимости кн=1(кх) рис. 1.
Рис. 2. Зависимость энергии и плотности тока в функции при к{ = 2 и 9 = 6: а) для 8-полюсиой машины с / = 50 гц\ б) для 2-полюснон
машины с ¡— 12,5 гц
При принятом ограничении допустимой плотности тока в обмотке статора для 8:полюсного ударного генератора достижение максимальной энергии невозможно и оптимальная геометрия статора генератора будет определяться значениями, значительно меньшими экстремального,
/ /,5 2 2.5 3
Рис. 3. Зависимость коэффициента
. QH max
hi лч max
A' v 1
(кривые 1, 2) и плотности тока (кривые I1 21) от значения кх I1—для 2-полюспой машины с / = 12,5 гц; 2, 21 — для 8-полюсной машины с f = 50 гц
особенно для Уменьшение <2Н для различных значений хи раз-
лично: для согласованной нагрузки оно велико, с увеличением хн— незначительно. Это приводит к тому, что отношения энергии (Зн при хн> >лгуд к энергии ¡при согласованной нагрузке будут лежать выше — .кривая 2, рис. 3. Следовательно, оптимальная геометрия зубдовой зоны статора для различных нагрузок будет различна. Для согласованной нагрузки значение £=0,61 будет наименьшим. С увеличением хп оптимальное | возрастает, достигая при д:н = 2,5 хуА значения I = 0,67. В соответствии с этим, например, для хп=215 худ энергия увеличивается от 70 Мдж при £=0,61 до 79 Мдж при £=0,67, то есть на 13%.
При уменьшении частоты генератора картина распределения и /==/(§) постепенно меняется. При наименьшей частоте /=12,5 гц (2/7 = 2), при выполнении генератора в габаритах восьмипо-люсного, точки (2н{*) с допустимой плотностью тока перемещаются за экстремальное Поэтому оптимальная геометрия зубцовой зоны статора будет определяться для всех одним и тем же значением экстремального равного в данном случае 0,83. Отношение энергий, как указывалось выше, лежит на кривой 1 (рис. 3). Однако плотность тока в обмотке статора при х >хуя значительно уменьшается, кривая I7, рис. 3. Например, при кх=2,Ь плотность тока снижается вдвое относительно допустимой (достигая всего 200 а!мм2). Это позволяет увеличить число циклов работы ударного генератора в единицу времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Г. А. С и п а й л о в, К. А. X о р ь к о в, В. 3. X о р ь к о в а, В, С. Б а к л и н, В. И. Андреев. К выбору геометрии зубцовой зоны статора ударного генератора. Изв. ТПИ, т. 211, 1970.
Г. А. Сип аилов, К. А. Хорьков, В. 3. X о р ь к о в а, В. С. Б а клин, В. И. А н д р е е в. К выбору геометрии зубдовой зоны статора многополюсного ударного генератора. Изв. ТПИ, т. 229, 1972.
