CC BY
309. Muntean N., Balança V., RISK ANALYSIS AND ASSESSMENT AT THE ENTERPRISE LEVEL: THEORETICAL AND APPLICATIVE ASPECTS, 2010, ASEM Edition, pag. 19-73
10. Rata-Muntean V. Certan V, Rata R.. Management of technical expertise. - Bucuresti : Matrix Rom, 2015. - 315 p. : il. - Bibliogr.: pp. 313-315 (55 tit.). -ISBN 978-606-25-0143-3
11. Teteorkina L.B Dezvoltarea bazelor teoretice a exprertizei economice a bunurilor imobile. Ecaterinburg, Universitatea de stat, 2007, cu drept de manuscris. Accesed on https://dspace.susu.ru/xmlui/bitstream/handle/0001.74 /16230/000361029.pdf?sequence=1?sequence=1 on 22.04.2021
12. The Appraisal of Real estate. Twelfth Edition. Appraisal institute (Illinois, USA).Library of Congress
Cataloging-in-publication Data, 2001. ISBN0-922154-67-8
13. The norms of evaluation of the constructions belonging to the citizens of R.S.S. For the purpose of state insurance, 1982 edition, approved by the Decision of the Soviet of Ministers of the R.S.S. Moldovene§ti no.119 of March 29, 1982
14. Standard Moldovean, Sistem Unic de evaluare a patrimoniului, SM 249:2004
15. UNDP. National Human Development Report 2020: Moldova. Inequalities in urban and rural Moldova, Beyond incomes and averages, looking into the future of inequalities. 12August 2020, Accepted at http://hdr.undp.org/en/content/national-human-development-report-2020-moldova, pp. 3-12
СИНХРОННАЯ МАШИНА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Баширов Б.Э.
НИУМЭИ, студент
PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR
Bashirov B.
NRUMPEI, student DOI: 10.5281/zenodo.6882633
Аннотация
Синхронная машина (СМ) - электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна направлена в ту же сторону, что и скорость электромагнитного поля. В Синхронном генераторе с постоянными магнитами на роторе обмотка возбуждения отсутствует, а магнитный поток возбуждения создаётся благодаря постоянным магнитам, а не катушкам. Целью исследования является проектирование синхронного генератора с постоянными магнитами в системе электроснабжения автономного питания.
Abstract
Synchronous machine (CM) is an alternating current electric machine whose rotor speed is directed in the same direction as the speed of the electromagnetic field. In a synchronous generator with permanent magnets on the rotor, there is no excitation winding, and the magnetic flux of excitation is created due to permanent magnets, not coils. The aim of the study is to design a synchronous generator with permanent magnets in an autonomous power supply system.
Ключевые слова: синхронный генератор, коэффициент.
Keywords: synchronous generator, coefficient.
В настоящей работе является рассмотрен примерный расчёт и проектирование синхронного генератора с постоянными магнитами мощностью 1кВт. Для этого требуется:
1. Определить главные размеры;
2. Выполнить расчет пазов статора;
3. Начертить статор;
4. Составить схему обмотки;
5. Произвести моделирование проектируемой машины для проверки результатов полученных расчётов.
Для того чтобы спроектировать нужный нам синхронный генератор с постоянными магнитами, необходимо рассмотреть систему, для которой он проектируется.
Данная система электроснабжения предназначена для обеспечения электрической энергией постоянного тока.
Рисунок №1 - Общий вид статора синхронного генератора и неявнополюсного ротора
Определение главных размеров
В связи с тем, что скорость вращения ротора синхронной генератора высокая, то использование явно-полюсной машины невозможно по причине больших потерь, поэтому применяется неявнополюсная машина. В качестве источника магнитного потока был выбран цилиндрический магнит с бандажом. Поэтому более одной пары полюсов достичь трудно и число полюсов принимается равным двум.
Значение фазного номинального тока
Р„ 1000
/н 3 ■ U„
3 ■ 140
= 2,381 (А)
Частота генератора
и■п 1■80000 / = ^ГГ =-™-= 1333 (Гц)
60 60 Расчетная мощность
р' = кЕ • Рн = 1,105 • 1000 = 1105 (В • А) А = 200 А/см- электромагнитная нагрузка.
= 0,55 Тл - при магнитопроводе якоря из стали 1411 (Э-31) и индуктора из стали 27КХ;
А
А 200
■= 363,63 < 500 — 0,55 Тл
Вs
(1)
(2)
(3)
(4)
Предварительно определяем и выбираем расчетные коэффициенты.
Расчетный коэффициент полюсного перекрытия (при равномерном воздушном зазоре) для данной конструкции является равным
а = 0,635
Коэффициент укорочения
= ^п(у/т) • (п/2) = 1 (5)
Коэффициент распределения выбирается по таблице
Коэффициент скоса кс
= 1
2sin (а/2)
fcCK = - = 1,
где а = 1,05 • рск/д = 1,05 • 1/2 = 0,525 рад, вск = 1 Обмоточный коэффициент
fc0 = • fcp • fcCK = 1 • 1 • 1 = 1
(6)
(7)
Коэффициент формы поля примем равной = 1,11, что соответствует синусоидальному распределению.
Отношение длины якоря к диаметру
Я « Я = 3,5
принимаем Я = ^ = 3,5. Диаметр якоря
D =
N
6,1 • 107 • Р'
• ^ф • • А • Ду • п • Я;
N
6,1 -107-1105
0,635 • 1,11 • 1 • 200 • 0,55 • 80000 • 3,5 • 1000
Длина якоря Полюсное деление
р=1 - число пар полюсов
I = Я • D = 3,5 • 1,463 = 5,121 (см) п • D п • 1,463
т = ■
2 • р
2 • 1
= 2,299 (см)
= 1,463 (см) (8)
(9) (10)
а
3
3
Воздушный зазор
0,36 -А-Т-10-4
5 = к' к гу* у*л = 0,05 (см), (11)
где = 1,07, Х^ = 2, = 0,1. Принимаем 5 = 0,05 см = 0,5 мм. Расчет обмотки, пазов и спинки якоря
Расчетная величина магнитного потока в воздушном зазоре
Ф5 = а • т • В5 • 11 • 10-4 = 0,635 • 2,299 • 0,55 • 5,121 • 10-4 = 4,111 • 10-4 (Вб),
где ^ - уточненное значение
44
а = О, +-;-г = 0,68 +-== 0,635
i р т/5 + 6/(1 - ар) , 6/0,038 + 6/(1 - 0,68) ,
Число витков в фазе
_ ^ • _ 1,105 • 140 _
Шф = 4 • • • / • Ф§ = 4 • 1,11 • 1 • 1333 • 4,111 •Ю-4 = 64
(12)
(13)
(14)
принимаем Шф = 64.
Выбираем двухслойную петлевую дробную обмотку, рассчитываем число проводов в пазу
"п = [^ф/(р • <?)] • а1 • а2 = [64/(1 • 2)] • 1 • 2 = 64 (15)
где а1 = 1 - число параллельных ветвей обмотки якоря, а2 = 2 - число параллельных проводов обмотки якоря.
Число пазов якоря
г = 2-р-т-д = 2-1-3-2 = 12 (16)
Зубцовое деление якоря
Я + 2 • кк + 2 • йт 1,463 + 2 • 0,1 + 2 • 0,05 Сг = п--^-т = п--—-== 0,462 (см), (17)
где кк = 0,1 см и йт = 0,05 см.
С учётом того, что повышенная частота, то возьмём материал стали 2421 и зададим Коэффициент запаса стали равным = 0,9 Толщина листа Д = 0,18 мм
Коэффициент вытеснения магнитного потока = 1 Необходимая минимальная ширина зубца
В5-те-.0 0,55 • п • 1,463
= В„,.с- .з,-Гв-г=1,2- 0,9-1.12 = 0,195 (см) (18)
где Ь2макс = 1,2, ^з.с = 0,9, Ув = 1. Максимальная допустимая ширина паза
Ьп.доп = ^ - Ь2мин = 0,462 - 0,195 = 0,267 (см) (19)
Площадь поперечного сечения провода обмотки якоря
/н 2,381
= ,■ " = = 0,198 (мм2) (20)
7 а • а1 • а2 6-1-2
где плотность тока уй = 6 А/мм2 для генераторов с охлаждением воздухом от скоростного напора. Диаметр провода
5а 0,198
йп = — =-= 0,06 (мм) (21)
л л
Принимаем = 0,06 мм по таблице для проводов ПЭТВ.
Выбираем провод круглого сечения марки ПЭТВ-1 (ТИ-130) с номинальным диаметром провода 0,6 мм и паз трапецеидальной формы. Ширина прорези паза
= • 2,5 = 0,06 • 2,5 = 0,15 (мм) (22)
По графику 2.15 из [2] определяем выбираем = 1200, тогда
. _ 1200 _ А
]а < ~ = 1т = 6 (мм ),
Выбранная плотность меньше допустимого значения по условиям нагрева якорной обмотки генератора.
Определение размеров паза
Коэффициент заполнения паза с учётом круглого проводника примем равным &ЗП = 0,35. Выбираем трапецеидальный паз и вычислим его площадь. Площадь паза рассчитывается
ип • 5„ 64 • 0,198 ^паз = = 035 = 36,281 (мм2) (23)
Принимаем 5паз = 36,281 • 10-2 = 0,363 см2. Большее основание паза выразим
& + Ьцдоп Ьцдоп) Ьддоп)
2 Л 2 • cosy 4
= 5 (24)
= °паз,
где cosy = 0,258.
Большее основание паза: а = 0,67 см Высота паза
0,363
»■ = («+^„)/2 = (0.6 + 0.267)/2 = 0'763 (СМ) (25)
Радиальная высота спинки якоря
Ф6/2 4,111 • 10-4/2
V = W1-10-4-*« = 1,2 • 5,121 • 10-4 • 0,9 = 0,4 (см) (26) Наружный диаметр якоря
(D ч /1,463 \
£>н = 2 • (- + hn + hfc + hT + V) = 2 • [—— + 0,768 + 0,1 + 0,05 + 0,4 ) = 4 (см) (27)
Длина лобовой части секции
T,r ? 9QQ
ls = —^ + 1 + hn = 2,299 + 1 + 0,768 = 5,206 (см) (28)
s cosac п 0,871 v ' v'
где cos ac
cos ac = V1 - z • (a + 0,1)/[n • (D + 2 • hk)] = V1 - 0,492 = 0,871 (29)
Средняя длинна витка
1аср = 2 • (l + ls) • 10-2 = 2 • (5,121 + 5,206) • 10-2 = 0,207 (м) (30)
Омическое сопротивление фазы обмотки якоря при 20 °С
(!аср-4ь) 0,207 • 64
Г20 °с = 7 аФ, , = ^ТТ^Г^ = 0,584 (Ом) (31)
(57 • Sa • a1 • a2) 57 • 0,198 • 1 • 2
Омическое сопротивление фазы обмотки якоря в нагретом состоянии
re = r20 2С • (1 + ае • Дв) = 0,584 • (1 + 0,004 • 150) = 0,935 (Ом) (32)
где ае = 0,004 — температурный коэффициент сопротивления, Дв = 150 — перегрев свыше 20 °С.
Активное сопротивление фазы обмотки якоря рассчитывается
Гай = • Ya = 0,935 • 1 = 0,935 (Ом), (33)
где Ya = 1
Радиальная высота спинки якоря
_ Ф5/2 _ 4,111 • 10-4/2 _
V = Ь2макс^М0-4^з.с = 1,2 • 5,121 • 10-4 • 0,9 = 0,4 (см) (34)
Наружный диаметр якоря [7].
/D \ /1,463 \
£>н = 2 • (- + hn + hfc + hT + hja ) = 2 • {—— + 0,768 + 0,1 + 0,05 + 0,4 ) = 4 (см) (35)
На основе расчетных данных были составлены эскиз якоря и схема обмотки якоря.
В рамках опыта также необходимо снять приблизительные потери в стали. Для снятия потерь осуществляется моделирование потерь в стали по методу Бертотти. Полученный график представлен на рисунке 7.8.
Рисунок №2 - Потери в стали
Р™ = /2 • ггп • 3 = 2,3812 • 0,935 • 3 = 15,9 (Вт)
Потери в меди
р - ,
'н 'ср
Суммарные потери
Рсумм = Реи + ^ = 15,9 + 138 = 153,9 (Вт) Электрические потери
Рэлектр = 3 • • /н • сosф = 3 • 140 • 2,381 • 0,9 = 900,018 (Вт) Приблизительный КПД проектируемого двигателя
900,018- 153,9
П =■
Р — Р
1 электр 1 сумм
4 электр
900,018
= 0,83
(38)
(39)
(40)
(41)
КПД имеет допустимое к эксплуатации значение, что свидетельствует о правильности выполнения проектирования.
В рассматриваемом разделе были найдены главные размеры статора и ротора проектируемого генератора, определены размеры пазов статора и длины его проводящей части, а также проведено компьютерное моделирование для проверки выбранных параметров генератора.
Спроектирован синхронный генератор с постоянными магнитами, необходимый для обеспечения питанием потребителя. Для этого были рассчитаны главные размеры, выполнен расчет пазов статора, составлена схема обмотки, проведены опыты
в среде моделирования FLUX для сравнения результатов расчётов.
В ходе выполненной работы, и проведенного моделирования, были получены выходные параметры электроэнергии проектируемой системы электроснабжения автономного объекта, что соответствует данным реального генератора и свидетельствует о правильности выполнения работы.
Список литературы
1. О.З. Попков Основы преобразовательной техники. 2012
2. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа, 1982. 272 с.
