Calculul unui Electromagnet Generator

Exemplu de calcul electromagnetic al mașinii sincrone

Exemplul de calcul are drept scop parcurgerea intregii metodologii de proiectare a masinii sincrone. In regim de generator si motor, pe un exemplu concret.

Calculul se va efectua in paralel pe aceeasi masina, lucrand in cele doua regimuri, astfel incat sa se obtina din gabaritul respectiv aceeasi putere interioara si aproximativ aceleasi dimenisuni ale rotorului. Din aceasta cauza se vor alege, pentru cele doua regimuri, astfel de date nominale incat sa se coreleze intre ele, la anumite dimensiuni stabilite, solicitarile electromagnetice atat ca generator cat si ca motor.

Pentru o edificare mai completa a celor ce proiecteaza pentru prima data o astfel de amsina, se va avea in vedere, mai intai, masina sincrona cu poli aparenti, apoi, in aproximativ acelasi stator, se vor exemplifica si celelalte variante constructive de rotoare (varianta combinata si cu poli inecati).

Ca urmare, exemplul de calcul se va efectua in 3 cazuri:

cazul 1, cuprinde calculul electromagnetic al unei masini sincrone cu poli aparenti, ca generator si ca motor, in paralel (datele care difera sunt despartite printr-o lini verticala);

cazul 2, cuprinde calculul electromagnetic al unei masini sincrone cu rotorul in varianta combinata, care va avea aceeasi latime a piesei polare si aproximativ acelasi stator ca in cazul 1 (recalculat insa in functie de solicitarile electromagnetice indicate pentru aceasta varianta);

cazul 3, cuprinde calculul electromagnetic al unei masini sincrone cu poli inecati, cu aprozimativ acelasi stator ca inc azul 1 (recalculat, ca si in cazul 2, in functie de solicitarile electromagnetice indicate).

CAZUL 1. Sa se proiecteze un :

GENERATOR SINCRON TRIFAZAT

avand urmatoarele date:

S_n=420kVA

U_n=6300V

n_1=1000 (rot.)⁄min

f_1=50Hz

m=3

cosφ_N=0,78(inductiv)

Tipul constructiv : IM B 3 STAS 3998/1-74;

Tipul de protectie: IP 23 STAS 625-85;

Constructia rotorului : cu poli aparenti;

Serviciul : S_1(continuu) STAS 1893/1-87

Intrucat pentru fazele statorului nu se impune nici o conditie se alege conexiunea stea (Y)

CALCULUL PRINCIPALELOR MARIMI

1. Curentul nominal pe faza, pentru conexiunea Y este :

Conform relatiei (13.1)

I_NG=S_N/(√3*U_n )=(420*〖10〗^3)/(√3*6300)=38,49[A]

2. T.e.m. Nominala in faza conform relatiei (13.5)

E_1N=k_EG*U_1G=1,08*3637=3928[V] (14.2)

In care : tensiunea nominala de faza pentru conexiunea Y este

U_1NG=U_N/√3=6300/√3=3637[V]

k_EG=1,08

3. Putere aparenta interioara nominala, conform relatiei (13.7)

S_1N=k_EG*S_N=1,08*420=453,6[kVA] (14.3)

Ca urmare, stabilirea dimensiunilor principale se va face cu puterea interioara S_N=500kVA.

4. Numarul de perechi de poli , conform relatiei (13.8)

p=〖60f〗_2/n_1 =(60*50)/1000=3

5. Factorul de infasurare k_w, de forma a t.e.m. k_BSi factorul de acoperire ideala a pasului polar α_i.

Factorul de infasurare se alege conform relatiei (13.9) ⇒k_w=0,92(14.4)

Factorul de forma k_Bsi factorul de acoperire ideala a pasului polar α_i, conform figurii 13.2 rezulta : k_B=1,5si α_i=0,64(14.5)

pentru urmatoarele valori alese conform par. 13.1.5 B :

α_p=0,65, δ_M/δ=1,5,δ/τ=0,02

CALCULUL DIMENSIUNILOR PRINCIPALE

1. Diametrul interior al statorului (orientativ), conform relatiei (10.21)

D=∛(〖2p60S〗_1N/〖πλn〗_1C )=∛((6*60*500*〖10〗^3)/(π*2*1000*255))=4,82dm=48,2cm(14.6)

in care :

C=255 J⁄〖dm〗^3 din figura 10.8 ;

λ=0,75÷2,1din figura 13.3 .

Pentru a obtine dimensiuni mai mici, se estimeaza : λ=2.

Dupa o alta metoda si anume conform curbelor din figura 10.10, b, pentru S_1N=500kVAsi p=3, rezulta D=55cm (14.6,a)

2. Diametrul exterior al statorului, conform relatiei (10.22,a), pentru prima valoare a lui D (calculata), rezulta : D_e=k_D*D=1,45*48,2=69,2, iar pentru diametrul D din curbe rezulta :

D_e=k_D*D=1,45*55=79,75,in care conform tabelului 10.1, se considera k_D=1,45.

Din tabelul 10.2 se observa valoarea normalizata a diametrului exterior cea mai apropiata este : D_e=740mm=74cm.