(整理)发电机电磁计算.
凸极同步发电机电磁计算程序
凸极同步发电机电磁计算程序额定数据和主要尺寸1.额定电压 U N V600=2.额定转速 n N 1500/m in r = 3.额定频率 ƒHZ 50= 4.额定功率因数 cos ϕ=0.8 5.额定电流80NIA=6.相数 m=3 7.确定功率:600800.8 1.173.16P k w=⨯⨯⨯=8.根据功率取对应T2X-250L 电机,额定功率75NP k w=9.效率 91.4%η=10.极数 2p 1201205041500Nf n ⨯===11.计算功率:'1.0875101.25c o s 0.8E N K P P k wϕ⨯===式中 1.08EK=(对于同步发电机取值)12.极弧系数:极弧长度(0.630.72)pbτ=~取'pα=0.67pb τ= 13.气隙磁密 (0.71.07B T δ=~ 取0.8BTδ=14.取线负荷280/280/A K A m Ac m==15.电机的计算体积3'2'16.110il p B d p NPD le f K K A B n δα⋅⋅⨯⋅=⋅⋅⋅33336.110101.25100.67 1.110.92280000.8150027.110m-⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯16.主要尺寸比:0.6 2.5λ=~17.定子铁心内径取值范围il D =0.23990.3860m==~18.定子铁心铁外径:()111.42 1.420.23990.3407i D D m===~0.3860~0.5481按标准选取1430Dm m=则定子内径:11430302.823001.421.42i D D c m m m==≈≈19.定子铁心有效长度:23122127.1100.30113000.3i i D lef l lef m m mD -⋅⨯≈==≈≈20.定子铁心净长度:()3000.92276F et F et k kF et l K l n b K l m m=-=⋅=⨯=式中F e tK=0.92(对0.5mm 厚硅钢片)在对发电机的计算中,kknb 不计入F e tl 中本次设计选用的硅钢片型号为:DR530-50对应的老牌号为D2221.磁极铁心总长度:300me f l l m m==22.磁极铁心净长度:0.953028.5F e m F e m m l Kl c m=⋅=⨯=式中F e mK=0.95(对于1 1.5m m ~厚钢片)23.极距: 1300235.524i D m mpππτ⨯===24.圆周速度:223.55/1000f m sτν=⋅=25.气隙长度:最小气隙:cKB A ⋅⋅⋅=δτδ)~(30.025.028023.550.250.300.5 1.03030.8m m⨯=⨯=(~)~1.2364取1.1m mδ=最大气隙: 1.5 1.65Mm mδδ==26.铁心的计算长度:23002 1.130.22ill c mδ=+=+⨯=5.2 定子绕组27.每极每相槽数:4=q28.定子槽数:槽4843421=⨯⨯==pmq Z29.取绕组节距比:65=β30.绕组节距:1043651=⨯⨯=⋅=mq y β31.绕组短距系数(基波):sin 0.9662pKπβ=⋅=()32.绕组分布系数(基波):s in20.958s in2dmK q m qππ==⋅33.绕组系数(基波): 0.925d p pdK KK=⋅= 34.预计每极磁通''20.80.670.23550.30 3.7910pef B l w bδατ-Φ=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯=⨯35.每相串联匝数初值''2144.5444.44 4.44500.925 3.7910d p N fK -===Φ⨯⨯⨯⨯取匝36.取并联支路数2a = 37.每槽导线数:'12223441148S a m N N Z ⨯⨯⨯=== 取11sN=38.每相串联导体数:1148118832s Z N Nm a φ⋅⨯===⨯88442N ==匝39.线负荷:A=1138880224.2/3.1430Ni m N I A cmD φπ⨯⨯==⨯5.3 定子槽型尺寸(选取梨型槽)40.选定槽口尺寸:120.30.130s o s o s s b c m h c m h m h α===、、=0.15c 、=1.1c m 、齿靴角41.定子齿距:11301.962548i sD t c mZ ππ⨯===()()11111123020.10.15 1.995248i o s s D h h t c mZ ππ++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===()()1111122123020.10.15 1.1 2.13948i o s s s D h h h t c mZ ππ++++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===()()1111121()1322300.10.15 1.133 2.02148i o s s s D h h h tc mZ ππ⎡⎤⎡⎤++++++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦===42.定子齿宽度:111.96250.8 1.0666 1.21890.92(1.40 1.60)s t F et t B b c mKB δ⋅⨯===⋅~~式中:F eK :铁心叠压系数,取0.921t B :定子齿磁密,取1.40 1.60T ~取11.1t bc m=43.槽形尺寸如图5.1:图5.1 定子槽形尺寸111 1.9952 1.10.89520.9s s t b t b c m c m=-=-=≈1211800.901801.10.522248s s s b R h tgtgcmZ ︒︒=+⋅=+=222 2.139 1.04 1.099t s s b t R c m =-=-=111()()332.0210.90 1.121s ts s btb c m=-=-=则定子齿计算宽度:'212 1.0992 1.11.1033t t tsb b bc m+⨯+⨯==≈44.定子槽深:12 1.87ss o s s s hh h h R c m=+++=45.槽面积,取槽锲厚度0.25h cm =,如图5.2所示:图5.2 定子槽尺寸2112222s s ss s s R b R A h h h π+=+-+()220.520.900.521.250.2522π⨯+=-+()=21.39c m46.槽绝缘面积 取:0.03ic mδ=()1212()2i i s s s s A h h R b δπ=+++⎡⎤⎣⎦+[]0.030.90π=⨯⨯⨯+2 1.25+(2+)0.52=20.182c m21.390.182 1.21sef s i A A A cm=-=-= 取槽满率为75%,绕组并绕根数为3tN=则绝缘导线直径:0.1658d cm===查表取铜对应的标称线规QZ:标称导线直径d=1.60mm 漆膜厚度0.06——0.11 47.定子导线截面积(查表得):22.0106a q m m=48.定子绕组电密:280 6.63/23 2.0106N at aI j A m ma N q ===⨯⨯49.发热参数:224.20 6.631486.45/ja AA j A c m=⋅=⨯=5.4 磁路计算50.定子齿计算高度:'120.521.25 1.4233s tss s R h h h c m=++=+=51.定子轭高度:112i js s D D h h -=-43301.87 4.632c m-=-=52.定子轭计算高度:'13jsjsshhR =+0.524.63 4.803c m=+=53.定子轭磁路长度:'143 4.814.9948jsl D h c mpππ-=-==j s ()()54.极靴宽度:'011802sin2p pi m bD pαδ=-⋅()0.6718020.165s in14.8354c m⨯=-⨯⨯=(30)55.磁极偏心距:]cos 22[21111θδδδδδδ)()())((m i i mi mD D D H ------=其中11arcsin302p i mb D θδ︒==-0.55 2.753003002[ 1.1 1.65c o s 30]22︒⨯-=---(300)()()=4.00mm56.极靴圆弧半径1300 4.00 1.1144.922i p D R H m mδ=--=--=57.极靴边缘高度:' 2.5ph m m =(设计时取值)58.极靴中心高度:'111c o s 22i i ppm D D hhδδθ=+--⋅()-() =3003002.5 1.1 1.65c o s 3022︒+---()()=22.93mm59.初取漏磁系数:3'10 1.11011 1.0470.2355δστ-⨯=+=+=60.磁极宽度(磁极尺寸如图5.3所示):''424101.047 3.8810109.2028.5 1.55m F em mb cml B σ-Φ⨯⨯⨯==⨯=⋅⨯61.转子轭内径:808()irD m m c m ==取值62.转子轭外径:16516.5jrD m m c m== 63.磁极中心高:δ---=p jr i mh D D h)(121116.5 2.2930.112=---(30) =4.357cm64.磁极侧高度:'21c o s 2jrmm D hh θ=+-()式中29.2a rc s ina rc s in33.8916.5m jrb Dθ︒===16.54.3571c o s 33.892︒=+-()=5.7595c m65.转子轭高度:16.584.2522jrir jr DD h c m--===66.转子轭计算高度:'*12jrir jrDD hi-=+irD 2.2,4;6;8*........6;8;10p i ⎧⎫⎨⎬⎩⎭=14.25 5.586+⨯8=图5.3 磁极尺寸67.转子轭磁路长度:'4jrjrjr l Dh pπ=-()=16555.8 4.2861c 8mπ-=()68.转子轭轴向长度:31.2rl c m=69.磁极与轭间残隙:222300.8100.8100.09300300m l c mδ--=+⨯=+⨯=()()70.实际极弧系数:2a rc sin2180p p ppb R R πατ︒=⋅=14.835214.49a rc s in214.4923.55180π⨯⨯⨯⨯。
水轮发电机电磁计算单SFW3200-8-1730
水轮发电机计算单发电机型号:设计时间 :2011-10-29 16:01:58=======================================================================序号名称变量结果单位=======================================================================一. 基本数据1.1 额定数据1.101 额定功率 Pn 2000 (kW)1.102 额定功率因素 cosθn .81.103 额定容量 SN 2500 (kVA)1.104 额定电压 UN 6300 (V)1.105 相电压 Uθ 3637.307 (V) 1.106 额定电流 IN 229.114 (A) 1.107 相电流 Iθ 229.114 (A) 1.108 额定转速 nN 750 (r/min) 1.109 飞逸转速 nr 4 (r/min)1.110 额定频率 fN 50 (Hz)1.111 极数 2p 81.112 相数 M 31.113 飞轮力矩 GD2 737.895 (kN.m) 1.114 无功功率 Pr 1500.0000 (kW) 1.115 机械时间常数 Tmec 5686.403 (s) 1.115 重量估算 Gr 5.645 (t)1.2 定子铁芯和转子磁极铁芯尺寸1.201 定子铁芯外径 Dl 173 (cm)1.202 定子铁芯内径 Di 132 (cm)1.203 定子槽宽度 bs 1.68 (cm)1.204 定子槽高度 hs 7.48 (cm)1.205 定子槽楔高度 hk .5 (cm)1.206 定子线圈单边绝缘厚度δi .265 (cm)1.207 定子铁芯径向通风槽宽度及通风槽数 bvnv 9 (cm)1.208 无通风槽的定子铁芯长度 l 45 (cm)1.209 各段铁芯长度不相等时相邻通风槽的平均距离 tv 5.4 (cm)1.3 定子绕组数据1.301 定子槽数 Z 1081.302 每极每相槽数 q 4.51.303 每项并联支路数 a 11.304 每槽有效导体数 Ns 61.305 每支路电流 Ia 229.114 (A)1.306 定子线圈线规2.24x4.751.307 定子槽电流 Is 1374.684 (A) 1.308 电负荷 A 358.1979 (A/cm) 1.309 绕组节距 Y 111.310 短距系数β .8151.311 每相串联匝数 Wθ 1081.312 每支路有效导体截面积 Ac 61 (mm)1.313 定子绕组的电流密度 J 3.756 (A/mm) 1.314 热负荷 AJ 1345.3913 (A/cm.mm) 1.315 定子铁芯总长度 lt 54 (cm)1.316 定子绕组端部每半匝平均长度 lE 78.0079 (cm) 1.317 定子绕组每匝平均长度 lc 264.016 (cm) 1.318 定子绕组每相电阻 r(15) .082007 (Ω) 1.319 定子绕组每相电阻 r(75) .101689 (Ω)1.4 励磁绕组数据1.404 励磁绕组铜线线规 af 3.15 (mm)1.405 励磁绕组铜线线规 bf 22.4 (mm)1.406 励磁绕组铜线截面积 Af 70.56 (mm)1.407 励磁绕组每极匝数 Wf 53.51.408 励磁绕组每极匝数长度(单排线圈) lcf 199.5 (cm)1.409 励磁绕组电阻 Rf(15) .2123 (Ω)1.410 励磁绕组电阻 Rf(75) .2633 (Ω)1.411 励磁绕组电阻 Rf(120) .3015 (Ω)1.412 励磁绕组电阻 Rf(130) .31 (Ω)1.413 极弧半径 Rp 56.7516 (cm)2.106 极靴宽度 bp 36 (cm)2.126 极靴高度 hp 5.5 (cm)2.127 极身宽度 bm 23.5 (cm)2.128 极身高度 hm 21 (cm)1.5 阻尼绕组数据1.401 阻尼条节距 t2 3.07 (cm)1.402 阻尼绕组槽开口宽度 bsh 3 (mm)1.403 阻尼绕组槽开口高度 hsh 3 (mm)1.413 每极阻尼条数 nB 71.414 阻尼条直径 dB 14 (mm)1.415 圆阻尼条截面积 AB 1.5386 (cm)1.416 阻尼条长度 lB 73 (cm)1.417 阻尼环厚度 aR 10 (mm)1.418 阻尼环宽度 bR 50 (mm)1.419 阻尼环截面积 AR 500 (mm)1.420 阻尼环平均直径 DR 1304 (mm)1.421 直轴阻尼绕组电阻(标幺值) RDd* .021.422 交轴阻尼绕组电阻(标幺值) RDq* .0154二. 空载磁势计算2.1 磁路计算2.101 定子齿顶处齿距 t13.8378 (cm) 2.102 极距η 51.836 (cm) 2.103 气隙δ .8 (cm)2.104 比值δ/η .01542.105 比值δmax/δ 1.52.107 极弧系数αp .6942.108 定子1/3齿高处齿距 t1/33.9828 (cm) 2.109 定子1/2齿高处齿距 t1/24.0553 (cm) 2.110 定子齿顶处齿宽 bt 2.1578 (cm) 2.111 定子1/3齿高处齿宽 bt1/3 2.3028 (cm) 2.112 定子1/2齿高处齿宽 bt1/2 2.3753 (cm) 2.113 定子轭高 hj 12.52 (cm) 2.114 定子轭磁路长 Lj 62.9884 (cm) 2.115 定子铁芯叠压系数 KFE .942.116 定子铁芯有效长度 lef 42.3 (cm)2.117 比值 lt/η 1.04172.118 定子铁芯边缘段阶梯形高度 a1 0 (cm)2.119 定子铁芯边缘段阶梯形宽度 c1 0 (cm)2.120 定子铁芯计算长度 Lt' 54 (cm)2.121 主极极靴长度 lp 54 (cm)2.122 主极极身长度 lm 54 (cm)2.123 主极极靴计算长度 lp' 55.6 (cm)2.124 轴向气隙计算长度 l0 54.8 (cm)2.125 计算气隙δ' .933 (cm) 2.129 磁极压板厚度δp 4.5 (cm)2.130 磁极铁芯计算长度 lm' 58.5 (cm)2.131 磁极结构尺寸 ap 6.25 (cm)2.132 磁极结构尺寸 dt3.8455 (cm) 2.133 磁极结构尺寸 cp 12.8173 (cm) 2.134 磁极结构尺寸ηm 15.148 (cm) 2.135 定子齿重 GFet 633.1094 (kg) 2.136 定子轭重 GFej 2164.694 (kg) 2.137 磁极压板截面积 Ap 74.025 (cm) 2.138 磁极铁芯截面积 Am 1378.98 (cm)2.2 空载特性计算2.201 绕组基波短距系数 Kp1 .95792.202 绕组基波分布系数 Kd1 .956262.203 绕组基波系数 Kdp1 .9162.204 基波磁通θ1 .1656 (Wb)2.205 磁场波形系数 kθ .98582.206 极弧磁通系数 kλ .92022.207 空载额定电压时的每极磁通θ .1632 (Wb)2.208 空载额定电压时极靴部分的磁通θλ .1502 (Wb) 2.209 极靴上气隙的平均磁通密度 Bδ .7614 (T)2.210 定子1/3齿高处的磁通密度 Bt1/3 1.6458 (T)2.211 定子1/2齿高处的磁通密度 Bt1/2 1.5958 (T)2.212 定子轭的磁通密度 Bj 1.5408 (T)2.213 定子齿的气隙系数 kδ1 1.14622.214 定子铁芯径向通风槽的气隙系数 kδ2 1.07282.215 转子阻尼绕组槽的气隙系数 kδ3 1.02482.216 总气隙系数 kδ 1.26012.217 定子齿的磁位降 Ft 1092.08 (A)2.218 定子轭的磁位降 Fj 2519.536 (A) 2.219 磁极漏磁系数ζm 1.17482.220 极身根部磁通θm .1917 (Wb)2.221 极身根部的磁通密度 Bm 1.3902 (T)2.222 极靴的漏磁系数ζp 1.05762.223 极身上部的磁通θp .173 (Wb)2.224 极身上部的磁通密度 Bp 1.255 (T)2.225 磁极的平均磁通密度 Bm1/2 1.3564 (T)2.226 磁极的磁位降 Fm 1139.5 (A)2.227 转子轭与磁极接缝处的磁位降 Fj2 695.1 (A)2.228 气隙磁位降 Fδ 14322.5224 (A) 2.229 额定电压下的空载磁位降 Ff0 19768.7384 (A) 2.230 定子绕组漏抗 Xζ .0637三. 负载磁势计算3.1 短路和额定千伏安cosθ=0时的磁势计算3.101 短路电流为额定电流时的磁位降 Fk 13561.8953 (A) 3.102 短路比 Kc 1.45773.103 定子绕组总漏抗 Xζt .10823.104 cosθ=0时对应额定电压Uθ的每极磁通θ' .1736 (Wb)3.105 气隙平均磁通密度 Bδ' .8099 (T)3.106 空气隙的磁位降 Fδ' 15234.8449 (A) 3.107 定子轭的磁通密度 Bj' 1.6389 (T)3.108 定子轭的磁位降 Fj' 4383.9926 (A) 3.109 定子齿的磁通密度 Bt1/3 1.7506 (T)3.110 定子齿的磁位降 Ft1/3 1675.52 (a)3.111 磁极漏磁系数ζm' 1.30563.112 极靴的漏磁系数ζp' 1.10083.113 极身根部的磁通密度 Bm' 1.6963 (T)3.114 极身上部的磁通密度 Bp' 1.4385 (T)3.115 磁极的平均磁通密度 Bm1/2 1.6319 (T)3.116 磁极的磁位降 Fm' 2803.7 (A)3.117 转子轭与磁极接缝处的磁位降 Fj2' 848.15 (A)3.118 额定千伏安.cosθ=0过励时的总磁位降Σ 37595.7581 (A)3.2 用图解法确定额定负载时的磁势3.201 额定励磁磁动势 Ffn 33018.0919 (A)四. 励磁数据4.01 空载额定电压时的励磁电流 If0 184.7546 (A) 4.02 额定负载时的励磁电流 Ifo 308.5803 (A) 4.03 额定负载时励磁绕组的电流密度 Jf 4.3733 (A/cm) 4.04 空载时励磁绕组的滑环电压 Uf0 39.2234 (V)4.05 额定负载时励磁绕组的滑环电压 UfN 95.6599 (V)4.06 集电环上的励磁电压增长速度ΔUf 191.3198 (V/s) 4.07 直流励磁机的额定电压 Uf 105.2259 (V) 4.08 直流励磁机的额定电流 If 339.4383 (A) 4.09 直流励磁机的额定功率 Pf 35.7177 (kW) 4.10 励磁系统的顶置电压 Ufmax 191.3198 (V) 4.11 直流励磁机的最大励磁电流 Ifmax 877.6251 (A) 4.12 直流励磁机的瞬时最大功率 Pfmax 167.9071 (kW)五. 损耗和效率5.1 空载损耗5.101 空载额定电压时定子齿中铁耗 PFet 3.4261 (kW)5.102 空载额定电压时定子轭中铁耗 PFej 8.3511 (kW)5.103 空载额定电压时极靴表面附加损耗(叠片或实心磁极) PFepo 2.8552 (kW)5.104 空载时总损耗 PFe 14.6324 (kW)5.2 短路损耗5.201 并联股线间的环流系数 Kr .0062725.202 并联股线间的环流系数ε .374985.203 涡流损耗系数 Ks .01055.204 定子绕组费立德系数 KF 1.01685.205 短路电流为额定电流时磁场三次谐波在定子齿中的磁通密度 B3 2805.0193 (T) 5.206 短路电流为额定电流时磁场三次谐波在定子齿中引起的附加损耗 Pt3 1.7286 (kW) 5.207 额定电流时定子绕组铜耗 Pcu 16.014 (kW) 5.208 额定电流时双层定子绕组铜耗 Pcus .2686 (kW) 5.209 短路电流为额定电流时定子磁场中齿谐波在极靴表面及阻尼绕组中产生的附加损耗 Ppt .1143 (kW) 5.210 短路电流为额定电流时定子绕组磁势中高次谐波在极靴表面产生的附加损耗 Pkv .0558 (kW) 5.211 短路电流为额定电流时在定子此压板及端盖上的附加损耗 Pad .2395 (kW) 5.212 短路电流为额定电流时的总损耗 Pk 18.4208 (kW)5.3 励磁损耗5.301 额定负载,额定电压额定功率因数时的励磁损耗 Pcuf 25.6891 (kW)5.4 机械损耗(摩擦损耗及通风损耗)5.401 风摩损耗 Pfv 11.4305 (kW) 5.402 总机械损耗(包括风摩损耗) Pmec 51.4305 (kW)5.5 效率5.501 总损耗Σ 84.4837 (kW) 5.502 发电机额定负载时的效率η 95.947六. 温度计算6.1 定子温度计算6.101 铁耗在定子内圆产生的单位热负载 W1 .7241 (W/cm) 6.102 铜耗在定子内圆产生的单位热负载 W2 .342 (W/cm) 6.103 铜耗在线圈表面产生的单位热负载 W3 .0679 (W/cm) 6.104 铁芯对空气的温升θFe 33.8543 (K) 6.105 线圈绝缘温度降θi 11.246 (K) 6.106 线圈端部表面对空气的温升θE 24.9225 (K)6.107 定子有效部分的最高温升θmax 45.1 (K)6.108 定子线圈对空气的平均温升θcu 39.2131 (K)6.2 转子温度计算6.201 励磁损耗在磁极线圈侧表面产生的单位热负载 W2' 1.0985 (W/cm) 6.202 转子线圈的电负荷 A2 868.8972 (A/cm) 6.203 转子线圈的表面热系数 W〃 .0195 (W/cm℃) 6.204 转子线圈对空气的温升θf 56.3333 (K)七.经济指标7.01 发电机定子有效铁重 GFe 2797.8034 (kg) 7.02 定子绕组铜重 Gcu 464.4031 (kg) 7.03 励磁绕组铜重 Gcuf 536.2104 (kg) 7.04 阻尼条重量 GB 55.9792 (kg) 7.05 阻尼环重量 GR 36.4416 (kg) 7.06 发电机有效铜重 Gcut 1093.0343 (kg) 7.07 发电机单位容量有效铁重量 gfe 1.1191 (kg)7.08 发电机单位容量有铜铁重量 gcu .1858 (kg)八. 电抗和时间常数的计算8.1 电抗的计算8.101 定子绕组矩形波磁动势 Fa 12012.8686 (At) 8.102 定子绕组直轴电枢反应系数 Kad 1.0538.103 定子绕组电枢反应直轴磁动势 Fad 12649.550625 (At) 8.104 直轴电枢反应电抗 Xad .8831938.105 定子交轴与直轴电枢反应基波磁通之比 Kq .498.106 交轴电枢反应电抗 Xaq .4890468.107 定子绕组漏抗 Xζ .06378.108 直轴同步电抗 Xd .9468938.109 交轴同步电抗 Xq .5527468.110 极靴之间漏磁导λpl .4481658.111 极身之间漏磁导λml .7624778.112 磁极端面之间漏磁导λmb .1486328.113 磁极总漏磁导λm+p 1.3592748.114 瞬变过程磁极总漏磁导Λ 1.0026048.115 励磁绕组总电抗 Xζ2 1.0064728.116 励磁绕组漏抗 Xζf .1232798.117 直轴瞬变电抗 Xd' .1718798.118 交轴瞬变电抗 Xq' .5527468.119 阻尼绕组直轴漏抗(开口槽) Xζd .0794768.120 阻尼绕组交轴漏抗 Xζq .059607 8.121 直轴超瞬变电抗 Xd〃 .098062 8.122 交轴超瞬变电抗 Xq〃 .116831 8.123 负序电抗(当短路时) X2 .107036 8.124 负序电抗(外接大电抗时) X2 .005728 8.125 零序电抗 X0 .031276 8.126 定子绕组电阻(标幺值) R* .006405 8.127 励磁绕组电阻(标幺值) Rf* .0014168.2 时间常数的计算8.201 定子绕组开路时励磁绕组的时间常数 Tdo' 2.2636 (s) 8.202 定子绕组和励磁绕组开路时直轴阻尼绕组的时间常数 TDdo' .1533 (s) 8.203 定子绕组开路时交轴阻尼绕组的时间常数 TDqo' .1135 (s) 8.204 定子绕组短路时励磁绕组的时间常数 Td' .4109 (s) 8.205 定子绕组开路时,励磁绕组短路时直轴阻尼绕组的时间常数 Tdo〃 .0299 (s) 8.206 定子绕组及励磁绕组短路时直轴阻尼绕组的时间常数 Td〃 .0171 (s) 8.207 定子绕组短路时交轴阻尼绕组的时间常数 Tq〃 .024 (s) 8.208 励磁绕组短路时定子绕组的时间常数 Ta .0532 (s) 8.209 机端三相短路时瞬变电流衰减时间常数 Td3' .4109 (s) 8.210 机端三相短路时超瞬变电流衰减时间常数 Td3〃 .0171 (s) 8.211 机端三相短路时定子电流非周期分量衰减时间常数 Ta3 .053 (s) 8.212 机端两相短路时瞬变电流衰减时间常数 Td2' .599 (s) 8.213 机端两相短路时超瞬变电流衰减时间常数 Td2〃 .022 (s) 8.214 机端两相短路时非周期分量衰减时间常数 Ta2 .0532 (s) 8.214 机端单相短路时瞬变电流衰减时间 Td1' .647 (s) 8.214 机端单相短路时超瞬变电流衰减时间 Td1〃 .0228 (s)。
(整理)水轮发电机基本知识介绍
水轮发电机基本知识介绍一. 关于发电机电磁设计水轮发电机电磁设计的任务是按给定的容量、电压、相数、频率、功率因数、转速等额定值和其他技术要求来确定发电机的有效部分尺寸、电磁负荷、绕组数据及性能参数等。
水轮发电机电气参数的选择,主要依据电力系统对电站电气参数和主接线的要求,同时根据《水轮发电机基本技术条件》、《导体和电器设备选择设计技术规定》等相关规范来选择,当然也要根据具体电站的要求。
在电磁设计过程中考核的几个主要参数:磁密,定、转子线圈温升,短路比,主要电抗,效率,飞轮力矩。
二. 电磁设计需要输入的基本技术数据(一)额定容量、有功功率、无功功率和功率因数的关系Φ--发电机输出电流在时间相位上滞后于电压的相位角额定容量S=√3U N I N =22Q P有功功率P=√3U N I N cos φ=S ·cos φ无功功率Q=√3U N I N sin φ=S ·sin φcos φ= SP (二)发电机的电磁计算需要具备以下基本的额定数据:功率/容量,功率因数,电压,转速(极数),频率,相数,飞轮力矩(转运惯量)1. 额定容量(视在功率)或者额定功率(有功功率)S=φcos P (kV A / MV A ) P=水轮机额定出力×发电机效率 (kW / MW )发电机的容量大小更直接反映发电机的发电能力。
有功功率结合功率因数才能完整反映发电机的输出功率能力。
2. 额定功率因数cos φ发电机有功功率一定时,cos φ的减小,可以提高电力系统稳定运行的功率极限,提高发电机的稳定运行水平;同时由于增大了发电机的容量,发电机造价也增加。
相反,提高额定功率因数,可以提高发电机有效材料的利用率,并可提高发电机的效率。
近年来由于电力系统容量的增加,系统装设同步调相机和电力电容器来改善其功率因数,以及远距离超高压输电系统使线路对地电容增大,发电机采用快速励磁系统提高稳定性,使发电机额定功率因数有可能提高。
凸极式同步发电机的电磁功率
凸极式同步发电机的电磁功率引言凸极式同步发电机是一种常用于发电厂的发电设备,它通过将机械能转换为电能,为人们提供了稳定可靠的电力供应。
本文将对凸极式同步发电机的电磁功率进行详细介绍。
凸极式同步发电机的结构和工作原理凸极式同步发电机由转子和定子两部分组成。
转子通常由铜制成,具有凸起的极轮结构。
定子则由线圈和铁芯构成,线圈绕制在铁芯上。
凸极式同步发电机的工作原理是利用转子在磁场中旋转产生感应电动势,并通过定子线圈中的导体产生感应电流。
当转子旋转时,由于磁场的变化,定子线圈中会产生交变电流。
电磁功率的定义在讨论凸极式同步发电机的电磁功率之前,我们先来了解一下什么是功率。
功率是衡量能量传递速度的物理量,表示单位时间内完成功的能力。
对于凸极式同步发电机而言,电磁功率是指通过电磁转换所产生的功率。
电磁功率的计算公式凸极式同步发电机的电磁功率可以通过以下公式进行计算:P_{em} = \frac{3}{2} \cdot V_{ph} \cdot I_{ph} \cdot \cos(\theta)其中,P_em表示电磁功率,V_ph表示相电压,I_ph表示相电流,θ表示相角。
这个公式基于三相交流电机的特点进行推导,其中因子3/2是为了将单相电流转化为三相电流。
影响凸极式同步发电机电磁功率的因素凸极式同步发电机的电磁功率受到多种因素的影响,下面我们来逐一介绍这些因素:1.线圈匝数:线圈匝数越多,发电机的输出功率越大。
2.磁场强度:磁场强度越大,发电机的输出功率越大。
3.转速:转速越高,发电机的输出功率越大。
4.功率因数:功率因数是指实际有用功与视在功之比,影响着发电机的输出功率。
5.负载:负载大小会直接影响发电机的输出功率。
凸极式同步发电机的电磁功率控制为了使凸极式同步发电机能够稳定运行并输出所需的功率,需要对其进行电磁功率控制。
以下是一些常用的控制方法:1.调节励磁电流:通过调节励磁电流大小,可以改变磁场强度,从而控制发电机的输出功率。
凸极同步发电机电磁计算程序
Kd
0.9577
0.9577
0.9577
25.绕组系数(基 波): 26.并联支路数: 27.每槽导体数:
Kdp a Ns
0.9250 2 8 4 64
0.9250 2 8 5 64
0.9250 2 8 3 64
28.并绕导线根数: Nt 29.每相串联导体 N 数: 30.槽面积(梨形槽): bs0 hs0 hs1 hs2 齿靴角: 槽肩宽: 取槽肩宽: α bs1 bs1 mm mm mm mm rad mm mm mm mm mm mm2 mm2 mm2 mm mm mm2
γ2γ 2:rad am am: mm ap ap: mm hpm hpm: mm 87.磁极压板厚: 88.磁极压板宽: d' b' mm mm mm H/m H/m H/m Wb
89.磁极计算长度: l'm 90.极靴漏磁导: 91.极身漏磁导: 92.磁极漏磁导: 93.每极漏磁通: 94.漏磁系数: ζ与ζ'之差应小于 5% ,否则应重算 95.磁极磁通: Λp Λm Λ Φζ ζ
14.3061 42.4409 804.1538
9.4753 33.4346 740.8523
γ1
rad
0.4380 0.5764 74.3118 61.2747 18.4122 6 76 302
0.4540 0.5764 71.4432 61.2747 18.4122 6 78 292
0.4232 0.5764 76.9389 61.2747 18.4122 6 72 312
31.槽绝缘占面积: Ai 槽有效面积: 32.取d: 导线内径dc: 33.定子导线截面 积: 34.槽满率 Asef d dc qa Sf
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
同步电机的空间矢量是指整个电机的量,没有三相之分, 而同步电机的时间相量却有三相之分。由于研究电机带 三相对称负载运行,所以,为了简便,在今后的相量图 中,仅画A相时间相量,而且在相量符号中不加注脚A。 其它相的量可根据互差120 度画出来。
同步发电机空载特性分析
讨论:空载特性反映了发电机的磁化特性,而磁化特 性不管空载或负载都适用,所以从这个意义上看,励 磁电动势与励磁电流的关系不仅适用于空载情况,负 载情况也是适用的。
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
基本概念
电枢磁动势:同步发电机空载时,电机中只有一个同步 旋转的励磁磁动势,带上负载以后,由于电枢绕组有电 流通过,就出现第二个磁动势——电枢磁动势。如果绕 组对称,三相负载亦对称,电枢磁动势的基波就将为一 同步旋转的旋转磁动势,励磁磁动势的基波和电枢磁动 势基波二者之和,就构成了负载时的合成磁动势,从而 决定了气隙合成磁场。 电枢反应:负载时电枢磁动势的基波对主极磁通基波的 影响,就称为电枢反应,因此,电枢磁动势又称为电枢 反应磁动势。
轴线称为直轴或d轴,与它垂直的极间中心线称为
交轴或q轴。当 ψ =0 时,Fa 位于交轴上,这种情 况称为交轴电枢反应,这种情况的 Fa称为交轴电
枢反应磁动势,常用 Faq表示。
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
交轴电枢反应的作用:
1)对主磁极而言,交轴电枢反应磁动势在前极端(顺 转向看、极靴的前部) 起去磁作用,在后极端(顺转向 看,极靴的后部)起加磁作用。定子合成磁动势 扭斜了 θ ’ 角,幅值也有所增加,从而使气隙磁场的大小也有 所增加。 2)同步电机的电磁转矩和能量转换与交轴电枢反应密 切相关。只有具有交轴电枢反应,定子合成磁动 势和 主磁极之间才会形成一定的 θ ’ 角,从而实现机、电 能量转换,所以交轴电枢反应是实现机、电能量转换 的必要条件。
轴向磁场永磁同步发电机的三维电磁场计算
0 引言
随 着 电机 技 术 的发 展 ,人 们 逐 渐 认 识 到 了普 通 圆柱 式 电 机 存 在 着 自身 结 构 无 法 克服 的 一 些 弱 点 ,如 电 机 冷 却 困难 、铁 心利 用 率 低 等 问题 。 因
此 , 向磁 场 永 磁 机 逐 渐 受 到 了 电机 界 的重 视 。 轴 轴 向磁 场 永 磁 电机 有 效 利 用 定 子铁 心 内径 到 转 轴
H j n WuHayn uYi . iig u
( u a nsi t f ai eElcrcP o u so , W h nI t u eo rn e ti r p lin CSI W u a 3 0 4 Ch n ) t M C, h n4 0 6 , i a
,
Ab ta t T i p p r rs ns ten w ma n t oes a fA il lx P s n ho o sg n r tr I sr c: hS a e ee t h e g ei p l hpeo xa u M c r n u e eao. t p c F y a ay e D e t ma n t ed a d n — a e ain o xa u M y c rn u e e ao sn n l s3 Elcr g ei f l n o l do r t fA il xP s n h o o sg n r tru ig z o c i o p o Fl A Y d a dg t te rs l e ma n t ed dsrb t n a d n — a a kE NS S mo e n es h eut o t g e l i iui n ol d b c MF y me n sf h t o o B a so f o t z t n o e ma n t oe s a e tg t hg l iu od ln — a a k E Ts i ma e t p i ai t g ei p l h p ,i es ihy sn s ia o l d b c MF e t s d o mi o f h c o ep r na r tt e a dters lv r e a e s ni a p ia l a dh shg rcso . x ei tl oo p , n eut ei st th i p l be n a ih e iin me p y h f i h t d g s e c p Ke r s xa fu ;h e —i n in l lcr m g ei ed o t z t nd s n ywo d :a il x tredme so a e t a n t l e o c l: p i ai e i mi o g
发电机电磁计算共22页文档
凸极同步发电机电磁计算公式5.1 额定数据和主要尺寸1.额定电压 U N V 600= 2.额定转速 n N 1500/min r = 3.额定频率 ƒHZ 50= 4.额定功率因数 cos ϕ=0.8 5.额定电流 80N I A = 6.相数 m=37.确定功率: 600800.8 1.173.16P kw =⨯⨯⨯= 8.根据功率取对应T2X-250L 电机,额定功率75N P kw = 9.效率 91.4%η= 10.极数 2p 1201205041500N f n ⨯=== 11.计算功率:' 1.0875101.25cos 0.8E N K P P kw ϕ⨯===式中 1.08E K =(对于同步发电机取值)12.极弧系数:极弧长度(0.630.72)p b τ=)~取'p α=0.67p bτ=)13.气隙磁密 (0.7 1.07)B T δ=~ 取0.8B T δ= 14.取线负荷 280/280/A KA m A cm == 15.电机的计算体积3'2'16.110ilp B dp NP D lef K K A B n δα⋅⋅⨯⋅=⋅⋅⋅33336.110101.25100.67 1.110.92280000.8150027.110m -⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯16.主要尺寸比:0.6 2.5λ=~ 17.定子铁心内径取值范围il D =0.23990.3860m==~ 18.定子铁心铁外径:()111.42 1.420.23990.3407i D D m===~0.3860~0.5481按标准选取1430D mm = 则定子内径:11430302.823001.42 1.42i D D cm mm ==≈≈19.定子铁心有效长度:23122127.1100.30113000.3i i D lef l lef m mm D -⋅⨯≈==≈≈ 20.定子铁心净长度:()3000.92276Fet Fet k k Fet l K l n b K l mm=-=⋅=⨯=式中Fet K =0.92(对0.5mm 厚硅钢片) 在对发电机的计算中,k k n b 不计入Fet l 中本次设计选用的硅钢片型号为:DR530-50对应的老牌号为D22 21.磁极铁心总长度:300m ef l l mm == 22.磁极铁心净长度:0.953028.5Fem Fem m l K l cm =⋅=⨯=式中Fem K =0.95(对于1 1.5mm ~厚钢片)23.极距: 1300235.524i D mm pππτ⨯===24.圆周速度:223.55/1000f m s τν=⋅=25.气隙长度:最小气隙:c K B A ⋅⋅⋅=δτδ)~(30.025.0 28023.550.250.300.5 1.03030.8mm ⨯=⨯=(~)~1.2364取 1.1mm δ=最大气隙: 1.5 1.65M mm δδ==26.铁心的计算长度:23002 1.130.22i l l cm δ=+=+⨯= 5.2 定子绕组27.每极每相槽数:4=q28.定子槽数:槽4843421=⨯⨯==pmq Z 29.取绕组节距比:65=β30.绕组节距: 1043651=⨯⨯=⋅=mq y β 31.绕组短距系数(基波):sin 0.9662p K πβ=⋅=()32.绕组分布系数(基波):sin20.958sin2d mK q mqππ==⋅33.绕组系数(基波): 0.925dp p d K K K =⋅= 34.预计每极磁通''20.80.670.23550.30 3.7910p ef B l wbδατ-Φ=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯=⨯35.每相串联匝数初值''2160044.5444.44 4.44500.925 3.7910N dp U N fK -===Φ⨯⨯⨯⨯取匝36.取并联支路数2a = 37.每槽导线数:'12223441148S amN N Z ⨯⨯⨯=== 取11s N =38.每相串联导体数:1148118832s Z N N ma φ⋅⨯===⨯88442N ==匝39.线负荷:A=1138880224.2/3.1430Ni mN I A cm D φπ⨯⨯==⨯5.3 定子槽型尺寸(选取梨型槽)40.选定槽口尺寸:0120.30.130so so s s b cm h cm h m h α===、、=0.15c 、=1.1cm 、齿靴角41.定子齿距:11301.962548i s D t cmZ ππ⨯===()()11111123020.10.15 1.995248i o s s D h h t cm Z ππ++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===()()1111122123020.10.15 1.1 2.13948i o s s s D h h h t cmZ ππ++++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===()()1111121()1322300.10.15 1.133 2.02148i o s s s D h h h tcmZ ππ⎡⎤⎡⎤++++++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦===42.定子齿宽度:11 1.96250.8 1.0666 1.21890.92(1.40 1.60)s t Fe t t B b cmK B δ⋅⨯===⋅~~式中:Fe K :铁心叠压系数,取0.92 1t B :定子齿磁密,取1.40 1.60T ~ 取1 1.1t b cm =43.槽形尺寸如图5.1:图5.1 定子槽形尺寸111 1.9952 1.10.89520.9s s t b t b cm cm =-=-=≈1211800.901801.10.522248s s s b R h tg tg cmZ ︒︒=+⋅=+=222 2.139 1.04 1.099t s s b t R cm =-=-=111()()332.0210.90 1.121s ts s btb cm =-=-=则定子齿计算宽度: '212 1.0992 1.11.1033t t ts b b b cm +⨯+⨯==≈ 44.定子槽深:12 1.87s so s s s h h h h R cm =+++= 45.槽面积,取槽锲厚度0.25h cm =,如图5.2所示:图5.2 定子槽尺寸2112222s s s s s s R b R A h h h π+=+-+()220.520.900.521.250.2522π⨯+=-+() =21.39cm46.槽绝缘面积 取:0.03i cm δ=()1212()2i i s s s s A h h R b δπ=+++⎡⎤⎣⎦+[]0.030.90π=⨯⨯⨯+2 1.25+(2+)0.52=20.182cm21.390.182 1.21sef s i A A A cm =-=-=取槽满率为75%,绕组并绕根数为3t N =则绝缘导线直径:0.1658d cm===查表取铜对应的标称线规QZ:标称导线直径d=1.60mm 漆膜厚度0.06——0.11 47.定子导线截面积(查表得):22.0106a q mm =48.定子绕组电密:2806.63/23 2.0106N a t a I j A mm aN q ===⨯⨯ 49.发热参数:224.20 6.631486.45/j a A A j A cm =⋅=⨯=5.4 磁路计算50.定子齿计算高度:'120.521.25 1.4233s ts s s R h h h cm =++=+= 51.定子轭高度:112i js s D D h h -=-43301.87 4.632cm -=-=52.定子轭计算高度:'13js js s h h R =+0.524.63 4.803cm =+=53.定子轭磁路长度:'143 4.814.9948js l D h cm pππ-=-==js ()()54.极靴宽度:'011802sin2p p i m b D pαδ=-⋅()0.6718020.165sin 14.8354cm ⨯=-⨯⨯=(30)55.磁极偏心距:]cos 22[21111θδδδδδδ)()())((m i i m i m D D D H ------=其中11arcsin 302p i m b D θδ︒==-0.55 2.753003002[ 1.1 1.65cos30]22︒⨯-=---(300)()()=4.00mm56.极靴圆弧半径1300 4.00 1.1144.922i p D R H mm δ=--=--= 57.极靴边缘高度:' 2.5p h mm =(设计时取值) 58.极靴中心高度:'111cos 22i i p p m D Dh h δδθ=+--⋅()-() =3003002.5 1.1 1.65cos3022︒+---()() =22.93mm59.初取漏磁系数:3'10 1.11011 1.0470.2355δστ-⨯=+=+= 60.磁极宽度(磁极尺寸如图5.3所示):''42410 1.047 3.8810109.2028.5 1.55m Fem mb cm l B σ-Φ⨯⨯⨯==⨯=⋅⨯61.转子轭内径:808()ir D mm cm ==取值 62.转子轭外径:16516.5jr D mm cm==63.磁极中心高:δ---=p jr i m h D D h )(121116.5 2.2930.112=---(30) =4.357cm64.磁极侧高度:'21cos 2jrm m D h h θ=+-() 式中29.2arcsinarcsin 33.8916.5m jr b D θ︒=== 16.54.3571cos33.892︒=+-()=5.7595cm65.转子轭高度:16.584.2522jr irjr D D h cm --=== 66.转子轭计算高度:'*12jr irjr D D h i -=+ir D 2.2,4;6;8*........6;8;10p i ⎧⎫⎨⎬⎩⎭=14.255.586+⨯8= 图5.3 磁极尺寸67.转子轭磁路长度:'4jr jr jr l D h p π=-()=16555.8 4.2861c 8m π-=()68.转子轭轴向长度:31.2r l cm = 69.磁极与轭间残隙:222300.8100.8100.09300300m l cm δ--=+⨯=+⨯=()() 70.实际极弧系数: 2arcsin2180p p pp b R R πατ︒=⋅=14.835214.49arcsin214.4923.55180π⨯⨯⨯⨯。
发电机磁感应强度计算公式
发电机磁感应强度计算公式
发电机磁感应强度的计算公式可以通过法拉第电磁感应定律来推导。
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小与磁感应强度的变化率成正比。
在发电机中,通过旋转线圈或磁场的变化来产生感应电动势。
一般来说,在发电机中,磁感应强度(B)的计算公式可以表示为:
B = (Φ / A)。
其中,B代表磁感应强度,Φ代表通过表面的磁通量,A代表表面的面积。
另外,如果是在直流发电机中,可以使用以下公式计算磁感应强度:
B = (Φ / A) = (P Φ) / (2 π r l)。
其中,P代表极对数,Φ代表磁通量,r代表旋转半径,l代表
线圈长度。
在交流发电机中,由于磁场和线圈的相对运动,磁感应强度的计算会更为复杂,需要考虑磁场的变化率等因素。
总之,磁感应强度的计算公式会根据具体的发电机结构和工作原理而有所不同。
以上是一般情况下的计算公式,具体情况还需要结合具体的发电机结构和工作原理来确定。
发电机功率如何计算
发电机功率如何计算
1.直流发电机功率计算:
对于直流发电机,功率可以通过计算电动势和电流的乘积来得到。
即功率(P)等于电动势(E)和电流(I)的乘积:
P=E×I
其中,功率的单位是瓦特(W),电动势的单位是伏特(V),电流的单位是安培(A)。
2.交流发电机功率计算:
对于交流发电机,由于电流和电动势随时间的变化而变化,因此需要考虑功率计算的复杂性。
一般情况下,交流发电机的功率计算使用功率三角公式:
P = √3 × V × I × cos(θ)
其中,P表示功率,V表示电压,I表示电流,θ表示电压和电流之间的相位角。
3.单相发电机功率计算:
对于单相发电机,可以通过计算电压和电流的乘积来计算功率。
即功率(P)等于电压(V)和电流(I)的乘积:
P=V×I
这种方式适用于单相电路中,例如家庭用电。
4.三相发电机功率计算:
对于三相发电机,一般使用功率三角公式来计算功率。
即功率(P)
等于平方根3(√3)乘以电压(V)、电流(I)和功率因数(PF)的乘积:
P=√3×V×I×PF
功率因数(PF)代表功率的有效性,其取值范围在0到1之间。
需要注意的是,上述计算发电机功率的方法仅仅是一种理论上的近似
计算方式,实际应用中还需要考虑一些因素,如发电机的效率、功率因数
的变化等。
此外,如果发电机的负载是非线性的,还需要对谐波进行补偿。
发电机电磁功率方程_概述说明以及解释
发电机电磁功率方程概述说明以及解释1. 引言1.1 概述发电机是一种将机械能转化为电能的设备,广泛应用于工业生产和日常生活中。
在发电机的工作过程中,电磁功率方程是一个非常重要的理论工具。
它描述了发电机内部电磁场的特性和与之相关的功率转换过程。
了解和应用电磁功率方程可以对发电机的设计、优化和性能评估提供有效支持。
1.2 研究背景随着社会经济的快速发展以及对清洁能源需求的不断增加,对发电机高效、可靠、环保等方面要求也越来越高。
因此,对发电机内部运行规律进行深入研究并探寻其影响因素成为了当前的热点问题。
而电磁功率方程作为解析性工具,通过建立数学模型来分析和表达电磁场与功率转换之间的关系,可以有效地帮助我们理解并预测发电机的行为。
1.3 目的本文旨在全面概述和解释发电机电磁功率方程,并通过推导过程阐明其物理原理和数学基础。
同时,还将探讨电磁功率方程在实际应用中的意义,包括发电机效率优化、工作状态监测和设计参数优化等方面。
通过对该方程的深入研究,我们可以更好地理解发电机内部的物理过程,从而为不断提升发电机的性能和可靠性提供有力支持。
以上是“1. 引言”部分内容的详细清晰撰写,请参考。
2. 电磁功率方程概述:2.1 电磁场基础知识在讨论发电机的电磁功率方程之前,我们需要了解一些基本的电磁场知识。
电磁场是由带电粒子所产生的带有能量和动量的区域。
根据麦克斯韦方程组,电磁场包括一个静态的电场和一个随时间变化的磁场。
这两个场相互作用,形成了电磁波。
2.2 发电机原理简介发电机是将机械能转化为电能的装置。
它基于法拉第定律和洛伦兹力原理,利用导体在磁场中运动时感应出现的电动势来产生电流。
常见的发电机包括直流发电机和交流发电机。
2.3 电磁功率方程定义在发生感应现象时,我们需要考虑导体中存在的阻抗以及能量转化过程中损耗等因素。
因此,通过引入一些额外的参数和假设,我们可以得到描述发生感应时各种能量转换损失与效率的指标。
在分析功率转换过程中,主要涉及到三个关键参数:电压、电流和功率。
发电电动机关键电磁参数的精确计算
发电电动机关键电磁参数的精确计算肖翦 周光厚 李建富 刘传坤(东方电机有限公司 四川 德阳 618000)[摘 要] 电磁场有限元方法可以分析传统解析法难以准确考虑的饱和、非线性、过渡过程等问题,它大大提高了电机的设计质量和性能指标,在发电电动机电磁专题研究中发挥着越来越重要的作用。
本文从电机电磁场分布、参数计算、空载电压谐波分析、空载特性和短路特性分析、电抗计算、阻尼绕组分析、端部磁场分析及端部电动力计算等方面具体阐述有限元方法在提高电磁参数计算精度,促进发电电动机优化设计方面的应用。
0 引言随着核电、风电等绿色能源的比重逐渐增大,电网的峰谷差不断增加以及超远距离输送电的需求,为了改善电网、电站的经济性和稳定性,大力发展抽水蓄能电站显得越来越重要。
抽水蓄能电站不仅有着在电网中由顶峰填谷作用而产生的经济效益,还有调峰效益、调频效益、负荷跟随效益、旋转备用效益、调相效益等。
发电电动机作为抽水蓄能电站的核心设备之一,与常规水轮发电机相比,发电电动机有着频繁启停、工况转换电气过渡过程复杂等特点。
为满足其在力学、电气性能方面更高的要求,转子设计更加复杂,会影响磁场分布、磁极漏磁及磁路饱和等,传统的磁路分析手段难以精确计算。
而且随着发电电动机单机容量的不断增加,对设计质量的要求进一步提高,需要对电机的电磁性能进行更加全面的分析。
电磁场有限元技术正是适用这种需求的现代数值计算方法。
与传统解析法相比,有限元计算法对磁路简化程度低、假设条件少、能够模拟材料的非线性,通过场路耦合能分析发电电动机电磁过渡过程、能够分析阻尼绕组涡流、端部磁场分布、端部电动力分布等物理现象,适用于电磁性能的研究分析和电机的优化设计。
本文以某发电电动机为研究对象,通过分析磁场分布、电压波形及谐波分析、特性曲线的计算、参数计算、阻尼绕组损耗及温度计算、端部磁场分析及端部电动力分析,为该发电电动机的优化设计提供了更加详尽、可靠的数据支持。
1 电磁场分布及磁路参数计算通过分析发电电动机内部各主要路径的磁场分布和计算主极磁场波形系数、磁极漏磁系数、极弧系数、交直轴电枢反应磁场波形系数等表征磁路特性的参数,可以了解电机内的电磁特性,为调整磁路结构及优化电磁参数提供了依据。
凸极同步发电机电磁程序计算(1)
1.1 cm
cm 0.92
bsl=
0.896 ≈
0.9
Rs=
0.510 cm
bt2=
1.173 cm
bts1÷3=
1.140 cm
定子槽
深:
hs=
槽面积,
取槽楔厚
度
h=
槽绝缘面 积 取:
则绝 缘导 线直 径: d=
定子导线 截面积 定子绕组 电密 发热参数
磁路 计算
定子齿计 算高度 定子轭高 度
定子轭计 算高度 定子轭磁 路长度
5.04 A/mm2 2964.32 A/cm
jjaa
IN aNtqa
115.445566 3 3 22..554455
hts’=
hjs=
h'
js
h
js
1 3
Rs
hjs’= ljs=
1.82 cm 4.24 cm
4.41 cm 15.15 cm
llhjjshsh'tsj'sts44hpp(Dh(s1s11DD21h1Dhs2si2h1h'j'jsR)3s)hRs3ss(1(.164.45633588044..0354.4.3
bso= 0.32 hso=
hol=
0.1
hsll =
0.15 hsl2=
ts1=
ts2=
ts1÷3=
btl=
中:
0.1 hsl= 1.9635 cm
1.5
0.15 hs2_=
ts
Di1 Z1
30 48
1.9625cm
1.9962 cm
ts1
Di1
2 ho1
Z1
hs11
电机电磁功率计算公式
电机电磁功率计算公式一、电机电磁功率的基本概念。
电机的电磁功率是指电机通过电磁感应作用,将电能转换为机械能(电动机情况)或者将机械能转换为电能(发电机情况)的这部分功率。
它是电机能量转换过程中的一个关键物理量。
1. 对于直流电动机。
- 已知电枢电动势E = C_e¶hi n(其中C_e为电动势常数,¶hi为每极磁通,n 为电机转速),电枢电流为I_a。
- 电磁功率P_em=E I_a。
- 从能量转换角度来看,电源输入电功率P_1=UI(U为电枢电压,I为总电流,对于并励电动机I = I_a+I_f,I_f为励磁电流;对于串励电动机I = I_a),电枢回路铜损耗p_Cua=I_a^2R_a(R_a为电枢电阻),电磁功率P_em=P_1-p_Cua。
2. 对于直流发电机。
- 同样E = C_e¶hi n,I_a为电枢电流。
- 电磁功率P_em=E I_a。
- 从能量转换角度,发电机输出电功率P_2=UI(U为电枢端电压,I为负载电流),电枢回路铜损耗p_Cua=I_a^2R_a,电磁功率P_em=P_2+p_Cua。
1. 三相异步电动机。
- 设三相异步电动机定子输入功率为P_1,定子铜损耗为p_Cu1,铁损耗为p_Fe,转子铜损耗为p_Cu2,机械损耗为p_mec,附加损耗为p_ad。
- 电磁功率P_em=P_1-p_Cu1-p_Fe。
- 另外,根据等效电路原理,电磁功率P_em=3I_2^′ 2frac{R_2^′}{s}(其中I_2^′为转子折算到定子侧的电流,R_2^′为转子电阻折算到定子侧的值,s为转差率)。
2. 三相同步发电机。
- 设相电压为E_0(空载电动势),相电流为I,功率因数角为φ。
- 电磁功率P_em=m E_0Icosθ(其中m = 3为相数,θ=ψ-φ,ψ为内功率因数角)。
- 从能量转换角度,如果输入机械功率为P_1,机械损耗为p_mec,铁损耗为p_Fe,则电磁功率P_em=P_1-p_mec-p_Fe。
电机的计算公式大全
电机的计算公式大全一、直流电机。
1. 感应电动势(E)- 对于直流发电机,E = C_evarPhi n,其中C_e为电动势常数(C_e=(pN)/(60a),p为磁极对数,N为电枢绕组总导体数,a为电枢绕组并联支路对数),varPhi为每极磁通(单位为Wb),n为电机转速(单位为r/min)。
- 对于直流电动机,该公式同样适用,感应电动势为反电动势。
2. 电磁转矩(T)- T = C_TvarPhi I_a,其中C_T为转矩常数(C_T=(pN)/(2π a)),I_a为电枢电流(单位为A)。
3. 直流电动机的转速公式。
- 根据E = C_evarPhi n和U = E+I_aR_a(U为电枢电压,R_a为电枢电阻),可得n=frac{U - I_aR_a}{C_evarPhi}。
二、异步电动机。
1. 转差率(s)- s=frac{n_1-n}{n_1},其中n_1为同步转速(n_1=(60f)/(p),f为电源频率,单位为Hz),n为电动机的实际转速。
2. 电磁转矩(T)- 转矩的实用公式T = frac{2T_m}{(s)/(s_m)+frac{s_m}{s}},其中T_m为最大转矩,s_m为临界转差率。
- 最大转矩T_m=frac{m_1pU_1^2}{4π f_1X_20}(m_1为定子相数,U_1为定子相电压,X_20为转子静止时的每相漏电抗)。
3. 定子电流(I_1)- 根据等效电路,I_1=frac{U_1}{Ż_1+frac{Ż_2'}{(1 - s)/(s)}},其中Ż_1为定子阻抗,Ż_2'为转子折算到定子侧的阻抗。
三、同步电机。
1. 同步转速(n_1)- n_1=(60f)/(p),与异步电机的同步转速公式相同。
2. 电磁功率(P_em)- 对于隐极同步电机P_em=mfrac{E_0U}{X_s}sinθ,其中m为相数,E_0为空载电动势,U为端电压,X_s为同步电抗,θ为功角。
发电机的功率的计算原理及计算方法
发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。
因此,其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。
如何计算发电机的功率,好多刚刚从业的技术员都不太清楚,现在就跟大家讲讲发电机功率的计算原理及方法。
功率分三种功率,P、Q和视在功率S。
电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是和视在功率的比值,即cosΦ=P/S三种功率和功率因素cosΦ是一个直角关系:两个直角边是、,斜边是视在功率。
有功功率平方+平方=视在功率平方。
三相负荷中,任何时候这三种功率总是同时存在,发动机发的电就要包括这这三种功率:视在功率S=1.732UI有功功率P=1.732UIcosΦ(做功发热的功率)无功功率Q=1.732UIsinΦ(建立磁场输送能量的功率)功率因数cosΦ=P/S(有功功率/视在功率)sinΦ=Q/S(无功功率/视在功率)无功功率的概念,[1]假如有一辆卡车从北京往上海运送货物。
卡车的核定载货量为5吨。
卡车把这5吨货物从北京运到上海,这5吨货物就相当于视在功率。
到达上海后,把其中的3吨货物卸下来给广大的上海人民使用,这3吨货物就相当于有功功率。
然后又载着剩下的2吨货物回北京,这2吨货物就相当于无功功率。
到达北京后,卡车又再装上3吨货物,把总共5吨货物运到上海,然后同样的卸下3吨,留2吨在车上回北京。
这样大家就能看出来了,5吨车,实际上真正有用的只有3吨(有功功率),而另外2吨(无功功率)被载着在北京上海两地来回跑却没有被用上,使得我们的运输能力被大大浪费掉了。
这也正是我们要减少无功功率的原因。
电磁发电机公式
电磁发电机公式库仑定律:F=kQq/r²
电场强度:E=F/q
点电荷电场强度:E=kQ/r²
匀强电场:E=U/d
电势能:E₁ =qφ
电势差:U₁₂=φ₁-φ
静电力做功:W₁₂=qU₁₂
电容定义式:C=Q/U
电容:C=εS/4πkd
带电粒子在匀强电场中的运动
加速匀强电场:1/2*mv² =qU
v² =2qU/m
偏转匀强电场:
运动时间:t=x/v₀
垂直加速度:a=qU/md
垂直位移:y=1/2*at₂ =1/2*(qU/md)*(x/v₀)²
偏转角:θ=v⊥/v₀=qUx/md(v₀)²
微观电流:I=nesv
电源非静电力做功:W=εq
欧姆定律:I=U/R
串联电路
电流:I₁ =I₂ =I₃ = ……
电压:U =U₁ +U₂ +U₃ + ……
并联电路
电压:U₁=U₂=U₃= ……
电流:I =I₁+I₂+I₃+ ……
电阻串联:R =R₁+R₂+R₃+ ……
电阻并联:1/R =1/R₁+1/R₂+1/R₃+ ……焦耳定律:Q=I² Rt
P=I² R
P=U² /R
电功率:W=UIt电功:P=UI
电阻定律:R=ρl/S
全电路欧姆定律:ε=I(R+r)
ε=U外+U内
培力:F=ILBsinθ
磁通量:Φ=BS
电磁感应
感应电动势:E=nΔΦ/Δt
导线切割磁感线:ΔS=lvΔt
E=Blv*sinθ
感生电动势:E=LΔI/Δt
电子电量为库仑(Coul),1Coul= 电子电量.。
发电机电动势计算公式
发电机电动势计算公式
发电机是一种将机械能转换为电能的装置,它通过磁场和导体之间的相对运动产生电动势。
电动势是发电机输出电压的决定因素,也是衡量发电机性能的重要指标之一。
在计算发电机电动势时,我们可以使用以下公式:
ε = Blv
其中,ε表示电动势,B表示磁感应强度,l表示导体的长度,v表示导体在磁场中的运动速度。
这个公式描述了当导体在磁场中运动时,磁感应强度和导体长度的乘积与运动速度的乘积之间的关系。
通过这个公式,我们可以更好地理解发电机内部的电磁现象。
磁感应强度是磁场在空间中的分布情况的物理量,通常用磁感线的密度来表示。
当导体在磁场中运动时,磁感应强度会与导体产生相互作用,从而产生感应电流。
这个感应电流就是我们常说的电动势。
磁感应强度越大,导体长度越长,导体运动速度越快,产生的电动势也会越大。
在现代发电机中,通常通过旋转磁场和导体来产生电动势。
当发电机的转子旋转时,导体会在磁场中运动,从而产生电动势。
这种旋转磁场的设计能够有效地提高发电机的效率和输出功率。
除了上述的基本公式外,还有一些其他因素会影响发电机的电动势,
例如导体的形状、磁场的分布、导体的材质等。
在实际应用中,我们需要综合考虑这些因素,来优化发电机的设计和工作性能。
总的来说,发电机电动势计算公式是描述发电机内部电磁现象的重要工具,通过这个公式,我们可以更好地理解发电机的工作原理,优化发电机的设计和性能。
希望通过本文的介绍,读者能对发电机电动势有更深入的理解,并在实际应用中加以运用。
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凸极同步发电机电磁计算公式5.1 额定数据和主要尺寸1.额定电压 U N V 600= 2.额定转速 n N 1500/min r = 3.额定频率 ƒHZ 50= 4.额定功率因数 cos ϕ=0.8 5.额定电流 80N I A = 6.相数 m=37.确定功率:600800.8 1.173.16P kw =⨯⨯⨯= 8.根据功率取对应T2X-250L 电机,额定功率75N P kw = 9.效率 91.4%η= 10.极数 2p 1201205041500N f n ⨯=== 11.计算功率:' 1.0875101.25cos 0.8E N K P P kw ϕ⨯===式中 1.08E K =(对于同步发电机取值)12.极弧系数:极弧长度(0.630.72)p b τ=~取'p α=0.67pb τ=13.气隙磁密 (0.71.07B T δ=~取0.8B T δ=14.取线负荷 280/280/A K A m A c m== 15.电机的计算体积3'2'16.110ilp B dp NP D lef K K A B n δα⋅⋅⨯⋅=⋅⋅⋅33336.110101.25100.67 1.110.92280000.8150027.110m -⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯16.主要尺寸比:0.6 2.5λ=~ 17.定子铁心内径取值范围il D =0.23990.3860m==~ 18.定子铁心铁外径:()111.42 1.420.23990.3407i D D m===~0.3860~0.5481按标准选取1430D mm = 则定子内径:11430302.823001.42 1.42i D D cm mm ==≈≈19.定子铁心有效长度:23122127.1100.30113000.3i i D lef l lef m mm D -⋅⨯≈==≈≈ 20.定子铁心净长度:()3000.92276Fet Fet k k Fet l K l n b K l mm=-=⋅=⨯=式中Fet K =0.92(对0.5mm 厚硅钢片) 在对发电机的计算中,k k n b 不计入Fet l 中本次设计选用的硅钢片型号为:DR530-50对应的老牌号为D2221.磁极铁心总长度:300m ef l l mm == 22.磁极铁心净长度:0.953028.5Fem Fem m l K l cm =⋅=⨯=式中Fem K =0.95(对于1 1.5mm ~厚钢片)23.极距: 1300235.524i D mm pππτ⨯===24.圆周速度:223.55/1000f m s τν=⋅=25.气隙长度:最小气隙:c K B A ⋅⋅⋅=δτδ)~(30.025.0 28023.550.250.300.5 1.03030.8mm ⨯=⨯=(~)~1.2364取 1.1mm δ= 最大气隙: 1.5 1.65M mm δδ==26.铁心的计算长度:23002 1.130.22i l l cm δ=+=+⨯= 5.2 定子绕组27.每极每相槽数:4=q28.定子槽数:槽4843421=⨯⨯==pmq Z 29.取绕组节距比:65=β30.绕组节距: 1043651=⨯⨯=⋅=mq y β 31.绕组短距系数(基波):sin 0.9662p K πβ=⋅=()32.绕组分布系数(基波):sin20.958sin2d mK q mqππ==⋅33.绕组系数(基波): 0.925d p p d K K K =⋅= 34.预计每极磁通''20.80.670.23550.30 3.7910p ef B l wbδατ-Φ=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯=⨯35.每相串联匝数初值'144.544dp N ===取匝36.取并联支路数2a = 37.每槽导线数:'12223441148S amN N Z ⨯⨯⨯=== 取11s N =38.每相串联导体数:1148118832s Z N N maφ⋅⨯===⨯88442N ==匝 39.线负荷:A=1138880224.2/3.1430Ni mN I A cm D φπ⨯⨯==⨯5.3 定子槽型尺寸(选取梨型槽)40.选定槽口尺寸:0120.30.130so so s s b cm h cm h m h α===、、=0.15c 、=1.1cm 、齿靴角41.定子齿距:11301.962548i s D t cmZ ππ⨯===()()11111123020.10.15 1.995248i o s s D h h t cm Z ππ++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===()()1111122123020.10.15 1.1 2.13948i o s s s D h h h t cmZ ππ++++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===()()1111121()1322300.10.15 1.133 2.02148i o s s s D h h h tcmZ ππ⎡⎤⎡⎤++++++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦===42.定子齿宽度:11 1.96250.8 1.0666 1.21890.92(1.40 1.60)s t Fe t t B b cmK B δ⋅⨯===⋅~~式中:Fe K :铁心叠压系数,取0.92 1t B :定子齿磁密,取1.40 1.60T ~ 取1 1.1t b cm =43.槽形尺寸如图5.1:图5.1 定子槽形尺寸111 1.9952 1.10.89520.9s s t b t b cm cm =-=-=≈1211800.901801.10.522248s s s b R h tg tg cmZ ︒︒=+⋅=+=222 2.139 1.04 1.099t s s b t R cm =-=-=111()()332.0210.90 1.121s ts s btb cm =-=-=则定子齿计算宽度: '212 1.0992 1.11.1033t t ts b b b cm +⨯+⨯==≈ 44.定子槽深:12 1.87s so s s s h h h h R cm =+++= 45.槽面积,取槽锲厚度0.25h cm =,如图5.2所示:图5.2 定子槽尺寸2112222s s s s s s R b R A h h h π+=+-+()220.520.900.521.250.2522π⨯+=-+()=21.39cm46.槽绝缘面积 取:0.03i cm δ=()1212()2i i s s s s A h h R b δπ=+++⎡⎤⎣⎦+[]0.030.90π=⨯⨯⨯+2 1.25+(2+)0.52=20.182cm21.390.182 1.21sef s i A A A cm =-=-=取槽满率为75%,绕组并绕根数为3t N =则绝缘导线直径:0.1658d cm===查表取铜对应的标称线规QZ:标称导线直径d=1.60mm 漆膜厚度0.06——0.11 47.定子导线截面积(查表得):22.0106a q mm =48.定子绕组电密:2806.63/23 2.0106N a t a I j A mm aN q ===⨯⨯ 49.发热参数:224.20 6.631486.45/j a A A j A cm =⋅=⨯= 5.4 磁路计算50.定子齿计算高度:'120.521.25 1.4233s ts s s R h h h cm =++=+= 51.定子轭高度:112i js s D D h h -=-43301.87 4.632cm -=-= 52.定子轭计算高度:'13js js s h h R =+0.524.63 4.803cm=+=53.定子轭磁路长度:'143 4.814.9948js l D h cm pππ-=-==js ()()54.极靴宽度:'011802sin2p p i m b D pαδ=-⋅()0.6718020.165sin 14.8354cm ⨯=-⨯⨯=(30)55.磁极偏心距:]cos 22[21111θδδδδδδ)()())((m i i m i m D D D H ------=其中11arcsin 302p i m b D θδ︒==-0.55 2.753003002[ 1.1 1.65cos30]22︒⨯-=---(300)()()=4.00mm56.极靴圆弧半径1300 4.00 1.1144.922i p D R H mm δ=--=--= 57.极靴边缘高度:' 2.5p h mm =(设计时取值) 58.极靴中心高度:'111cos 22i i p p m D Dh h δδθ=+--⋅()-() =3003002.5 1.1 1.65cos3022︒+---()()=22.93mm59.初取漏磁系数:3'10 1.11011 1.0470.2355δστ-⨯=+=+= 60.磁极宽度(磁极尺寸如图5.3所示):''42410 1.047 3.8810109.2028.5 1.55m Fem mb cm l B σ-Φ⨯⨯⨯==⨯=⋅⨯61.转子轭内径:808()ir D mm cm ==取值 62.转子轭外径:16516.5jr D mm cm == 63.磁极中心高:δ---=p jr i m h D D h )(121116.5 2.2930.112=---(30)=4.357cm64.磁极侧高度:'21cos 2jrm m D h h θ=+-() 式中29.2a r c s i na r c s i n 33.8916.5m jrbD θ︒=== 16.54.3571cos33.892︒=+-()=5.7595cm65.转子轭高度:16.584.2522jr irjr D D h cm --=== 66.转子轭计算高度:'*12jr irjr D D h i -=+irD 2.2,4;6;8*........6;8;10p i ⎧⎫⎨⎬⎩⎭=14.25 5.586+⨯8=图5.3 磁极尺寸67.转子轭磁路长度:'4jr jr jr l D h pπ=-()=16555.8 4.2861c 8m π-=()68.转子轭轴向长度:31.2r l cm = 69.磁极与轭间残隙:222300.8100.8100.09300300m l cm δ--=+⨯=+⨯=()() 70.实际极弧系数: 2arcsin2180p p pp b R R πατ︒=⋅=14.835214.49arcsin214.4923.55180π⨯⨯⨯⨯。