ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Transkript

1 ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ Katedra elektromechaniky a výkonové elektroniky DIPLOMOVÁ PRÁCE Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07

2 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07

3 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07

4 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Abstrakt Tato dilomová ráce se zabývá návrhem dvou variant synchronního stroje, je zde zjišťováno jaký vliv má růměr induktu na vlastnosti stroje. Je zde roveden elektromagnetický návrh, návrh některých konstrukčních částí a výočet otelení. Byly také vytvořeny říčné a odélné řezy obou variant. Na konci ráce je rovedeno orovnání a vyhodnocení Klíčová slova Synchronní stroj, elektromagnetický návrh, výočet otelení, konstrukční výočty, říčný řez, odélný řez

5 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Abstract This diloma thesis deals with the design of two variants of the synchronous machine, there is investigated what influence the diameter of the stator have for machine characteristics. There is an electromagnetic suggestion, suggestion of some construction arts and calculation of temerature rise. Transverse and longitudinal sections of both variants were also created. At the end of the work, comarison and evaluation are erformed Key words Synchronous machine, electromagnetic suggestion, calculation of warming, construction calculations, transverse section, longitudinal section

6 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto dilomovou ráci vyracoval samostatně, s oužitím odborné literatury a ramenů uvedených v seznamu, který je součástí této dilomové ráce. Dále rohlašuji, že veškerý software, oužitý ři řešení této dilomové ráce, je legální.... odis V Plzni dne Vojtěch John

7 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Poděkování Tímto bych rád oděkoval mému vedoucímu ráce, anu Doc. Ing. Josefu Červenému, CSc., za cenné rady a čas, který mi věnoval ři konzultacích. Děkuji

8 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Obsah Obsah... 7 Seznam symbolů a zkratek... 9 Úvod.... Elektromagnetický výočet..... Zadané hodnoty..... Základní hodnoty.... Výočet rvní varianty Návrh vinutí induktu Parametry vinutí Návrh drážky Vyložení čel Odor a roztylová reaktance vinutí..... Návrh magnetického obvodu Magnetické naětí reakce kotvy Dimenzování magnetického obvodu Charakteristika narázdno Návrh budícího vinutí Orientační výočet otelení budící cívky Meziólový roztyl Výočet ztrát a účinnosti Konstrukční výočty Návrh hřídele Přievnění ólů Kroužky a kartáče Návrh tlumiče Určení očtu meziólových rozěrek Výočet otelení kotvy Drážková část Čela vinutí Výočet druhé varianty Návrh vinutí induktu Parametry vinutí Návrh drážky Vyložení čel Odor a roztylová reaktance vinutí Návrh magnetického obvodu Magnetické naětí reakce kotvy Dimenzování magnetického obvodu Charakteristika narázdno Návrh budícího vinutí Orientační výočet otelení budící cívky Meziólový roztyl Výočet ztrát a účinnosti Konstrukční výočty Návrh hřídele Přievnění ólů Kroužky a kartáče Návrh tlumiče

9 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Určení očtu meziólových rozěrek Výočet otelení kotvy Drážková část Čela vinutí Porovnání a vyhodnocení Závěr Seznam literatury a informačních zdrojů... 8 Seznam říloh... 8 Seznam obrázků... 8 Seznam tabulek... 8 Přílohy... 8

10 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Seznam symbolů a zkratek S... Zdánlivý výkon kva P... Činný výkon kw cos... Účiník U... Sdružené naětí V U f... Fázové naětí V I... Fázový roud A I b... Budící roud A... Počet ólů m... Počet fází f... Frekvence f n... Synchronní rychlost min s D... Průměr induktu m A... Obvodová roudová hustota A/ m B... Indukce T t d... Drážková rozteč mm t... Pólová rozteč mm Q... Počet drážek induktu a... Počet aralelních větví q... Počet drážek na ól a fázi N s... Počet závitů jedné fáze v sérii n d... Počet vodičů v drážce y... Cívkový krok... Poměrné zkrácení kroku k v... Činitel vinutí -té harmonické k r... Činitel rozlohy -té harmonické k y... Činitel kroku -té harmonické C... Essonův činitel kva / m 3 min 9

11 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 l e... Efektivní délka induktu m L... Celková délka induktu m b... Šířka drážky mm d h... Hloubka drážky mm d b... Šířka vodiče induktu mm v h... Výška vodiče induktu mm v S... Průřez vodičů tvořící jeden závit mm Cu R / Odor vinutí ři 75 0 C R u... Procentní hodnota úbytku naětí na ohmickém odoru % u x... Procentní hodnota úbytku naětí na roztylové reaktanci %... Magnetický tok Vs... Vzduchová mezera m F... Amlituda základní harmonické magnetického naětí A k cd... Cartérův činitel resektující vliv drážkování induktu k ck... Cartérův činitel resektující vliv radiálních ventilačních kanálů k c... Výsledná hodnota Cartérova činitele b... Šířka vodiče budícího vinutí mm vb h... Výška vodiče budícího vinutí mm vb S... Průřez vodiče budící cívky mm Cub N b... Počet závitů budící cívky P... Ztráty W... Účinnost %... Otelení části stroje C... Otelení chladiva C... Součinitel řestuu tela W / Cm R... Teelný odor C /W 0

12 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Úvod Tato dilomová ráce se zabývá návrhem dvou variant synchronního generátoru. Tyto dvě varianty mají shodné vstuní hodnoty, ale liší se od sebe vnitřním růměrem induktu (statoru). Obě varianty mají zadaný shodný zdánlivý výkon, sdružené naětí, očet ólů, fází a účiník. Hned na začátku ráce jsou určeny další shodné základní arametry obou variant a to činný výkon, fázové naětí a roud, synchronní rychlost, obvodová roudová hustota a indukce ve vzduchové mezeře. A také je určen růměr stroje, který je určen jak omocí emirického vztahu ro výočet, tak omocí grafu. Aby bylo možné výsledky obou variant orovnávat, tak byly vybrány hodnoty odlišné od vyočtené a to nižší hodnota u rvní varianty a vyšší hodnota u druhé varianty. Poté je roveden elektromagnetický výočet obou variant. Na začátku se navrhují drážky a vinutí induktu. Následuje výočet magnetického naětí reakce kotvy a grafické zracování charakteristiky narázdno, dále návrh magnetického obvodu rotoru, budící cívky a meziólového roztylu. Elektromagnetický výočet končí výočtem ztrát a účinnosti stroje. Následují konstrukční výočty, kde je roveden návrh hřídele, řievnění ólů, návrh kroužků a kartáčů, tlumiče a určení očtu meziólových rozěrek. Konec návrhu je věnován výočtu otelení, omocí náhradních teelných odorů některých částí stroje.jsou zde sestrojeny také výkresy říčného a odélného řezu u obou variant. Na konci ráce je rovedeno orovnání a vyhodnocení obou variant. Porovnávání jak hlavních tak vedlejších arametrů je rovedeno omocí tabulky. Byly orovnávány arametry, které by mohli mít vliv na výběr vhodnější varianty.

13 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07. Elektromagnetický výočet.. Zadané hodnoty Zdánlivý výkon: Sdružené naětí: Počet ólů: Počet fází: Frekvence: Účiník: S 8000kVA (.) U 6300V (.) 0 (.3) m 3 (.4) f 50Hz (.5) cos 0,8 (.6).. Základní hodnoty Tyto hodnoty jsou shodné ro obě dvě varianty očítané v této dilomové ráci. Činný výkon: Fázové naětí: Fázový roud: Počet ólárů: Synchronní rychlost: P S cos ,8 6400kW (.7) U 6300 U f 3637V (.8) 3 3 I 3 S A (.9) U s 0 5 (.0) 60 f n s 600min (.)

14 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Průměr induktu ve vzduchové mezeře: a) Podle emirického vztahu: 0,65 0,85 0,65 0,85 D 0,08 S 0, , 79 (.) m b) Z grafu (Příloha ): D, 95m (.3) Pro rvní variantu jsem, o dohodě s vedoucím ráce, zvolil růměr variantu růměr D, 3m. D, 6m a ro druhou Předběžná obvodová roudová hustota (Příloha ): A 65000A/ m (.4) Indukce ve vzduchové mezeře (Příloha ): B 0, 85T (.5) [] 3

15 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07. Výočet rvní varianty.. Návrh vinutí induktu... Parametry vinutí Pólová rozteč: D 600 t 50mm 0 (.) Volíme drážkovou rozteč: Počet drážek induktu: t d 40mm (.) D 600 Q 5,7 (.3) 40 t d Volím očet aralelních větví a, ten se musí rovnat celému číslu a zároveň musí být dělitelný očtem ólů 5. Může tedy nabývat hodnot a 5;0; 5. Pro a > 5 by vycházel malý roud aralelní větví a měl bych zbytečně mnoho aralelních větví. Volím tedy a 5 Pro zvolení očtu drážek induktu musím vycházet z toho, že Q musí být celé číslo a zároveň Q Q také musí být celé číslo. Q tedy může být jakékoliv celé číslo dělitelné 5. Jako m a 3 5 hodnoty odobné vyočtené hodnotě jsem vybral Q 0;35; 50. Pro otlačení vyšších harmonických je nutné snížit činitele rozlohy kr vyšších harmonických. To lze zvýšením očtu drážek na ól a fázi q, ale tím bych i říliš zvyšoval očet drážek Q. Volím tedy zlomkové q. A tím i očet drážek Q. Počet dráček induktu: Počet drážek na ól a fázi: Q 35 (.4) Q 35 9 q (.5) m 03 Dále musí latit, že a c je celé číslo, kde c je jmenovatel zlomkového q. 0 a c 5 (.6) Podmínka je slněna. 4

16 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Počet drážek na fázi se také musí rovnat celé číslo: Q 35 Q f 45 (.7) m 3 Podmínka také slněna. [] Rozklad Q na činitele: Překladové číslo: Počet segmentů: Počet drážek na řeklad: Q (.8) k 3 (.9) n 9 (.0) seg Q 6 (.) ř Počet závitů jedné fáze v sérii: D A, N s 74,9 (.) m I Počet vodičů v drážce: n d a N s q 5 74,9 6,5 9 5 (.3) Počet vodičů v drážce dvouvrstvého vinutí musí být sudé číslo, volím tedy n 6. d Skutečná hodnota očtu závitů jedné fáze v sérii: N s n d 65 q a (.4) Skutečná hodnota obvodové roudové hustoty: m I A N s A/ m D,6 (.5) Počet drážek na ól: Q 35 Q 3,5 (.6) 0 5

17 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Volíme cívkový krok, který musí být celé číslo: y (0,8 0,86) (.7) d Q y d (.8) Poměrné zkrácení kroku: y d 0,848 (.9) Q 3,5 Matematický očet fází: m m 3 6 (.0) Jelikož máme smyčkové nekřížené vinutí ( 0 ), tak se fiktivní krok na komutátoru vyočte takto: K a 0 K 5 5 y k (.) 5 5 Přední cívkový krok v očtu cívkových stran: y u y 3 (.) d Zadní cívkový krok v očtu cívkových stran: y yk y 3 (.3) Rozstříhání vinutí Počet skuin vinutí: Počet skuin v jedné fázi: Počet cívek ve skuině: S c a m (.4) S 30 c S f 0 m 3 (.5) Q 35 9 K (.6) 30 S c Vzorec ro výočet činitelů: k v k y k r sin m sin (.7) n sin m n 6

18 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Činitel vinutí základní harmonické: sin sin m k v k y k r n sin m n sin 6 sin 0,848 0,973 9 sin 6 9 (.8) Činitelé vinutí dalších harmonických: k 0,05 v5 (.9) k v7 0,063 (.30) k v 0,099 (.3) k v3 0,0649 (.3) Essonův činitel: C A B k v 6,996 0,85 0,973 5,7kVA/ m 3 min (.33) Efektivní délka induktu: S 8000 l e 0,904m 0, 9m (.34) C D n 5,7,6 600 Volíme šířku aketu a šířku chladícího kanálu: š 0, 05 m (.35) š k 0, 0m (.36) Počet aketů: Počet kanálů: le 0,9 i 8 (.37) š 0,05 i i 8 7 (.38) k Celková délka induktu (včetně radiálních kanálů): L le šk ik 0,9 0,07, 07m (.39) [] 7

19 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Návrh drážky Velikost skutečné drážkové rozteče na vnitřním růměru induktu: D 600 t d 37, 3mm Q 35 (.40) Šířka zubu: z B B t 0,8537,3 d z k Fe,7 0,9 0,3mm (.4) Šířka drážky: bd td z 37,3 0,3 7mm (.4) Nejbližší normalizovaná šířka drážky ro tvar drážky M (Příloha 3) odovídá b d (Příloha 4): Konstanta K určená odle naětí (Příloha 5): Přibližná tloušťka izolace na šířku drážky: Šířka vodiče: Předběžná roudová hustota ve vodiči: b b d 7mm (.43) K 90 (.44) izš 8mm (.45) b 78 mm (.46) v d izš 9 Předběžný růřez vodiče: K 90 Cu 4,6 A/ mm (.47) bv 9 S I 733 Cu 3, 8 a Cu 5 4,6 mm (.48) 8

20 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Předběžná výška vodiče: Abych nenavyšoval roudovou hustotu, zvolil jsem h v 4mm. Zvolil jsem také očet vodičů na výšku i a očet vodičů na šířku j. Takže konečný rozměr vodičů je (Příloha 6): h v mm (.50) S Cu 3,86 h v 3, 54mm (.49) b 9 v b v 9mm (.5) Skutečný růřez jednoho vodiče je (Příloha 6): Obr. Uložení vodičů v drážce Výsledný růřez vodičů tvořící jeden závit je: Skutečná roudová hustota: S 7, 4mm (.5) S Cu j i S 7,4 34, 8mm (.53) I 733 Výočet drážky jsem rovedl v tabulce (Příloha 7). Hodnota hloubky drážky, kterou jsem vyočítal: Cu 4,A/ mm (.54) a SCu 534,8 h d 5mm (.55)..3. Vyložení čel [] Rozměry vyložení čel jsou okótované v říloze (Příloha 3) Výběh cívky z drážky v volím odle naětí (Příloha 8): v 55mm (.56) 9

21 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Dále volím vnitřní oloměr oka r, který je závislý ředevším na rozměrech vodiče: Výška čela: Střední oloměr oka: r 0mm (.57) h č h m mm (.58) hč 5 R r 0 36mm (.59) Vzdálenost mezi čely: U 6,3 c 4 4 7, 5mm (.60) Úhel sklonu čel válcového vinutí: Délka šroubovice tvořící část čela: bč c 7 7,5 sin č 0,648 (.6) t 37,3 d 0 č arcsin0,648 40,4 (.6) x t cos č 0,850 cos40,4 0 67mm (.63) Délka oka: R 36 o 56, 5mm (.64) Délka čela: l č ( v x o) ( ,5) 757mm (.65) Délka vodiče: lv L lč mm (.66) Délka oka v odélném směru: e hč r 50 6mm (.67) 0

22 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Průmět x do osového směru: t y tg č 0,850 tg40,4 0 7mm (.68) Celkové vyložení: a v v y e mm (.69)..4. Odor a roztylová reaktance vinutí [] Elektrický odor ro stejnosměrný roud ři 0 0 C: Vliv skinefektu Náhradní výška vodiče: lv N s,87 7 R / 0 Cu. 0, 07 (.70) a S ,8 Cu h v j b b d v f Cu ,5mm (.7) Celkový očet vodičů v drážce nad sebou: g i n 6 3 (.7) d Činitel zvýšení elektrického odoru: g 0, 4 3 0, 4 k Cu 0,5 0,06 (.73) 9 9 Odor ro střídavý roud ři 0 0 C: R k Cu ) ( 0,06) 0,07 0, 086 (.74) / 0 ( R/ 0 Odor ro střídavý roud ři 75 0 C: R,,0,086 0, 0349 (.75) / 75 R/ 0 Procentní hodnota úbytku naětí na ohmickém odoru: R/ 75 I 0, u R ,7% (.76) U 3637 f

23 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Roztylová reaktance statorového vinutí: 4 f N s le h h l t č z X 0,87 0,66 ln q 0 q 3 bd bd le lč bd ,9 99,85 0,5 0,757 0,50 4,5 0,87 0,66 0, 8 5 4, ,9 0, ,3 ln ,7654 (.77) Procentní hodnota úbytku naětí na roztylové reaktanci: X I 0, u x % (.78) 3637 U f.. Návrh magnetického obvodu... Magnetické naětí reakce kotvy Magnetický tok: U f ,49Vs (.79),44 f N k 4,445070,953 4 s v Kontrola odle rozměrů stroje: t le B 0,500,9 0,85 0, 45Vs (.80) Hodnoty jsou téměř totožné, takže kontrola roběhla v ořádku, dále budu oužívat hodnotu magnetického toku 0,49Vs Procentní hodnotu nesycené synchronní reaktance volím odle očtu ólů (Příloha 9): Velikost vzduchové mezery: [] x 7% (.8) d 6 6 At ,50 0 k 47 0,057m (.8) B x x 0,85 7 5,4 d Volím velikost vzduchové mezery zaokrouhlenou na 0,5mm: 0,055m 5, 5mm (.83)

24 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Velikost vzduchové mezery na kraji ólu:,5,5 5,5 3mm (.84) max Pro výočet amlitudy základní harmonické reakce kotvy F, a otřebuji nejdříve určit činitele základní harmonické magnetické indukce C. Pro určení otřebuji několik hodnot, které využiji k odečtu hodnot z grafů: t 5,7 50 max,5 0,03 (.85) (.86) 0,65 (.87) Určení hodnot a a b (Příloha 0): a,4 t (.88) max t b 0,905 (.89) Činitel základní harmonické magnetické indukce: C a b,40,905,037 (.90) Amlituda základní harmonické reakce kotvy: F a C A t k v ,50 0, A,037 (.9) Pro výočet amlitudy základní harmonické reakce kotvy v odélném F d a říčném F q směru, otřebuji nejdříve určit deformační činitele magnetického naětí v odélném C d a říčném C q směru. Určení hodnot e, f, g a h (Příloha ): max t e 0,8 (.9) max f,06 (.93) 3

25 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 g,4 t (.94) max t h 0,305 (.95) Deformační činitel magnetického naětí v odélném směru: C d e f 0,8,06 0,8586 (.96) Deformační činitel magnetického naětí v říčném směru: C q g h,40,305 0,433 (.97) Amlituda základní harmonické magnetického naětí v odélném směru: Fd Cd F a 0, A (.98) Amlituda základní harmonické magnetického naětí v říčném směru: Fq Cq F a 0, A (.99)... Dimenzování magnetického obvodu [] Výška těla ólu: h 0,3 t 0,3 0,50 0, 5m (.00) Výška ólového nástavce: hn 0, t 0, 0,50 0, 05m (.0) Šířka těla ólu: Šířka ólového nástavce: 0,5 0,49 b 0, m B L,4,07 9 (.0) bn t 0,650,50 0, 36m (.03) Výška jha rotoru: 0,5 0,49 h 0, m jr B L,,05 46 jr r (.04) 4

26 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Výška jádra induktu: 0,49 h 0, m js B k l,3 0,90,9 6 (.05) js Fe e Délka střední siločáry ólu: l h hn 0,5 0,05 0, 0m (.06) Délka střední siločáry jha rotoru: l r D l 4,6 Délka střední siločáry jádra induktu: l s D 0,055 0,0 4 5 h 4 d h js,6 0,5 0, Charakteristika narázdno 0,83 m 0,34m (.07) (.08) [] Pro výočet Cartérova činitele k c, otřebuji nejdříve určit Cartérova činitele resektujícího drážkování induktu. Pro určení otřebuji několik hodnot, které využiji k odečtu hodnot z grafů: k cd b 7 d 0,84 z 0,3 (.09) b d 7, 5,5 (.0) Cartérův činitel resektující vliv drážkování induktu určen z grafu (Příloha ): b z d bd k cd,08 (.) Cartérův činitel resektující vliv radiálních ventilačních kanálů: k ck 0,849 šk i 5,7 08 (.) l 5,7 900 e 5

27 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Výsledná hodnota Cartérova činitele: k k k,080,849 0,98 (.3) c cd ck Magnetické naětí na vzduchové mezeře: 6 6 F 0,8 kc B 0 0,8 0,980,055 0, A (.4) Vztahy oužité ro výočet hodnot charakteristiky narázdno v tabulkách (Příloha 8): t z di i Di (.5) Q t b (.6) di d tdi k zi (.7) z k i Fe B zi B z k i t di Fe (.8) H zstř H z 4 H z H z3 (.9) 6 F z H h (.0) zstř d K výočtu v tabulkách jsem oužil nomogram k určení skutečné indukce v zubech induktu (Příloha 3) a graf závislosti magnetické indukce a intenzity magnetického ole (Příloha 4). Zjištění budícího magnetického naětí jsem rovedl grafickým zůsobem (Příloha 0): F b 000A (.)..4. Návrh budícího vinutí [] Přesahující část ólového nástavce: bn b 0,36 0,9 a 0,067m (.) Střední délka závitu cívky: l L b a,07 0,9 0,67, m bs 79 (.3) 6

28 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Předběžný růřez vodiče budící cívky: S Cub Cu lbs Fb (.4) 0,9 U b, , mm 0,9 65 Volím rozměr vodiče: Konečný růřez vodiče budící cívky: b vb hvb 603,3 mm (.5) S Cub bvb hvb 603,3 98mm (.6) Volím izolaci mezi vodiči: t i 0, 4mm (.7) Volím roudovou hustotu: Cub,5 A / mm (.8) Budící roud: I S, , A (.9) b Cub Cub 5 Počet závitů budící cívky: Fb 000 N b 5,75 53 (.30) I 445,5 b Výška cívky: N t 533,3 53 0,4 95, mm hc Nb hvb b i 7 (.3) Volím tloušťku kostřičky cívky: Výsledná výška těla ólu: h t k 6mm (.3) h t 95,7 6 07, mm (.33) c k 7 [] 7

29 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Orientační výočet otelení budící cívky Vnější obvod budící cívky: L b 4 a,07 0,9 40,067 3, m lbe 058 (.34) Ochlazovací ovrch všech cívek: Odor všech cívek budícího vinutí: O c 985 hc lbe 0,077 3,0580 5, m (.35) lbs N b,79530 Rb / 75,,. 0, 78 (.36) S Cub Ztráty v budícím vinutí: PCub Rb / 75 Ib 0,78 445,5 3538W (.37) Obvodová rychlost rotoru: D n,6 600 v r 50,7m/ s (.38) Třetina obvodové rychlosti rotoru: v r 50,7 6,76 m / s (.39) 3 3 Pro třetinovou obvodovou rychlost rotoru vychází součinitel řestuu tela (Příloha 5). Otelení cívky: 95W / Cm (.40),8 PCub,83538 Cub 73,3 C (.4) O 955,985 c [] 8

30 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Meziólový roztyl Hodnoty zjištěné z výkresové dokumentace (Příloha 4): l 0, 04m (.4) l n 0, 074m (.43) h 0, n 06m (.44) S n 0,0335 m (.45) Obr. Rozměry k určení meziólového roztylu Náhradní výška ólového nástavce: Délka ólu se zaočítanou šířkou cívky: Sn 0,0335 hn 0, 04m (.46) b 0,36 n b b,07 0,36 0,9, m Ln L n 05 (.47) Magnetická vodivost roztylového toku mezi boky ólových nástavců: bn h L 0,06,05 n n ,0 l n 0,074 (.48) Magnetická vodivost roztylového toku mezi boky ólů: b h L ,380 l 0,04 7 0,08,07 7 (.49) 9

31 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Magnetická vodivost roztylového toku mezi čely ólových nástavců: čn 0 h n bn l n ln 4 l n 0,36 0,074 0,04 ln 4 0,490 0,074 7 (.50) Magnetická vodivost roztylového toku mezi čely ólů: č 0 h b l ln 4 l 0,9 0,04 0, ln 4 0,740 0,04 7 (.5) Výsledná magnetická vodivost roztylového toku: bn b 4 čn , 3,38 4 0,49 4 0,740 4,090 č (.5) Roztylový magnetický tok: F 046 4, , 044Vs (.53) Činitel roztylu: 0,044 0,76 7,6% (.54) 0,49 [].3. Výočet ztrát a účinnosti Jouleovy ztráty ve vinutí induktu: P Cu m R I 30, W (.55) / 75 Jouleovy ztráty v budícím vinutí: PCub Rb / 75 Ib 0,78 445,5 3538W (.56) Ztrátové číslo lechů: Fe,8 W / kg (.57) 30

32 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Vnější růměr induktu: Dje D ( hd hjs),6 (0,5 0,57), 06m (.58) Střední růměr induktu: Hmotnost jádra induktu: D D hd,6 0,5, 83m (.59) 3 mfej 4 4 D je D 3 l e k,06,83 0,9 0, kg Fe Fe (.60) Ztráty v železe v jádře induktu: P Fej,8,8,8,3 Fe B js 50 50,3 f 50,3 m Fej W (.6) Hmotnost zubů induktu: m Fez Q z h d l e k Fe 35 0,09 0,5 0,9 0, kg Fe (.6) Ztráty v železe v zubech induktu: P Fez Fe B z 50,8,6 50 f 50,3,3 m Fez W (.63) Drážková frekvence: Q n f d 350Hz (.64) Povrchové ztráty:,5,5 P f d B 350 0, W (.65) Mechanické ztráty:,5 Pm vr D le 50,7,5,6 0,9 797W (.66) 3

33 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Přídavné ztráty: P ř 0,003 S 0, W (.67) Celkové ztráty: P P Cu P Cub P Fej P Fez P P m P W ř (.68) Účinnost: P ,36% 6 (.69) P P 6, [].4. Konstrukční výočty.4.. Návrh hřídele Pevnostní kritérium: Deformační kritérium: P 6400 d 0,35 0,35 0, m HP 3 3 n (.70) s P 6400 d 0,35 0,35 0, m HD 4 4 n (.7) s Pro návrh hřídele oužiji evnostní kritérium d d H HP. Hlavní růměr hřídele: DH,3 dh,3 0,97 0, 386m (.7).4.. Přievnění ólů [] Poloměr otáčení jha rotoru v ose ólu: r D,6 h n h 0,055 0,05 0,077 0,568m (.73) 3

34 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Poloměr otáčení těžiště těla ólu a budícího vinutí: h 0,077 r rv r 0,568 0, 6307m (.74) Poloměr otáčení těžiště ólového nástavce: hn 0,04 rn r h 0,568 0,077 0, 755m (.75) Objem těla ólu: V 3 S L h b L 0,077 0,9,07 0,044469m (.76) Objem budícího vinutí: V v S v l bs S Cub N l 0, ,79 0,09786m b bs 3 (.77) Objem ólového nástavce: V n S n l n S n ( L a) 0,0335 (,07 0,0675) 0, m 3 (.78) Hmotnost těla ólu: m Fe V 78000, , 086kg (.79) Hmotnost budícího vinutí: m V , , kg (.80) Cub Cu v 577 Hmotnost ólového nástavce: mn Fe Vn , , 477kg (.8) Maximální otáčky: n MAX, n, ot / min (.8) s Maximální úhlová rychlost: n MAX 70 MAX 75,398 rad / s (.83)

35 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Velikost odstředivé síly ólu s cívkou: F MAX 75, N m m Cub r m n r n 33,086 60,577 0,6307 5,477 0,755 (.84) Síla na jednotku délky: F 6 F, ,486 0 N m (.85) L,07 / 6 F (,5) 0 N / m k řievnění oužiji kladiva. Obr. 3 Rozměry kladiva Návrh kladiva: Šířka krčku: 6 F,4860 akl 0, 09m 6 (.86) 300 dov Šířka řesahující části: a b kl 0,09 kl 0, 0095m (.87) Výška kladiva: ckl akl 0, 09m (.88) 34

36 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Kontrola kombinovaného namáhání: c max F c kl,4860 0,09 3 b 4 c 6 kl kl 3 0, ,09 3 b 4 c kl kl 3 0, , Pa (.89) Jelikož je namáhání. c max Volím: Další rozměry: dov musel jsem zvětšit rozměry kladiva, abych neřekračoval dovolené a kl 0, 03m (.90) akl 0,03 bkl 0, 05m (.9) c a 0, m (.9) kl kl 03 Kontrola kombinovaného namáhání: c max F c kl,4860 0,03 3 b 4 c 6 kl kl 3 0,05 4 0,03 3 b 4 c kl kl 3 0,05 4 0, Pa (.93) Kontrola roběhla v ořádku, rotože < c max dov, mohu ro kladiva oužít tyto rozměry. [] 35

37 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Kroužky a kartáče Pro kartáče jsem oužil materiál zvaný elektrografit, který má arametry osané v tabulce (Příloha 6). Celkový růřez kartáčů jedné olarity: S k I 445,5 0 b 44,55cm 4455mm (.94) k Volím rozměry kartáčů z tabulky (Příloha 7). Průřez jednoho kartáče: b k 40mm (.95) l k 0mm (.96) Sk 800 Počet kartáčů jedné olarity na obvodu kroužku: Vnější růměr kroužků volíme: Kontrola obvodové rychlosti kroužků: bk lk 40 0 mm (.97) Sk 4455 i k 5,57 6 (.98) S 800 k Dk,3 d H,3 0,97 0, 386m (.99) Dk nmax 0,38670 vk 4,55m / s (.00) Kontrola roběhla v ořádku, rotože v v. k MAX Kontrola rozteče kartáčů: Dk 0,386 tk 0, 0m i 6 k (.0) Kontrola roběhla v ořádku, rotože t l. k k [] 36

38 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Návrh tlumiče Rozteč tyčí, uvažovaná na obvodu statoru: Počet tyčí na ólovém nástavci: Průřez všech tyčí: ť 0,8 t 0,8 37, 9, mm (.0) t d 8 bn 36 Q tn 0,9 (.03) t 9,8 t S t 0, nd Q SCu 0, 63534,8 5034mm (.04) Průřez jedné tyče: St 5034 St 37mm Q 0 tn (.05) Průměr tyče: Průřez kruhu: d 4 S t 4 37 t 3, mm (.06) S k 0,45 S t Q 0, mm tn 680mm (.07) Rozměr kruhu: 0 68mm (.08).4.5. Určení očtu meziólových rozěrek [] Vzdálenost těžiště cívky od osy ólu: Rozteč rozěrek: b b t 0,9 0,06 0,006 0, m e vb k 35 (.09) 6 dov bvb 350 0,06 t 0, m r e 75, , MAX Cu (.0) 37

39 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Počet rozěrek:.5. Výočet otelení kotvy.5.. Drážková část Hodnoty odečtené z výkresu (Příloha 4): L,07 i 0,346 (.) t 0,795 iz 0, 0037m (.) iz 0, 005m (.3) z 0, 07m (.4) z s 0, 08m (.5) z 0, 03m (.6) z s 0, 043m (.7) z 3 0, 056m (.8) š j 0, 044 m (.9) š j 0, 0453m (.0) r [] š j 3 0, 0466 m (.) Obr. 4 Rozměry ro výočet otelení Jouleovy ztráty v drážkách: Jouleovy ztráty v čelech: š j 4 0, 048 m (.) PCu L 5654,07 PCud 3946W (.3) l,87 v PCu lč ,757 PCuč 3308W (.4) l,87 v 38

40 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Ztráty odváděné rotorovou větví: P rv P ( P Cuč P m P 503 ( ) 50507W ř ) (.5) Předoklad je že, se vzduch roudící kanálem ohřeje o 5C. Objemové měrné telo chladiva je c v 3 50 Ws / Cm. Průtočné množství vzduchu všemi kanály: Prv Q rv 8,07m / s c 505 v (.6) Průtočné množství vzduchu na jeden kanál a drážkovou rozteč: Střední rychlost roudění v rostoru zubů: Střední rychlost roudění v rostoru jádra: v v Q Qrv 8,07 3 0,0033m s (.7) Q i 358 r / Qr 0,0033 4,3 m s (.8) z š 0,03 0,0 kz / k Qr 0,0033 7,3m s (.9) š š 0,0453 0,0 kj / j k Tomu odovídají součinitele řestuu tela (Příloha 5): Odhad součinitele řestuu tela na vnějším obvodu induktu: Ztráty ve vinutí tekoucí do uzlu: z 90W / Cm (.30) j 55W / Cm (.3) 4 40W / Cm (.3) PCud 3946 PCud 6, 78W Q i 358 (.33) 39

41 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Ztráty v zubech tekoucí do uzlu: Ztráty v jádru induktu tekoucí do uzlu: Otelení chladiva ve vzduchové mezeře: PFez 434 PFez 4, 4W Q i 358 (.34) PFej 4963 PFej 5, 4W Q i 358 (.35) PCub P , 09C (.36) c Q 508,07 Otelení chladiva v okolí zubu kanálu: v rv PFez PCud ,09 9, 8C (.37) c Q 508,07 Otelení chladiva v okolí jádra kotvy kanálu: v rv P 03 0 Fez P c v Cud Q ,09 3,76C 508,07 rv P Fej (.38) Otelení chladiva vystuujícího z kanálu: P 04 0 Fez P c v Cud Q P ,09 5C 508,07 rv Fej (.39) Pro další výočet oužijeme následující konstanty: = 0,W/mC (.40) iz = 45W/mC (.4) Fed = W/m C (.4) Feq = 0,08W/mC (.43) vzd 40

42 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Obvod cívky uvnitř kanálu: = 0,000m (.44) vzd O h b 0,5 0,07 0,47m (.45) iz d d Teelný odor z vinutí do ventilačního kanálu: Obr. 5 Náhradní teelná síť drážkové části iz vzd R šk šk šk iz Oiz vzd Oiz z Oiz 0,0037 0,000 0,0 0,0 0,0 0, 0,47 0,08 0, ,47 6,67C / W (.46) Teelný odor z vinutí do vzduchové mezery: iz vzd R št št iz bd vzd bd 0,005 0,000 0,06 0, 0,07 0,08 0,07 30,58C / W št bd 0,06 950,07 0,06 (.47) 4

43 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Teelný odor z vinutí do zubu: R 3 iz š iz Oiz vzd vzd O 0,0037 0,000 0,05 0, 0,47 0,08 0,47 3,55C / W iz š 3 0,05 Fed z O iz 3 45 š 0,03 0,05 0,47 (.48) Teelný odor ze zubu do vzduchové mezery: R 4 3 Feq 0,5 h 3 0,08 d z s 0,05 š š z 95 0,07 0,05 59,65C / W (.49) Teelný odor ze zubu do ventilačního kanálu: R 5 3 Feq š z h d z z h 0,05 7,3C / W 3 0,03 0,5 900,03 0,5 d (.50) Teelný odor z lechů zubu do lechů jádra: R 6 3 Fed h 0,5 d z ,043 s š 0,05 3 Fed h js š j 0, ,044 š,5c / W 0,05 (.5) 4

44 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Teelný odor z lechů jádra do ventilačního kanálu: R 7 3 Feq š š j h js š j h 0,05 3,59C / W 3 0,0453 0, ,0453 0,63 j js (.5) Teelný odor z lechů jádra na vnější obvod statoru: R 8 3 Fed h js š j3 0, ,0466 š š 4 j4 š,35c / W 0,05 0, ,048 (.53) Lineárně nezávislé rovnice ro výočet hledaných telot: Cud R 0 Cud R 0 Cud R 3 z P Cud (.54) z R 3 Cud z R 4 0 z R 5 0 z j R 6 P Fez (.55) j z j R R j R 8 04 P Fej (.56) Dosazení do rovnic: Cud 9,8 Cud 7,09 Cud z 6,67 30,58 3,55 6,78 (.57) z 3,55 Cud 7,09 9,8 z z z j 59,65 7,3,5 4,4 (.58) j z j 3,76 j 5 5,4,5 3,59,35 (.59) 43

45 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Úrava soustavy na základní tvar: 0,37 0,8 0 7, (.60) Cud z j 0,8,35 0,8 5,868 (.6) Cud z j 0 0,8,5 9,67 (.6) Cud Výočet telot jsem rovedl omocí rogramu Microsoft Excel. Výsledné otelení: z Cud 60, 6C j (.63) z 44, 7C (.64) j 40, 4C (.65).5.. Čela vinutí [] Ztráty v jednom čele cívky: PCuč 3308 PCuč 86, 33W (.66) Q 35 Obvod čela: h b 0,05 0,07 0, m Oč č d 34 (.67) Odhad součinitele řestuu tela čel 30W / Cm. č Teelný odor jednoho čela: Obr. 6 Náhradní teelná síť části čel iz vzd Rč O l O l k O l iz č č vzd č č č 0,0037 0,000 (.68) 0, 0,34 0,757 0,08 0,34 0, ,6 0,34 0,757 0,73C / W Výsledné otelení čela: č č P R 86,330,73 63, C (.69) Cuč Cuč č [] 44

46 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Výočet druhé varianty 3.. Návrh vinutí induktu 3... Parametry vinutí Pólová rozteč: D 300 t 73mm 0 (3.) Volíme drážkovou rozteč: Počet drážek induktu: t d 40mm (3.) D 300 Q 80,6 (3.3) 40 t d Volím očet aralelních větví a, ten se musí rovnat celému číslu a zároveň musí být dělitelný očtem ólů 5. Může tedy nabývat hodnot a 5;0; 5. Pro a > 5 by vycházel malý roud aralelní větví a měl bych zbytečně mnoho aralelních větví. Volím tedy a 5 Pro zvolení očtu drážek induktu musím vycházet z toho, že Q musí být celé číslo a zároveň Q Q také musí být celé číslo. Q tedy může být jakékoliv celé číslo dělitelné 5. Jako m a 3 5 hodnoty odobné vyočtené hodnotě jsem vybral Q 80;95; 0. Pro otlačení vyšších harmonických je nutné snížit činitele rozlohy kr vyšších harmonických. To lze zvýšením očtu drážek na ól a fázi q, ale tím bych i říliš zvyšoval očet drážek Q. Volím tedy zlomkové q. A tím i očet drážek Q. Počet dráček induktu: Počet drážek na ól a fázi: Q 95 (3.4) Q 95 3 q (3.5) m 03 Dále musí latit, že a c je celé číslo, kde c je jmenovatel zlomkového q. 0 a c 5 (3.6) Podmínka je slněna. 45

47 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Počet drážek na fázi se také musí rovnat celé číslo: Q 95 Q f 65 (3.7) m 3 Podmínka také slněna. [] Rozklad Q na činitele: Překladové číslo: Počet segmentů: Počet drážek na řeklad: Q (3.8) k 3 (3.9) n 3 (3.0) seg Q 5 (3.) ř Počet závitů jedné fáze v sérii: D A, N s 06,79 (3.) m I Počet vodičů v drážce: n d a N s q 506,79 6,4 3 5 (3.3) Počet vodičů v drážce dvouvrstvého vinutí musí být sudé číslo, volím tedy n 6. d Skutečná hodnota očtu závitů jedné fáze v sérii: 3 65 nd q N s a 5 Skutečná hodnota obvodové roudové hustoty: 04 (3.4) m I A N s A / m D,3 (3.5) Počet drážek na ól: Q 95 Q 9,5 (3.6) 0 46

48 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Volíme cívkový krok, který musí být celé číslo: y (0,8 0,86) (3.7) d Q y d 6 (3.8) Poměrné zkrácení kroku: Matematický očet fází: y d 6 0,805 (3.9) Q 9,5 m m 3 6 (3.0) Jelikož máme smyčkové nekřížené vinutí ( 0 ), tak se fiktivní krok na komutátoru vyočte takto: K a 0 K 5 5 y k (3.) 5 5 Přední cívkový krok v očtu cívkových stran: y u y 6 33 (3.) d Zadní cívkový krok v očtu cívkových stran: y yk y 33 3 (3.3) Rozstříhání vinutí Počet skuin vinutí: Počet skuin v jedné fázi: Počet cívek ve skuině: S c a m (3.4) S 30 c S f 0 m 3 (3.5) Q 95 3 K (3.6) 30 S c Vzorec ro výočet činitelů: k v k y k r sin m sin (3.7) n sin m n 47

49 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Činitel vinutí základní harmonické: sin sin m k v k y k r n sin m n sin 6 sin 0,848 0,975 9 sin 6 9 (3.8) Činitelé vinutí dalších harmonických: k 0,0308 v5 (3.9) k v7 0,054 (3.30) k v 0,0896 (3.3) k v3 0,0666 (3.3) Essonův činitel: C A B k v 63,30 0,85 0,975 5,74kVA / m 3 min (3.33) Efektivní délka induktu: S 8000 l e 0,439m 0, 44m (3.34) C D n 5,74,3 600 Volíme šířku aketu a šířku chladícího kanálu: š 0, 05 m (3.35) š k 0, 0m (3.36) Počet aketů: Počet kanálů: le 0,44 i 8,8 9 (3.37) š 0,05 l e 0, 45m (3.38) i i 9 8 (3.39) k Celková délka induktu (včetně radiálních kanálů): L le šk ik 0,45 0,08 0, 53m (3.40) [] 48

50 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Návrh drážky Velikost drážkové rozteče na vnitřním růměru induktu: D 300 t d 37mm Q 95 (3.4) Šířka zubu: z B B t 0,8537 d z k Fe,7 0,9 0, mm (3.4) Šířka drážky: b t z 37 0, 6, mm (3.43) d d 9 Nejbližší normalizovaná šířka drážky ro tvar drážky M (Příloha 3) odovídá b d (Příloha 4): Skutečná šířka zubu na vnitřním růměru induktu: z b d 7mm (3.44) td bd mm (3.45) Konstanta K určená odle naětí (Příloha 5): Přibližná tloušťka izolace na šířku drážky: Šířka vodiče: Předběžná roudová hustota ve vodiči: b K 90 (3.46) izš 8mm (3.47) b 78 mm (3.48) v d izš 9 Předběžný růřez vodiče: K 90 Cu 4,6 A/ mm (3.49) bv 9 S I 733 Cu 3, 8 a Cu 5 4,6 mm (3.50) 49

51 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Předběžná výška vodiče: S Cu 3,86 h v 3, 54mm (3.5) b 9 v Abych nenavyšoval roudovou hustotu, zvolil jsem h v 4mm. Zvolil jsem také očet vodičů na výšku i a očet vodičů na šířku j. Takže konečný rozměr vodičů je (Příloha 6): Obr. 7 Uložení vodičů v drážce Skutečný růřez jednoho vodiče je (Příloha 6): Výsledný růřez vodičů tvořící jeden závit je: Skutečná roudová hustota: h v mm (3.5) b v 9mm (3.53) S 7, 4mm (3.54) S Cu j i S 7,4 34, 8mm (3.55) I 733 Cu 4,A/ mm (3.56) a SCu 534,8 Výočet hloubky drážky jsem rovedl v tabulce (Příloha 7). Hodnota hloubky drážky, kterou jsem vyočítal: h d 5mm (3.57) Vyložení čel [] Rozměry vyložení čel jsou okótované v říloze (Příloha 3) Výběh cívky z drážky v volím odle naětí (Příloha 8): v 55mm (3.58) 50

52 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Dále volím vnitřní oloměr oka r, který je závislý ředevším na rozměrech vodiče: Výška čela: Střední oloměr oka: Vzdálenost mezi čely: Úhel sklonu čel válcového vinutí: Délka šroubovice tvořící část čela: r 0mm (3.59) h č h m mm (3.60) hč 5 R r 0 36mm (3.6) U 6,3 c 4 4 7, 5mm (3.6) bč c 7 7,5 sin č 0,653 (3.63) t 37 d 0 č arcsin0,653 40,7 (3.64) x t cos č 0,873 cos40,7 0 39mm (3.65) Délka oka: R 36 o 56, 5mm (3.66) Délka čela: l č ( v x o) ( ,5) 005mm (3.67) Délka vodiče: lv L lč m (3.68) Délka oka v odélném směru: e hč r 50 6mm (3.69) 5

53 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Průmět x do osového směru: t y tg č 0,873 tg40,7 0 55mm (3.70) Celkové vyložení: a v v y e mm (3.7) Odor a roztylová reaktance vinutí [] Elektrický odor ro stejnosměrný roud ři 0 0 C: Vliv skinefektu Náhradní výška vodiče: lv N s, R / 0 Cu. 0, 033 (3.7) a S ,8 Cu h v j b b d v f Cu ,5mm (3.73) Celkový očet vodičů v drážce nad sebou: g i n 6 3 (3.74) d Činitel zvýšení elektrického odoru: g 0, 4 3 0, 4 k Cu 0,5 0,06 (3.75) 9 9 Odor ro střídavý roud ři 0 0 C: R k Cu ) ( 0,06) 0,033 0, 035 (3.76) / 0 ( R/ 0 Odor ro střídavý roud ři 75 0 C: R,,0,035 0, 047 (3.77) / 75 R/ 0 Procentní hodnota úbytku naětí na ohmickém odoru: R/ 75 I 0, u R ,86% (3.78) U 3637 f 5

54 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Roztylová reaktance statorového vinutí: 4 f N s le h h l t č z X 0,87 0,66 ln q 0 q 3bd bd le lč bd ,45 99,85 0,5,005 0,73 6,5 0,87 0,66 0, 8 5 6, ,45, ln ,974 (3.79) Procentní hodnota úbytku naětí na roztylové reaktanci: X I 0, u x ,49% (3.80) 3637 U f 3.. Návrh magnetického obvodu 3... Magnetické naětí reakce kotvy Magnetický tok: Kontrola odle rozměrů stroje: U f ,7Vs (3.8),44 f N k 4, ,973 4 s v t le B 0,73 0,450,85 0, 76Vs (3.8) Hodnoty jsou téměř totožné, takže kontrola roběhla v ořádku, dále budu oužívat hodnotu magnetického toku 0,7Vs Procentní hodnotu nesycené synchronní reaktance volím odle očtu ólů (Příloha 9): Velikost vzduchové mezery: [] x 7% (3.83) d 6 6 A t ,73 0 k 47 0,03m (3.84) B x x 0,85 7 8,49 d Volím velikost vzduchové mezery zaokrouhlenou na 0,5mm: 0,03m 3mm (3.85) 53

55 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Velikost vzduchové mezery na kraji ólu:,5,5 3 34,5mm (3.86) max Pro výočet amlitudy základní harmonické reakce kotvy F, a otřebuji nejdříve určit činitele základní harmonické magnetické indukce C. Pro určení otřebuji několik hodnot, které využiji k odečtu hodnot z grafů: t 3 73 max,5 0,03 (3.87) (3.88) 0,65 (3.89) Určení hodnot a a b (Příloha 0): a,45 t (3.90) max t b 0,9 (3.9) Činitel základní harmonické magnetické indukce: C a b,450,9,049 (3.9) Amlituda základní harmonické reakce kotvy: F a C A t k v ,73 0, A,049 (3.93) Pro výočet amlitudy základní harmonické reakce kotvy v odélném F d a říčném F q směru, otřebuji nejdříve určit deformační činitele magnetického naětí v odélném C d a říčném C q směru. Určení hodnot e, f, g a h (Příloha ): max t e 0,85 (3.94) max f,06 (3.95) 54

56 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 g,4 t (3.96) max t h 0,3 (3.97) Deformační činitel magnetického naětí v odélném směru: C d e f 0,85,06 0,8639 (3.98) Deformační činitel magnetického naětí v říčném směru: C q g h,40,3 0,437 (3.99) Amlituda základní harmonické magnetického naětí v odélném směru: Fd Cd F a 0, A (3.00) Amlituda základní harmonické magnetického naětí v říčném směru: Fq Cq F a 0, A (3.0) 3... Dimenzování magnetického obvodu [] Výška těla ólu: h 0,3 t 0,3 0,73 0, 7m (3.0) Výška ólového nástavce: hn 0, t 0, 0,73 0, 07m (3.03) Šířka těla ólu: Šířka ólového nástavce: 0,5 0,7 b 0, m B L,4 0,53 67 (3.04) bn t 0,650,73 0, 47m (3.05) Výška jha rotoru: 0,5 0,7 h 0, m jr B L, 0,733 3 jr r (3.06) 55

57 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Výška jádra induktu: 0,7 h 0, m js B k l,3 0,90,45 63 (3.07) js Fe e Délka střední siločáry ólu: l h hn 0,7 0,07 0, 89m (3.08) Délka střední siločáry jha rotoru: Délka střední siločáry jádra induktu: l r D l 4,3 0,03 0, l s D h 4 d h js,3 0,5 0, Charakteristika narázdno 0,63m 0,449m (3.09) (3.0) [] Pro výočet Cartérova činitele k c, otřebuji nejdříve určit Cartérova činitele resektujícího drážkování induktu. Pro určení otřebuji několik hodnot, které využiji k odečtu hodnot z grafů: k cd b 7 d 0,85 z 0 (3.) b d 7 3 0,74 (3.) Cartérův činitel resektující vliv drážkování induktu určen z grafu (Příloha ): b z d bd k cd,056 (3.3) Cartérův činitel resektující vliv radiálních ventilačních kanálů: k ck 0,845 šk i 3 09 (3.4) l e 56

58 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Výsledná hodnota Cartérova činitele: k k k,0560,845 0,89 (3.5) c cd ck Magnetické naětí na vzduchové mezeře: 6 6 F 0,8 kc B 0 0,8 0,890,030, A (3.6) Vztahy oužité ro výočet hodnot charakteristiky narázdno v tabulkách (Příloha 9): t z di i Di (3.7) Q t b (3.8) di d tdi k zi (3.9) z k i Fe B zi B z k i t di Fe (3.0) H zstř H z 4 H z H z3 (3.) 6 F z H h (3.) zstř d K výočtu v tabulkách jsem oužil nomogram k určení skutečné indukce v zubech induktu (Příloha 3) a graf závislosti magnetické indukce a intenzity magnetického ole (Příloha 4). Zjištění budícího magnetického naětí jsem rovedl grafickým zůsobem (Příloha ): F b 3800A (3.3) Návrh budícího vinutí [] Přesahující část ólového nástavce: bn b 0,47 0,67 a 0,0m (3.4) Střední délka závitu cívky: L b a 0,53 0,67 0,0, m lbs 00 (3.5) 57

59 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Předběžný růřez vodiče budící cívky: S Cub Cu lbs Fb (3.6) 0,9 U b, ,3 mm 0,9 65 Volím rozměr vodiče: Konečný růřez vodiče budící cívky: b vb hvb 94, mm (3.7) S Cub bvb hvb 94, 97,4 mm (3.8) Volím izolaci mezi vodiči: t i 0, 4mm (3.9) Volím roudovou hustotu: Cub, A / mm (3.30) Budící roud: I S, 97,4 44, A (3.3) b Cub Cub 5 Počet závitů budící cívky: Fb 3800 N b 76,7 77 (3.3) I 44,5 b Výška cívky: N t 77, 77 0,4 9, mm hc Nb hvb b i (3.33) Volím tloušťku kostřičky cívky: Výsledná výška těla ólu: h t k 6mm (3.34) h t 9, 6 04, mm (3.35) c k [] 58

60 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Orientační výočet otelení budící cívky Vnější obvod budící cívky: l L b 4 a 0,53 0,67 40,0, m be 4 Ochlazovací ovrch všech cívek: (3.36) Odor všech cívek budícího vinutí: O c 63 hc lbe 0,9,,40 4, m (3.37) lbs Nb, Rb / 75,,. 0, 05 (3.38) S 56 97,4 Cub Ztráty v budícím vinutí: PCub Rb / 75 Ib 0,05 44,5 3594W (3.39) Obvodová rychlost rotoru: D n,3 600 v r 7,6m/ s (3.40) Třetina obvodové rychlosti rotoru: v r 7,6 4,09 m / s (3.4) 3 3 Pro třetinovou obvodovou rychlost rotoru vychází součinitel řestuu tela (Příloha 5): Otelení cívky: 0W / Cm (3.4),8 PCub,83594 Cub 74,8 C (3.43) O 0 4,63 c [] 59

61 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Meziólový roztyl Hodnoty zjištěné z výkresové dokumentace (Příloha 6): l 0, 68m (3.44) l n 0, 07m (3.45) h 0, n 035m (3.46) S n 0,0805 m (3.47) Obr. 8 - Rozměry k určení meziólového roztylu Náhradní výška ólového nástavce: Délka ólu se zaočítanou šířkou cívky: Sn 0,0805 hn 0, 0597m (3.48) b 0,47 n b b 0,53 0,47 0,67 0, m Ln L n 733 (3.49) Magnetická vodivost roztylového toku mezi boky ólových nástavců: bn h L 0,035 0,733 n n ,00 l n 0,07 (3.50) Magnetická vodivost roztylového toku mezi boky ólů: b h L ,050 l 0,68 7 0,040,53 7 (3.5) 60

62 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Magnetická vodivost roztylového toku mezi čely ólových nástavců: čn 0 h n bn l n ln 4 l 0,06ln n 0,47 4 0,07 0,70 0,07 7 (3.5) Magnetická vodivost roztylového toku mezi čely ólů: č 0 h b l ln 4 l 0,04 ln 0,67 4 0,68 0,660 0,68 7 (3.53) Výsledná magnetická vodivost roztylového toku: bn b 4 čn ,0 4,05 4 0,7 4 0,660 9,60 č (3.54) Roztylový magnetický tok: F , , 09Vs (3.55) Činitel roztylu: 0,044 0,67 6,7 % (3.56) 0,49 [] 3.3. Výočet ztrát a účinnosti Jouleovy ztráty ve vinutí induktu: P Cu m R I 30, W (3.57) / 75 Jouleovy ztráty v budícím vinutí: PCub Rb / 75 Ib 0,05 44,5 35W (3.58) Ztrátové číslo lechů: Fe,8 W / kg (3.59) 6

63 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Vnější růměr induktu: Dje D ( hd hjs),3 (0,5 0,63), 856m (3.60) Střední růměr induktu: Hmotnost jádra induktu: D D hd,3 0,5, 53m (3.6) 3 mfej 4 4 D je D 3 l e k Fe,856,53 0,450, kg Fe (3.6) Ztráty v železe v jádře induktu: P Fej,8,8,8,3 Fe B js 50 50,3 f 50,3 m Fej W (3.63) Hmotnost zubů induktu: m Fez Q z h d l e k Fe 95 0,09 0,5 0,450, kg Fe (3.64) Ztráty v železe v zubech induktu: P Fez,8,64 Fe B z f 50,3,3 m Fez W (3.65) Drážková frekvence: Q n f d 950Hz (3.66) Povrchové ztráty:,5,5 P f d B 950 0,85 64W (3.67) Mechanické ztráty:,5 Pm vr D le 7,6,5,3 0, W (3.68) 6

64 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Přídavné ztráty: P ř 0,003 S 0, W (3.69) Celkové ztráty: P P Cu P Cub P Fej P Fez P P m P W ř (3.70) Účinnost: P ,% 6 (3.7) P P 6, [] 3.4. Konstrukční výočty Návrh hřídele Pevnostní kritérium: Deformační kritérium: P 6400 d 0,35 0,35 0, m HP 3 3 n (3.7) s P 6400 d 0,35 0,35 0, m HD 4 4 n (3.73) s Pro návrh hřídele oužiji evnostní kritérium d d H HP. Hlavní růměr hřídele: DH,3 dh,3 0,97 0, 386m (3.74) Přievnění ólů [] Poloměr otáčení jha rotoru v ose ólu: r D,3 h n h 0,03 0,07 0,04 0,8509m (3.75) 63

65 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Poloměr otáčení těžiště těla ólu a budícího vinutí: h 0,04 r rv r 0,8509 0, 959m (3.76) Poloměr otáčení těžiště ólového nástavce: hn 0,0597 rn r h 0,8509 0,04, 0849m (3.77) Objem těla ólu: V 3 S L h b L 0,04 0,670,53 0,0888m (3.78) Objem budícího vinutí: V v S v l bs S Cub N l 0, ,00 0,03043m b bs 3 (3.79) Objem ólového nástavce: V n S n l n S n ( L a) 0,0805 (0,53 0,0) 0,00589m 3 (3.80) Hmotnost těla ólu: m Fe V 78000,0888 5, 8kg (3.8) Hmotnost budícího vinutí: m V , , kg (3.8) Cub Cu v 836 Hmotnost ólového nástavce: mn Fe Vn 78000, , 594kg (3.83) Maximální otáčky: n MAX, n, ot / min (3.84) s Maximální úhlová rychlost: n MAX 70 MAX 75,398 rad / s (3.85)

66 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Velikost odstředivé síly ólu s cívkou: F MAX 75, N m m Cub r m n r n 5,8 70,836 0,959 60,594,0849 (3.86) Síla na jednotku délky: F 6 F 3, ,939 0 N m (3.87) L 0,53 / 6 F (,5) 0 N / m k řievnění oužiji kladiva. Obr. 9 Rozměry kladiva Návrh kladiva: Šířka krčku: 6 F 6,9390 akl 0, 053m 6 (3.88) 300 dov Šířka řesahující části: a b kl 0,053 kl 0, 065m (3.89) Výška kladiva: ckl akl 0, 053m (3.90) 65

67 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Kontrola kombinovaného namáhání: c max F c kl,4860 0,053 3 b 4 c 6 kl kl 3 0, ,053 3 b 4 c kl kl 3 0, , Pa (3.9) Jelikož je namáhání. c max dov musel jsem zvětšit rozměry kladiva, abych neřekračoval dovolené Pro a kl 0, 06m ani ro a kl 0, 07m nevyšla kontrola kombinovaného namáhání menší než dovolené namáhání, takže jsem musel šířku krčku zvolit Pro: Volím dvě kladiva s oměrově zmenšenými rozměry. Rozměry: a kl 0, 08 a kl 0,08m > 0.06m (3.9) akl 0,08 a kl 0, 04m (3.93) a kl 0,04 b kl 0, 0m (3.94) c a 0, m (3.95) kl kl 04 Kontrola kombinovaného namáhání ro obě dvě kladiva: m c max F c kl,4860 0,08 3 b 4 c 6 kl kl 3 0,04 4 0,08 3 b 4 c kl kl 3 0,04 4 0, Pa (3.96) Kontrola roběhla v ořádku, rotože < c max dov, mohu ro kladiva oužít tyto rozměry. [] 66

68 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Kroužky a kartáče Pro kartáče jsem oužil materiál zvaný elektrografit, který má arametry osané v tabulce (Příloha 6): Celkový růřez kartáčů jedné olarity: S k I 44,5 0 b 4,45cm 445mm (3.97) k Volím rozměry kartáčů z tabulky (Příloha 7): Průřez jednoho kartáče: b k 40mm (3.98) l k 5mm (3.99) Sk 000 Počet kartáčů jedné olarity na obvodu kroužku: Vnější růměr kroužků volíme: bk lk 40 5 mm (3.00) Sk 445 i k 4,45 5 (3.0) S 000 k Kontrola obvodové rychlosti kroužků: Dk,3 d H,3 0,97 0, 386m (3.0) Dk nmax 0,38670 vk 4,55m / s (3.03) Kontrola roběhla v ořádku, rotože v v. k MAX Kontrola rozteče kartáčů: Dk 0,386 tk 0, m i 5 k (3.04) Kontrola roběhla v ořádku, rotože t l. k k [] 67

69 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Návrh tlumiče Rozteč tyčí, uvažovaná na obvodu statoru: Počet tyčí na ólovém nástavci: Průřez všech tyčí: ť 0,8 t 0,8 37 9, mm (3.05) t d 6 bn 470 Q tn 5,87 6 (3.06) t 9,6 t S t 0, nd Q SCu 0, 69534,8 75mm (3.07) Průřez jedné tyče: St 75 St 36mm Q 06 tn (3.08) Průměr tyče: Průřez kruhu: d 4 S t 4 36 t 3, mm (3.09) S k 0,45 S t Q 0, mm tn 980mm (3.0) Rozměr kruhu: 0 98mm (3.) Určení očtu meziólových rozěrek [] Vzdálenost těžiště cívky od osy ólu: Rozteč rozěrek: b b t 0,67 0,094 0,006 0, m e vb k 865 (3.) 6 dov bvb 350 0,094 t 0, m r e 75, , MAX Cu (3.3) 68

70 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Počet rozěrek: 3.5. Výočet otelení kotvy Drážková část Hodnoty odečtené z výkresu (Příloha 6): L 0,53 i 0,365 0 (3.4) t 0,835 iz 0, 0037m (3.5) iz 0, 005m (3.6) z 0, 07m (3.7) z s 0, 0m (3.8) z 0, 0m (3.9) z s 0, 09m (3.0) z 3 0, 038m (3.) š j 0, 04m (3.) r [] š j 0, 0434 m (3.3) š j 3 0, 0447 m (3.4) Obr. 0 Rozměry ro výočet otelení Jouleovy ztráty v drážkách: Jouleovy ztráty v čelech: š j 4 0, 046 m (3.5) PCu L ,53 PCud 3764W (3.6) l,535 v PCu lč 6887,005 PCuč 45063W (3.7) l,535 v 69

71 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Ztráty odváděné rotorovou větví: P rv P ( P Cuč P m P ( ) 60948W ř ) (3.8) Předoklad ježe, se vzduch roudící kanálem ohřeje o 5C. Objemové měrné telo chladiva je c v 3 50 Ws / Cm. Průtočné množství vzduchu všemi kanály: Prv Q rv 8,5839m / s c 505 v (3.9) Průtočné množství vzduchu na jeden kanál a drážkovou rozteč: Střední rychlost roudění v rostoru zubů: Střední rychlost roudění v rostoru jádra: v v Q Qrv 8, ,0049m s (3.30) Q i 959 r / Qr 0,0049, m s (3.3) z š 0,0 0,0 kz / k Qr 0,0049,3 m s (3.3) š š 0,0434 0,0 kj / j k Tomu odovídají součinitele řestuu tela (Příloha 5): Odhad součinitele řestuu tela na vnějším obvodu induktu: Ztráty ve vinutí tekoucí do uzlu: z 0W / Cm (3.33) j 75W / Cm (3.34) 4 40W / Cm (3.35) PCud 3764 PCud 6, 77W Q i 959 (3.36) 70

72 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Ztráty v zubech tekoucí do uzlu: Ztráty v jádru induktu tekoucí do uzlu: Otelení chladiva ve vzduchové mezeře: PFez 5366 PFez 4, 38W Q i 95 9 (3.37) PFej 4383 PFej 6, 95W Q i 959 (3.38) PCub P , 08C (3.39) c Q 508,5839 Otelení chladiva v okolí zubu kanálu: v rv PFez PCud ,08 0, 9C (3.40) c Q 508,5839 Otelení chladiva v okolí jádra kotvy kanálu: v rv P 03 0 Fez P c v Cud Q ,08 3,86C 508,5839 rv P Fej (3.4) Otelení chladiva vystuujícího z kanálu: P 04 0 Fez P c v Cud Q P ,08 5C 508,5839 rv Fej (3.4) Pro další výočet oužijeme následující konstanty: = 0,W/mC (3.43) iz = 45W/mC (3.44) Fed = W/m C (3.45) Feq = 0,08W/mC (3.46) vzd 7

73 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Obvod cívky uvnitř kanálu: = 0,000m (3.47) vzd O h b 0,5 0,07 0,47m (3.48) iz d d Teelný odor z vinutí do ventilačního kanálu: Obr. Náhradní teelná síť drážkové části iz vzd R šk šk šk iz Oiz vzd Oiz z Oiz 0,0037 0,000 0,0 0,0 0,0 0, 0,47 0,08 0,47 0 0,47 5,03C / W (3.49) Teelný odor z vinutí do vzduchové mezery: iz vzd R št št iz bd vzd bd 0,005 0,000 0,06 0, 0,07 0,080,07 6,8C / W št bd 0,06 00,07 0,06 (3.50) 7

74 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Teelný odor z vinutí do zubu: z iz vzd R 3 š š š iz Oiz vzd Oiz 3 Fed Oiz 0,0 0,0037 0,000 0,05 0,05 0, 0,47 0,08 0, ,47 3,55C / W 0,05 (3.5) Teelný odor ze zubu do vzduchové mezery: R 4 3 Feq 0,5 h 3 0,0 d z s 0,05 š š z 0 0,07 0,05 55,88C / W (3.5) Teelný odor ze zubu do ventilačního kanálu: R 5 3 Feq š z h d z z h 0,05 6,88C / W 30,0 0,5 00,0 0,5 d (3.53) Teelný odor z lechů zubu do lechů jádra: R 6 3 Fed h 0,5 d z 3 450,09 s š 0,05 3 Fed h js š j š 0, ,04 0,05,3C / W (3.54) 73

75 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Teelný odor z lechů jádra do ventilačního kanálu: R 7 3 Feq š š j h js š j h 0,05 3,06C / W 30,0434 0,63 750,04340,63 j js (3.55) Teelný odor z lechů jádra na vnější obvod statoru: R 8 3 Fed h js š j3 0, ,0447 š 0,05 š 4 š j 4 400,046 0,05,7C / W (3.56) Lineárně nezávislé rovnice ro výočet hledaných telot: Cud R 0 Cud R 0 Cud R 3 z P Cud (3.57) z R 3 Cud z R 4 0 z R 5 0 z j R 6 P Fez (3.58) j z j R R j R 8 04 P Fej (3.59) Dosazení do rovnic: Cud 0,9 Cud 9,08 Cud z 5,03 6,8 3,55 6,77 (3.60) z 3,55 Cud 9,08 0,9 z z z j 55,88 6,88,3 4,38 (3.6) j z j 3,86 j 5 6,95,3 3,06,7 (3.6) 74

76 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Úrava soustavy na základní tvar: 0,33 0,8 0 7,78 (3.63) Cud z j 0,8,04 0,759 6,5 (3.64) Cud z j 0 0,758,3,45 (3.65) Cud Výočet telot jsem rovedl omocí rogramu Microsoft Excel. Výsledné otelení: z Cud 60, 7C j (3.66) z 45, C (3.67) j 4, C (3.68) Čela vinutí [] Ztráty v jednom čele cívky: PCuč PCuč 5, 55W (3.69) Q 95 Obvod čela: h b 0,05 0,07 0, m Oč č d 34 (3.70) Odhad součinitele řestuu tela čel 30W / Cm. č Teelný odor jednoho čela: Obr. Náhradní teelná síť části čel R č iz O iz č l č vzd vzd O č l č k O č 0,0037 0,000 (3.7) 0, 0,34,005 0,08 0,34, ,6 0,34,005 0,55C / W Výsledné otelení čela: č l č P R 5,550,55 63, 8C (3.7) Cuč Cuč č [] 75

77 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Porovnání a vyhodnocení Obě varianty jsem navrhoval ro stejný zdánlivý výkon S a naětí U, tudíž i fázový roud I. Mají také shodný očet ólů a z toho vylývá, že mají stejné i synchronní otáčky n. Dále jsem ro výočet uvažoval totožnou ředběžnou obvodovou roudovou s hustotu A a indukci ve vzduchové mezeře výkonu. B, které vycházejí z očtu ólů a zdánlivého Taktéž jsem se ři výočtu snažil zachovat shodně velkou drážkovou rozteč t d, díky tomu ak vyšla stejná šířka zubu a drážky b. Zachoval jsem i totožnou roudovou hustotu ve d vodiči induktu Cu a díky tomu mi vyšly identické rozměry vodiče b v, h v a i drážek b d, h d. V následující tabulce (Tab. ) jsou vysané arametry ro orovnání. Parametr Zkratka Varianta Varianta Jednotka Průměr induktu D, 6, 3 m Indukce ve vzduchové mezeře B 0, 85 0, 85 T Obvodová roudová hustota A A/ m Pólová rozteč t mm Drážková rozteč t d 37, 37 mm Efektivní délka induktu l e 0, 9 0, 45 m Celková délka induktu L, 07 0, 53 m Počet radiálních ventilačních kanálů i k 7 8 Počet drážek induktu Q Počet drážek na ól a fázi q 4 6 Počet závitů jedné fáze v sérii N s 7 04 Délka vinutí drážkové části l d, 07 0, 53 m Délka vinutí části čel l č 0, 757, 005 m Celková délka vinutí l, 87, 535 m Hmotnost vinutí drážkové části Hmotnost vinutí části čel v m 75 5 kg Cud m kg Cuč Celková hmotnost vinutí m Cu 483 kg Hmotnost jádra induktu m kg Fej Hmotnost zubů induktu m Fez kg Úbytek na ohmickém odoru u R 0, 7 0, 86 % Úbytek na roztylové reaktanci u , 49 % Magnetický tok 0, 49 0, 7 Vs 76

78 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Parametr Zkratka Varianta Varianta Jednotka Vzduchová mezera 5, 5 3 mm Vzduchová mezera na kraji ólu 3 34, 5 mm Magnetické naětí reakce kotvy Magnetické naětí na Budící magnetické naětí Výška těla ólu max F A a F A F b A h 0, 077 0, 04 m Výška ólového nástavce h n 0, 05 0, 07 m Šířka těla ólu b 0, 9 0, 67 m Šířka ólového nástavce b 0, 36 0, 47 m Hmotnost těla ólu Hmotnost ólového nástavce Výška vodiče budící cívky Šířka vodiče budící cívky Hmotnost vodiče budící cívky Průřez vodiče budící cívky Proudová hustota budící cívky Budící roud Počet závitů budící cívky Roztylový magnetický tok Výsledná hmotnost mědi Výsledná hmotnost železa Výsledná hmotnost aktivních částí Odstředivá síla ólu na metr délky Šířka krčku a výška kladiva Šířka řesahující části kladiva n m 33 5 kg m n 5 60 kg h 3, 3, mm vb b mm vb m kg Cub S Cub 98 97, 4 mm Cub, 5, A / mm I b 445, 5 44, 5 A N b 0, 044 0, 09 Vs m kg Cu m kg Fe m kg kl celk 6 F kl, ,939 0 N / m a c 0, 03 0, 08 m b 0, 05 0, 04 m kl Jouleovy ztráty ve vinutí induktu P Cu W Jouleovy ztráty v drážkách PCud W Jouleovy ztráty v čelech PCuč W Jouleovy ztráty v budícím vinutí P W Ztráty v železe v jádře induktu Ztráty v železe v zubech induktu Povrchové ztráty Cub PFej W PFez W P W Mechanické ztráty Pm W Celkové ztráty P W Účinnost 96, 36 95, % 77

79 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Parametr Zkratka Varianta Varianta Jednotka Otelení drážková části Cud 60, 6 60, 7 C Otelení čel Cuč 63, 63, 8 C Otelení budící cívky 73, 3 74, 8 C Otelení jádra induktu Otelení zubů induktu Cub j 40, 4 4, C 44, 7 45, C z Tab. Parametry, které jsou rozdílné Z výkonové rovnice ro dva rozdílné růměry D vyšly rozdílné efektivní délky l e, z výsledků je zřejmé, že čím větší růměr vrtání induktu tím menší je délka aktivní části stroje. Celkové délky induktu L jsou delší o ventilační kanály, jejichž očet i k je určen volbou totožných šířek aketů š. Při různých růměrech induktu D a zachování drážkové rozteče t d vyšly rozdílné očty drážek Q a očty drážek na ól a fázi q. Což mělo vliv na očet vodičů v drážce n d, a na očet závitů jedné fáze v sérii N s. Díky nutné úravě n d, na celé číslo, a následné úravě N s hodnota skutečné obvodové roudové hustoty A vyšla také rozdílná. Z výočtu vyložení čel jsem zjistil, že leší využití mědi je u stroje s menším růměrem a větší délkou. Je to vidět z hodnot délky vodiče v drážce l d a hodnot délky čela l č. Ale i řes menší využití mědi u většího růměru máme zase kratší délku vodiče ro jednu cívku l v. A oět na druhou stranu ři orovnání celkové sotřeby mědi odle celkové hmotnosti všech cívek induktu m Cu vychází lée varianta s menším růměrem a větší délkou aktivní části. Při orovnání váhy lechů induktu, a to jak jádra induktu m Fej, tak zubů m Fez, lée vychází stroj s větším růměrem a to díky jeho oloviční délce, která v tomto říadě hraje větší roli. Pokud orovnám rocentní úbytek naětí na odoru u R a na roztylové reaktanci u, tak vyjde lée varianta s menším růměrem. Podle orovnání výočtů, kde je mnoho arametrů stejných vyšlo, že to záleží na délce vodiče a na očtu závitů jedné fáze v sérii. U varianty s větším růměrem máme sice kratší vodiče, ale vyšší očet závitů měl v tomto říadě vyšší váhu. Díky větším rozměrům druhého stroje, máme delší siločáry magnetického toku a z toho vylývá vyšší magnetické naětí reakce kotvy. Stejně tak díky větší vzduchové mezeře je větší i magnetické naětí ve vzduchové mezeře. Rozměry ólů jsou orovnatelné ze dvou hledisek a to odle výšky tak odle jejich váhy h, n h, šířky b, b n m, m. Pokud orovnám výšky a šířky tak óly u většího růměru n stroje vyjdou větší, ale díky jeho malé délce jsou óly této varianty lehčí. Budící cívky mají téměř stejný růřez vodiče, ale váha m vyšla větší u varianty s větším růměrem. Cub 78

80 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Z důvodu většího růměru (většího oloměru otáčení) druhé varianty a i ři nižší váze ólu s cívkou vyšla větší odstředivá síla na ól. Tím ádem vyšly i větší rozměry kladiva a kl, bkl, ckl. A to tak, že u varianty s větším růměrem musejí být dvě kladiva místo jednoho, které stačí u varianty s menším růměrem. Jouleovy ztráty ve vinutí vyšly vyšší u varianty s větším růměrem z důvodu většího odoru cívek. A odle ředokladu u této varianty vyšly menší jouleovy ztráty ve vinutí na části v drážce z důvodu kratší délky vodiče v drážce, ale zase vyšly o hodně větší ztráty v čelech, rotože ty jsou zde delší. Jouleovy ztráty v budících cívkách jsou téměř srovnatelné. Stejně tak jsou odobné i ztráty v železe v jádře induktu a to roto, že mají téměř shodnou váhu a ostatní hodnoty byly stejné. Za to ztráty v železe v zubech induktu jsou u druhé varianty menší, zde se rojevila menší váha zubů. Největší rozdíl je u ztrát ovrchových a mechanických, které jsou u druhé varianty téměř dvojnásobné. U ovrchových ztrát je to zůsobeno vysokou drážkovou frekvencí f a u mechanických velkým růměrem a díky tomu i velkou obvodovou rychlostí stroje v r. Nakonec vyšly i vyšší celkové ztráty u druhé varianty a ři stejném výkonu z toho vylývá, že má druhá varianta nižší účinnost. Při orovnání otelení jak vinutí induktu a buzení tak i jádra a zubů induktu, jsou hodnoty téměř totožné. Největší rozdíl je o,5c. d 79

81 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John Závěr Zadáním ráce bylo vytvořit elektromagnetický návrh dvou variant synchronního generátoru s různými růměry induktu. Na začátku ráce byly vyočítány hlavní arametry, které jsou solečné. Poté bylo rozhodnuto, jaké růměry induktů budou oužity. Dále byly v ráci vyočteny elektromagnetické návrhy obou variant, solu s některými konstrukčními výočty a s výočty otelení. Také byly nakresleny schematické říčné a odélné řezy. Na konci ráce bylo rovedeno orovnání vybraných arametrů omocí tabulky. Z tohoto orovnání a následného slovního vyhodnocení jsem nedosěl k jasnému závěru, která varianta je leší. Výběr varianty může záležet na různých arametrech. Naříklad v rvní variantě je leší využití mědi ve vodičích induktu (v aktivní části je více mědi než v čelech vinutí) a také je jí menší sotřeba což by mohlo mít vliv na cenu. Na druhou stranu druhá varianta má nižší hmotnost aktivních částí (mědi a lechů), což by mohlo hrát ři rozhodování také roli. Další hlavní rozdíly jsou v rozměrech obou strojů. První varianta je úzká a dlouhá, druhá široká a krátká. Pokud bychom naříklad měli ohon, který by zůsoboval kývání generátoru, tak varianta s větším růměrem má větší moment setrvačnosti a tím tomu bude lée odolávat. Obě dvě varianty jsou tedy oužitelné a volba by závisela v odstatě na zákazníkovi, který by si určil, jaké arametry jsou ro něj důležitější. 80

82 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Seznam literatury a informačních zdrojů [] KOPYLOV, Igor Petrovič a kol. Stavba elektrických strojů.. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, s. [] ČERVENÝ, Josef. Postu ři elektromagnetickém návrhu synchronního stroje [online]. 06 [cit ]. Dostuné z: htts://courseware.zcu.cz/ortal/studium/courseware/kev/ses/cviceni.html [3] ČERVENÝ, Josef. Materiály ke cvičení [online]. 06 [cit ]. Dostuné z: htts://courseware.zcu.cz/ortal/studium/courseware/kev/ses/cviceni.html [4] CIGÁNEK, Ladislav. Stavba elektrických strojů. Praha: SNTL, 958, 76 s. ISBN 05/34. [5] ALTER, Jakub. Návrh synchronního hydroalternátoru [online]. 03 [cit ]. Dostuné z: htts://dsace5.zcu.cz/handle/05/0588. Dilomová ráce. Záadočeská univerzita v Plzni. Vedoucí ráce Hruška, Karel. 8

83 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Seznam říloh Příloha : Průměry synchronních strojů [3]... Příloha : Graf indukce ve vzduchové mezeře a obvodové roudové hustoty [3]... Příloha 3: Tvar drážky ro vinutí [3]... 3 Příloha 4: Tabulka drážky M [3]... 3 Příloha 5: Konstanta K []... 4 Příloha 6: Tabulka měděných ásů [3]... 4 Příloha 7: Výočet hloubky drážky (varianta, ) []... 5 Příloha 8: Výběh cívky z drážky []... 6 Příloha 9: Procentní hodnota nesycené synchronní reaktance []... 6 Příloha 0: Činitel základní harmonické magnetické indukce [3]... 6 Příloha : Deformační činitel magnetického naětí [3]... 7 Příloha : Cartérův činitel na drážkování [3]... 8 Příloha 3: Nomogram k určení skutečné indukce v zubech induktu [3]... 9 Příloha 4: Graf závislosti magnetické indukce a intenzity magnetického ole [3]... 0 Příloha 5: Chladivost v roudícím vzduchu [3]... Příloha 6: Charakteristické vlastnosti kartáčů vyrobených z elektrografitu []... Příloha 7: Tabulka rozměrů kartáčů []... Příloha 8: Tabulky ro výočet charakteristiky narázdno (varianta ) []... Příloha 9: Tabulky ro výočet charakteristiky narázdno (varianta ) []... 4 Příloha 0: Grafické rovedení charakteristiky narázdno (varianta )... 6 Příloha : Grafické rovedení charakteristiky narázdno (varianta )... 7 Příloha : Charakteristiky narázdno obou variant ro orovnání... 8 Příloha 3: Rozměry vyložení čel... 9 Příloha 4: Příčný řez A3 varianta Příloha 5: Podélný řez A3 varianta Příloha 6: Příčný řez A3 varianta Příloha 7: Podélný řez A3 varianta Seznam obrázků Obr. Uložení vodičů v drážce... 9 Obr. Rozměry k určení meziólového roztylu... 9 Obr. 3 Rozměry kladiva Obr. 4 Rozměry ro výočet otelení Obr. 5 Náhradní teelná síť drážkové části... 4 Obr. 6 Náhradní teelná síť části čel Obr. 7 Uložení vodičů v drážce Obr. 8 - Rozměry k určení meziólového roztylu Obr. 9 Rozměry kladiva Obr. 0 Rozměry ro výočet otelení Obr. Náhradní teelná síť drážkové části... 7 Obr. Náhradní teelná síť části čel Obr. 3 Charakteristika narázdno (varianta )... 6 Obr. 4 Charakteristika narázdno (varianta )... 7 Obr. 5 Charakteristiky narázdno obou variant ro orovnání... 8 Obr. 6 Rozměry vyložení čel... 9 Obr. 7 Příčný řez A3 varianta Obr. 8 Podélný řez A3 varianta Obr. 9 Příčný řez A3 varianta

84 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Obr. 0 Podélný řez A3 varianta Seznam tabulek Tab. Parametry, které jsou rozdílné Tab. Určení K odle naětí... 4 Tab. 3 Výočet hloubky drážky (varianta )... 5 Tab. 4 Výočet hloubky drážky (varianta )... 5 Tab. 5 Určení odle naětí... 6 Tab. 6 Určení x d odle očtu ólů... 6 Tab. 7 Charakteristické vlastnosti kartáčů vyrobených z elektrografitu... Tab. 8 Tabulka rozměrů kartáčů... Tab. 9 Magnetizační charakteristika zubové vrstvy (varianta)... Tab. 0 Magnetizační charakteristika celého magnetického obvodu (varianta)... 3 Tab. Magnetizační charakteristika zubové vrstvy (varianta)... 4 Tab. Magnetizační charakteristika celého magnetického obvodu (varianta)

85 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Přílohy Příloha : Průměry synchronních strojů [3]

86 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha : Graf indukce ve vzduchové mezeře a obvodové roudové hustoty [3]

87 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha 3: Tvar drážky ro vinutí [3] Příloha 4: Tabulka drážky M [3] 3

88 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha 5: Konstanta K [] Příloha 6: Tabulka měděných ásů [3] U [kv] 0,4 3 6,3 0,5 K Tab. Určení K odle naětí 4

89 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha 7: Výočet hloubky drážky (varianta, ) [] Položka Šířka drážky Hloubka drážky Vzorec Výočet Výsledek Vzorec Výočet Výsledek Vyložení drážky -. 0,5 0,3-3. 0,5 0,45 Izolace roti železu. t.,4 4,8 4. t 4.,4 9,6 Tmelení -. 0, 0, , 0,4 Stažení vodičů -. 0,5 0,3-4. 0,5 0,6 Izolace závitů -. 0,48 0,96. n d. 0, ,48 5,36 Izolace vodičů. j. 0,37.. 0,37 0,74 n d. i. 0, ,37,84 Mezivrstva m v. (u - ) 4. ( -) 4 Σ Izolace 7,3 4,5 Vůle na šířku 0, 0,8. 0,7 0, Holý vodič j. b v.j9 9 n d. i. h v Vložka na dno ,5 0,5 Vložka od klín ,5 0,5 Vůle na hloubku ,4. 0,67 0,75 Rozměr drážky bez klínu h - 08 Můstek a klín h 0 + h Konečný rozměr drážky b d 7 h d 5 Tab. 3 Výočet hloubky drážky (varianta ) Položka Šířka drážky Hloubka drážky Vzorec Výočet Výsledek Vzorec Výočet Výsledek Vyložení drážky -. 0,5 0,3-3. 0,5 0,45 Izolace roti železu. t.,4 4,8 4. t 4.,4 9,6 Tmelení -. 0, 0, , 0,4 Stažení vodičů -. 0,5 0,3-4. 0,5 0,6 Izolace závitů -. 0,48 0,96. n d. 0, ,48 5,36 Izolace vodičů. j. 0,37.. 0,37 0,74 n d. i. 0, ,37,84 Mezivrstva m v. (u - ) 4. ( -) 4 Σ Izolace 7,3 4,5 Vůle na šířku 0, 0,8. 0,7 0, Holý vodič j. b v.j9 9 n d. i. h v Vložka na dno ,5 0,5 Vložka od klín ,5 0,5 Vůle na hloubku ,4. 0,67 0,75 Rozměr drážky bez klínu h - 08 Můstek a klín h 0 + h Konečný rozměr drážky b d 7 h d 5 Tab. 4 Výočet hloubky drážky (varianta ) 5

90 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha 8: Výběh cívky z drážky [] U [kv] < 0, [mm] Tab. 5 Určení odle naětí Příloha 9: Procentní hodnota nesycené synchronní reaktance [] x d Tab. 6 Určení x d odle očtu ólů Příloha 0: Činitel základní harmonické magnetické indukce [3] 6

91 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha : Deformační činitel magnetického naětí [3] 7

92 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha : Cartérův činitel na drážkování [3] 8

93 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha 3: Nomogram k určení skutečné indukce v zubech induktu [3] 9

94 Vliv velikosti růměru kotvy synchronního stroje na jeho vlastnosti Vojtěch John 07 Příloha 4: Graf závislosti magnetické indukce a intenzity magnetického ole [3] 0