Расчёт турбогенератора
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Задание
I. Выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора
1.1 Основные размеры и электромагнитные нагрузки
1.2 Проектирование обмотки статора
1.3 Немагнитный зазор
II. Основные размеры и обмоточные данные ротора
2.1 Основные размеры зубцово-пазовой зоны
Расчёт обмотки ротора
III.Электромагнитный расчёт турбогенератора
3.1 Расчёт характеристики холостого хода
3.2 Намагничивающая сила и ток обмотки возбуждения при номинальной нагрузке
3.3 Построение регулировочной характеристики
3.4 Параметры и постоянные времени турбогенератора
Заключение
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Задание
Спроектировать турбогенератор серии ТВ с косвенной водородной системой охлаждения обмоток статора и ротора и с непосредственным водородным охлаждением сердечника статора.
Номинальное линейное напряжение турбогенератора UHЛ = 10500В, синхронная частота вращения п1 = 3000 об/мин; номинальная мощность РН = 30 МВт; коэффициент мощности в номинальном режиме cosн = 0,8 ; перегрузочная способность S = 1,8.
I. Выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора
1.1 Основные размеры и электромагнитные нагрузки
Номинальное фазное напряжение турбогенератора:
(1.1)
Номинальный ток турбогенератора:
(1.2)
Полная номинальная мощность:
(1.3)
Число пар полюсов турбогенератора:
(1.4)
Круговая частота вращения ротора турбогенератора
(1.5)
Выбираем размер D1 – внутренний диаметр статора, имеющего косвенное водородное охлаждение рис.1.
Для этого выберем предварительное значение коэффициента kE = 1,09 и определим электромагнитную мощность турбогенератора:
(1.6)
Принимаем значение внутреннего диаметра статора D1 = 0,9м
Теперь определим длину статора l1 для этого найдём значения коэффициентов.
Коэффициент полюсного перекрытия и коэффициент формы поля kB:
(1.7)
Относительный шаг обмотки турбогенератора выбираем равным
Которому соответствует предварительное значение обмоточного коэффициента
kоб =0,92
Предварительно выбираем максимальную индукцию магнитного поля B8Тл и линейную нагрузку статора А1= 11 х 104А/м в зависимости от размера D1
(1.8)
При непосредственном водородном охлаждении ширину пакетов bn выбирают - 0,05 м, а ширину вентиляционных каналов bK=0,005м
Число вентиляционных каналов равно:
(1.9)
Число пакетов статора
(1.10)
Действительная длина статора:
(1.11)
1.2 Проектирование обмотки статора
В проектируемом турбогенераторе применим двухслойную стержневую обмотку с числом катушечных групп на фазу равным числу полюсов, с двумя эффективными проводниками на паз un1=2, с прямоугольными пазами и лобовыми частями корзиночного типа.
Полюсное деление статора равно:
(1.12)
Предварительное значение магнитного потока в зазоре:
(1.13)
Число последовательно соединённых витков фазы обмотки статора:
(1.14)
Число последовательных витков стержневой обмотки c двумя эффективными проводниками на паз un1 =2, с одинаковыми катушками должно удовлетворять равенству:
(1.15)
Где q1 – число пазов на полюс и фазу принимаем q1=12
а1 =1 число параллельных ветвей
При этом число пазов равно:
Z1 = 2pm1q1 = 2*3*12 = 72 (1.16)
Зубцовый шаг статора при косвенном охлаждении обмотки должен находится в пределах t1 = 0,03..0,07м и равен:
(1.17)
Полный пазовый ток равен:
(1.18)
и находится в рекомендуемых пределах In1<=(2,5..6,5)103A расчётные
Оптимальная ширина паза определяется из соотношения (bn1/t1)опт=0,5 практически рекомендуется принимать ширину паза:
bn1 = t1 (0,35..0,45)
принимаем bn1 = 0,039*0,45=0,018м
Ширина зубца в узком месте:
bZ1 = t1 –bn1=0,039-0,018=0,021м (1.19)
Полученная ширина в узком месте зубца должна удовлетворять ограничению:
(1.20)
условие выполняется
где Вz1m- индукция в коронке зуба ( 1,7 Тл);
lc1=(l -пkbk)kc=(1,81 – 32*0,005)*0.95 = 1,567м – длина чистой стали по оси статора;
kc=0,95 – коэффициент заполнения сталью пакетов статора.
Выбираем изоляцию паза по рис.3 (класс В), на котором толщина по ширине и высоте изоляции позициями обозначена так;
1) электрокартон на дне паза - 0,1 мм;
2) миканит гибкий под переходы – 0,4 мм;
3) бумага асбестовая – 0,5 мм;
4) микалента чёрная – 6 мм;
5) лента асбестовая – 1мм ; лаковое покрытие – 0,2 мм;
разбухание изоляции от пропитки по ширине – 0,3мм; по высоте 1мм;
6) прокладка между стержнями – 2,5мм;
7) прокладка под клином - 1мм.
Допуски на укладку по ширине – 0,3мм, по высоте – 0,2 мм.
Общая односторонняя толщина изоляции на паз по ширине – 4,2мм, по высоте – 10 мм.
Определим предварительную ширину проводника обмотки статора:
(1.21)
По ширине проводника принимаем плотность тока в обмотке статора равной
j1 = 5,5 x 106 A/м2
Длина лобовой части полувитка на данном этапе проектирования:
lлоб=1,7(2Uнл / 105+ ) = 1,7(2*10500/105+0,83*1,413) = 2,35м (1.22)
Длина витка обмотки статора:
(1.23)
Определим предварительное сечение эффективного проводника обмотки статора:
(1.24)
Высоту элементарного проводника выбираем стандартной ам1 = 3мм, bм1=5мм, расчётное сечение Sc = 14,45 мм2
Число элементарных проводников в одном эффективном равно:
пэл =S1 / Sc = 375 / 14,45 = 26 (1.25)
Из рис.4. определяем окончательные размеры: bn1 =20мм , hn1 = 149мм.
Высота клина равна ширине паза nк = 0.98bn1 = 15мм
hn1 / bn1 = 149/20=7,45 – удовлетворяет требованию (6..8,5)
h11 = 110 мм; h4 = 30мм
Определим высоту спинки статора:
(1.26)
где Ba1=1,6 Тл – желаемая максимальная индукция магнитного поля в ярме статора.
Внешний диаметр пакета статора:
Da = D1+2(hn1+ha1) = 0,9+2(0,149+0,259) =1,72 м. (1.27)
1.3 Немагнитный зазор
Относительное значение индуктивного сопротивления пазового рассеяния:
(1.28)
где Вб*м) – магнитная проницаемость вакуума;
kкоэффициент, учитывающий уменьшение пазового расстояния.
Амплитуда н.с. статора на полюс:
(1.29)
Магнитный поток при холостом ходе
(1.30)
Относительное сопротивление лобового рассеяния:
(1.31)
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в относительных единицах:
(1.32)
Индуктивное сопротивление Потье в о.е.
(1.33)
Синхронное индуктивное сопротивление взаимоиндукции хаd* = 2,0
Рассчитаем величину воздушного зазора:
(1.34)
kd = 1,2 - коэффициент воздушного зазора
Рассчитанное значение воздушного зазора турбогенератора примерно на 5 мм больше ориентировочной величины.
II. Основные размеры и обмоточные данные ротора
2.1 Основные размеры зубцово-пазовой зоны
Внешний диаметр ротора:
D2 = D1 – 2d = 0,9 – 2*0,042=0,816 м (2.1)
Активную длину ротора выбираем равную :
l2 =l0,09 = 1,81+ 0,09 = 1,9 м (2.2)
Зададимся числом фактических пазов ротора во всей окружности:
Z0 = 28
Для получения оптимальной величины , обеспечивающей максимальное приближение распределения поля возбуждения к синусоидальному выбираем значение Z2 = 20 , тогда
g = Z2 / Z0 = 20 / 28 = 0,71
и j (g) = 5,5
Относительная высота паза ротора b2 = 0,18;
Рассчитаем предварительную высоту паза ротора:
hn2 = b2 D2 = 0,18*0,816 = 0,147м (2.3)
Относительная площадь фиктивного числа пазов ротора S0 = 0,36
Предварительную ширину паза определим по формуле:
(2.4)
2.2 Расчёт обмотки ротора
Страницы: 1, 2
