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 U_HЛ = 10500В, синхронная частота вращения п₁ = 3000 об/мин; номинальная мощность Р_Н = 30 МВт; коэффициент мощности в номинальном режиме cos_н = 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 k_E = 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 k_B:

 

 (1.7)

Относительный шаг обмотки турбогенератора выбираем равным 

Которому соответствует предварительное значение обмоточного коэффициента

k_об =0,92

 

Предварительно выбираем максимальную индукцию магнитного поля B8Тл и линейную нагрузку статора А₁= 11 х 10⁴А/м в зависимости от размера D₁

 

 (1.8)

При непосредственном водородном охлаждении ширину пакетов b_n выбирают - 0,05 м, а ширину вентиляционных каналов b_K=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 u_n1=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 u_n1 =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 I_n1<=(2,5..6,5)10³A расчётные

Оптимальная ширина паза определяется из соотношения (b_n1/t₁)_опт=0,5 практически рекомендуется принимать ширину паза:

b_n1 = t₁ (0,35..0,45)

 

принимаем b_n1 = 0,039*0,45=0,018м

Ширина зубца в узком месте:

b_Z1 = t₁ –b_n1=0,039-0,018=0,021м (1.19)

Полученная ширина в узком месте зубца должна удовлетворять ограничению:

 (1.20)

условие выполняется

где В_z1m- индукция в коронке зуба ( 1,7 Тл);

l_c1=(l_-п_kb_k)k_c=(1,81 – 32*0,005)*0.95 = 1,567м – длина чистой стали по оси статора;

k_c=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:

l_лоб=1,7(2U_нл / 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 а_м1 = 3мм, b_м1=5мм, расчётное сечение S_c = 14,45 мм²

Число элементарных проводников в одном эффективном равно:

п_эл =S₁ / S_c = 375 / 14,45 = 26 (1.25)

 

Из рис.4. определяем окончательные размеры: b_n1 =20мм , h_n1 = 149мм.

Высота клина равна ширине паза n_к = 0.98b_n1 = 15мм

 

h_n1 / b_n1 = 149/20=7,45 – удовлетворяет требованию (6..8,5)

h₁₁ = 110 мм; h₄ = 30мм

 

Определим высоту спинки статора:

 (1.26)

 

где B_a1=1,6 Тл – желаемая максимальная индукция магнитного поля в ярме статора.

Внешний диаметр пакета статора:

 

D_a = D₁+2(h_n1+h_a1) = 0,9+2(0,149+0,259) =1,72 м. (1.27)