Расчёт турбогенератора (стр. 2 из 3)

(1.31)

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в относительных единицах:

(1.32)

Индуктивное сопротивление Потье в о.е.

(1.33)

Синхронное индуктивное сопротивление взаимоиндукции х_аd* = 2,0

Рассчитаем величину воздушного зазора:

(1.34)

k_d = 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 =l_0,09 = 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

 j (g) = 5,5

Относительная высота паза ротора b₂ = 0,18;

Рассчитаем предварительную высоту паза ротора:

h_n₂ = 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

Общий вид и размеры изоляции приведены ниже.

Ширина проводника обмотки ротора

b₂ = b_n₂  2d_ = 46 – 2*2=42мм (2.5)

По сортаменту подбираем провод стандартных размеров – b₂ = 35мм .

Следовательно, ширина паза будет меньше b_п2 =40мм.

Напряжение возбуждения турбогенератора выбираем в соответствии с

Р_Н, u_f = 210 B

Средняя длина витка обмотки возбуждения

l_fcc = 2 (l₂ + l_Л2) = 2(1,9+1,1) = 6 м (2.6)

где предварительно

l_Л2=1,35D₂ = 1,35*0,816 = 1,1м (2.7)

Обмоточный коэффициент обмотки ротора:

(2.8)

Коэффициент приведения н.с. обмотки якоря к обмотке возбуждения:

(2.9)

Н.с. обмотки ротора при симметричном К.З. обмотки статора

(2.10)

При заданной статической перегружаемости S и номинальном коэффициенте мощности

н.с. обмотки ротора

F_f_н = F_fk

= 67149*0,8 = 53719A (2.11)

Высота проводника ротора:

(2.12)

Выбираем стандартную высоту проводника а₂ = 4,4мм, площадь сечения которого S₂ = 153мм²

h_k₂ =0,04 м высоту клина выбираем равной ширине паза.

Число эффективных проводников в пазу ротора

(2.13)

D_ = 0,0015м – толщина пазовой изоляции ротора

Из технологических соображений ширина зубца в узком месте должна быть не менее 0,0135м , проверим выполнение этого условия:

(2.14)

Условие выполняется.

Эскиз паза приведён на рис. 6, из которого окончательно установим размеры: h_n₂ = 0,146м и b_n₂ = 0,04м.

III.Электромагнитный расчёт турбогенератора

3.1 Расчёт характеристики холостого хода

Расчёт характеристики холостого хода проводится по основной пространственной гармонике поля в зазоре не один полюс.

Намагничивающая сила зазора равна:

(3.1)

где k_d = k_d1 k_d2 k_{d p} k_{d c} k_{d p}₂ = 1,047*1,037* 1,002* 1,018*1,014 = 1,123 коэффициент зазора (коэффициент Картера)

где коэффициент, учитывающий зубчатость статора,

(3.2)

Коэффициент, учитывающий пазы ротора при немагнитных клиньях и наличии больших зубцов по продольной оси,

(3.3)

где k_q - коэффициент, учитывающий пазы ротора в области малых зубцов:

(3.4)

здесь t₂- зубцовый шаг ротора

(3.5)

Коэффициент, учитывающий пазы радиальные вентиляционные каналы статора

(3.6)

Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов статора

(3.7)

Коэффициент, учитывающий рифление бочки ротора при косвенном охлаждении обмотки возбуждения

(3.8)

где t_p = 12мм; b_p = 6 мм

Магнитный поток в зазоре, обусловленный основной гармоникой индукции в режиме холостого хода (при Е₀=U_H)

(3.9)

Индукция в воздушном зазоре

(3.10)

Намагничивающая сила всей магнитной цепи машины с учётом насыщения стальных участков на х.х. обеспечивающая Е₀=U_H

F_f₀ = kmF_d = 1,2 * 30042 =36050А (3.11)

где k =1,2 – для большинства турбогенераторов.

Таблица 2.

Величина	Ед	Значение
E₀*	о.е.	0,58,	1,00	1,21	1,33	1,40	1,46	1,51
E₀=U_HE₀*	B	3516	6062	7335	8062	8487	8850	9154
Ф₀	Вб	0,61	1,24	1,28	1,41	1,48	1,55	1,60
В_	Тл	0,38	0,75	0,79	0,87	0,91	0,95	0,98
F_	A	15630	30042	32493	35784	37429	39074	40308
F_f*	о.е.	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
F_f= F_f F_f0*	A	9378	36050	58487	85882	112287	140666	169294

Построим характеристику холостого хода рис.7 в относительных единицах,

Е*=f (F_f*), точке Е*=1,0 соответствуют базовые величины параметров.

3.2 Намагничивающая сила и ток обмотки возбуждения при номинальной нагрузке

Н.с. обмотки статора, приведённая к обмотке возбуждения

(3.12)

Угол j_ = arccos(0,8) = 37⁰ , a₁ = 6⁰ jx_p*I_H* =0,13

По характеристике х.х. рис.6 находим соответствующий ток возбуждения

i*_fE = 1,2. Н.с. обмотки возбуждения на полюс при номинальной нагрузке i*_f_Н = 2,2. Т.к. н.с. возбуждения приведена к одному масштабу с током возбуждения, то

F*_fH = i*_fH

Действительная н.с. возбуждения

F_fH = F*_fH F_f₀ = 2,2*36050 =79310А (3.13)

Номинальный ток возбуждения

i_f_Н = 4 F_fH / (Z₂u_n2) =4*79310 / (20*18) =881 A (3.14)

3.3 Построение регулировочной характеристики

Две точки регулировочной характеристики i*_f = f(I*) уже известны (1;0) и (2,2;1).

Для получения промежуточных точек зададимся значениями I* =0,3 и 0,8

Тогда jx*_pI* = 0,6 и 0,15 , а i*_f =1,2 и 2,0 характеристика приведена на рис.8.

Активное сопротивление обмотки возбуждения: