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 kE = 1,09 и определим электромагнитную мощность
турбогенератора:
(1.6)
Принимаем 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
(1.13) Число последовательно (1.14) Число последовательных (1.15) Где q1 – число пазов на полюс и фазу а1 =1 число При этом число пазов Z1 = 2pm1q1 = 2*3*12 = 72 (1.16) (1.17) Полный пазовый ток равен: (1.18) и находится в оптимальная ширина паза bn1 = t1 (0,35..0,45) принимаем bn1 = 0,039*0,45=0,018м Ширина зубца в узком bZ1 = t1 –bn1=0,039-0,018=0,021м (1.19) Полученная ширина в узком (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 – kc=0,95 – коэффициент заполнения сталью Выбираем изоляцию паза по 1) 2) 3) 4) 5) разбухание изоляции от 6) 7) Допуски на укладку по Общая односторонняя Определим предварительную (1.21) По ширине проводника j1 = 5,5 x 106 A/м2 Длина лобовой части lлоб=1,7(2Uнл / 105+ ) = 1,7(2*10500/105+0,83*1,413) Длина витка обмотки (1.23) Определим предварительное (1.24) Высоту элементарного Число элементарных пэл =S1 Из рис.4. определяем Высота клина равна hn1 / bn1 = 149/20=7,45 – удовлетворяет h11 = 110 мм; h4 = 30мм Определим высоту спинки (1.26) где Ba1=1,6 Тл – желаемая максимальная внешний диаметр пакета Da = D1+2(hn1+ha1) = 0,9+2(0,149+0,259) =1,72 м. (1.27) 1.3 Немагнитный Относительное
(1.28) где Вб*м) – магнитная проницаемость kкоэффициент, учитывающий уменьшение Амплитуда н.с. статора на (1.29) Магнитный поток при (1.30) Относительное (1.31) Индуктивное сопротивление Индуктивное сопротивление (1.33) Синхронное индуктивное Рассчитаем величину (1.34) kd = 1,2 — коэффициент воздушного зазора Рассчитанное больше ориентировочной II. Основные размеры и обмоточные данные 2.1 основные Внешний диаметр ротора: D2 = D1 – 2d = 0,9 – 2*0,042=0,816 м (2.1) Активную длину ротора l2 =l0,09 = 1,81+ 0,09 = 1,9 м (2.2) Зададимся числом Z0 = 28 Для получения оптимальной g = Z2 / Z0 = 20 / 28 = 0,71 и j (g) = Относительная высота паза Рассчитаем предварительную hn2 = b2 D2 = 0,18*0,816 = 0,147м (2.3) Относительная площадь предварительную ширину (2.4) 2.2 Расчёт Общий вид и размеры Ширина проводника обмотки b2 = bn2 – 2dиз = 46 – 2*2=42мм (2.5) По сортаменту Следовательно, ширина Напряжение возбуждения РН, uf = 210 B Средняя длина витка lfcc = 2 (l2 + lЛ2) = 2(1,9+1,1) = 6 м (2.6) где предварительно lЛ2=1,35D2 Обмоточный коэффициент (2.8) Коэффициент приведения (2.9) Н.с. обмотки ротора при (2.10) При заданной статической Ffн = Ffk = 67149*0,8 Высота проводника ротора: (2.12) выбираем стандартную hk2 =0,04 м высоту клина выбираем равной Число эффективных (2.13) Dп = 0,0015м – толщина пазовой изоляции Из технологических (2.14) Условие выполняется. Эскиз паза приведён на III.Электромагнитный расчёт 3.1 Расчёт Намагничивающая сила (3.1) где kd = kd1 kd2 kd p kd c kd p2 = 1,047*1,037* 1,002* 1,018*1,014 = где коэффициент, (3.2) Коэффициент, (3.3) где kq — коэффициент, учитывающий пазы (3.4) здесь t2- (3.5) Коэффициент, (3.6) Коэффициент, (3.7) Коэффициент, (3.8) где tp = 12мм; bp = 6 мм Магнитный поток в (3.9) индукция в воздушном (3.10) Намагничивающая сила всей Ff0 = kmFd где k =1,2 – для большинства турбогенераторов. Таблица Величина Ед
E0* о.е. 0,58, 1,00 1,21 1,33 1,40 1,46 1,51 E0=UHE0* B 3516 6062 7335 8062 8487 8850 9154 Ф0 Вб 0,61 1,24 1,28 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 Ff* о.е. 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Ff= Ff* A 9378 36050 58487 85882 112287 140666 169294 Построим Е*=f (Ff*), точке Е*=1,0 соответствуют 3.2 Намагничивающая Н.с. обмотки статора, (3.12) Угол jн = arccos(0,8) = 370 По характеристике х.х. i*fE = 1,2. Н.с. обмотки возбуждения на F*fH = i*fH Действительная н.с. FfH = F*fH Ff0 = 2,2*36050 =79310А (3.13) Номинальный ток ifН = 4 FfH / (Z2 3.3 Построение Две точки регулировочной Для получения Тогда jx*pI* = 0,6 и 0,15 , а i*f =1,2 и 2,0 характеристика приведена Активное сопротивление (3.15) Число катушек на полюс q2 = Z2 / 4 = 20/4 = 5 (3.16) (3.17) Номинальная мощность РfH = ufH*ifH = 138*881 =122 кВт выбираем возбудитель Номинальная мощность – Номинальное напряжение Номинальный ток – 1680А Номинальный КПД – 3.4 Параметры Под параметрами Активное сопротивление (3.18) здесь S1 = nэлSc = 26*0,00001445 = 0,000375м2 Сопротивление фазы (3.19) Индуктивное сопротивление (3.20) Индуктивное сопротивление (3.21) Синхронные индуктивные (3.22) Сверхпереходное (3.23) Индуктивное сопротивление (3.24) Индуктивное сопротивление (3.25) постоянная времени При трёхфазном к.з. (3.26) При двухфазном к.з. При однофазном к.з. Статическая (3.27) где i*fK –ток возбуждения, обеспечивающий Кратности установившихся (3.28) где =2,2 Ударный ток внезапного (3.29) Заключение В работе спроектирован список 1. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для 2. Электротехнический справочник: В 3 т.Т.3.2кн. 3. Макаричев Ю.А. Проектирование турбогенераторов: Учебное 4. Вольдек А.И. электрические машины .-Л:Энергия, 1974г. –
соединённых витков фазы обмотки статора:
витков стержневой обмотки c
двумя эффективными проводниками на паз un1 =2, с одинаковыми катушками должно
удовлетворять равенству:
принимаем q1=12
параллельных ветвей
равно:
рекомендуемых пределах In1<=(2,5..6,5)103A расчётные
определяется из соотношения (bn1/t1)опт=0,5 практически
рекомендуется принимать ширину паза:
месте:
месте зубца должна удовлетворять ограничению:
длина чистой стали по оси статора;
пакетов статора.
рис.3 (класс В), на котором толщина по ширине и высоте изоляции позициями
обозначена так;
электрокартон на
дне паза — 0,1 мм;
миканит гибкий
под переходы – 0,4 мм;
бумага асбестовая
– 0,5 мм;
микалента черная
– 6 мм;
лента асбестовая
– 1мм ; лаковое покрытие – 0,2 мм;
пропитки по ширине – 0,3мм; по высоте 1мм;
прокладка между
стержнями – 2,5мм;
прокладка под
клином — 1мм.
ширине – 0,3мм, по высоте – 0,2 мм.
толщина изоляции на паз по ширине – 4,2мм, по
высоте – 10 мм.
ширину проводника обмотки статора:
принимаем плотность тока в обмотке статора равной
полувитка на данном этапе проектирования:
= 2,35м (1.22)
статора:
сечение эффективного проводника обмотки статора:
проводника выбираем стандартной ам1 = 3мм, bм1=5мм,
расчётное сечение Sc = 14,45 мм2
проводников в одном эффективном равно:
/ Sc = 375 / 14,45 = 26 (1.25)
окончательные размеры: bn1 =20мм , hn1 = 149мм.
ширине паза nк = 0.98bn1 = 15мм
требованию (6..8,5)
статора:
индукция магнитного поля в ярме статора.
статора:
зазор
вакуума;
пазового расстояния.
полюс:
холостом ходе
сопротивление лобового рассеяния:
рассеяния обмотки статора в относительных единицах:
Потье в о.е.
сопротивление взаимоиндукции хаd* = 2,0
воздушного зазора:
величины.
ротора
размеры зубцово-пазовой зоны
выбираем равную :
фактических пазов ротора во всей окружности:
величины , обеспечивающей максимальное
приближение распределения поля возбуждения к синусоидальному выбираем значение Z2
= 20 , тогда
5,5
ротора
b2 = 0,18;
высоту паза ротора:
фиктивного числа пазов ротора S0 = 0,36
паза определим по формуле:
обмотки ротора
изоляции приведены ниже.
ротора
подбираем провод стандартных размеров – b2 = 35мм .
паза будет меньше bп2 =40мм.
турбогенератора выбираем в соответствии с
обмотки возбуждения
= 1,35*0,816 = 1,1м (2.7)
обмотки ротора:
н.с. обмотки якоря к обмотке возбуждения:
симметричном К.З. обмотки статора
перегружаемости S и номинальном коэффициенте мощности н.с.
обмотки ротора
= 53719A (2.11)
высоту проводника а2 = 4,4мм, площадь сечения которого S2 = 153мм2
ширине паза.
проводников в пазу ротора
ротора
соображений ширина зубца в узком месте должна быть не менее 0,0135м , проверим выполнение
этого условия:
рис. 6, из которого окончательно установим размеры: hn2 = 0,146м и bn2 = 0,04м.
турбогенератора
характеристики холостого хода
зазора равна:
1,123 коэффициент зазора (коэффициент Картера)
учитывающий зубчатость статора,
учитывающий пазы ротора при немагнитных клиньях и наличии больших зубцов по
продольной оси,
ротора в области малых зубцов:
зубцовый шаг ротора
учитывающий пазы радиальные вентиляционные каналы статора
учитывающий ступенчатость крайних пакетов статора
учитывающий рифление бочки ротора при косвенном охлаждении обмотки возбуждения
зазоре, обусловленный основной гармоникой индукции в режиме холостого хода (при
Е0=UH)
зазоре
магнитной цепи машины с учётом насыщения стальных участков на х.х.
обеспечивающая Е0=UH
= 1,2 * 30042
=36050А (3.11)
2.
Ff0
характеристику холостого хода рис.7 в относительных единицах,
базовые величины параметров.
сила и ток обмотки возбуждения при номинальной нагрузке
приведённая к обмотке возбуждения
, a1 = 60 и jxp*IH* =0,13
рис.6 находим соответствующий ток возбуждения
полюс при номинальной нагрузке i*fН = 2,2. Т.к. н.с. возбуждения приведена к одному масштабу с
током возбуждения, то
возбуждения
возбуждения
un2) =4*79310 / (20*18) =881 A (3.14)
регулировочной характеристики
характеристики i*f = f(I*) уже известны (1;0) и (2,2;1).
промежуточных точек зададимся значениями I* =0,3 и 0,8
на рис.8.
обмотки возбуждения:
возбудителя
ВТ-450-3000
470 кВт
– 280В
91,5%.
и постоянные времени турбогенератора
понимаются активные и индуктивные сопротивления обмоток в симметричных и несимметричных
установившихся и переходных режимах.
фазы обмотки статора при рабочей температуре:
– сечение эффективного проводника
статора в относительных единицах
реакции якоря по продольной оси
реакции якоря по поперечной оси приближённо
сопротивления по продольной и поперечной осям
индуктивное сопротивление по продольной оси
обратной последовательности
нулевой последовательности (для )
затухания апериодической составляющей тока внезапного короткого замыкания
перегружаемость турбогенератора определяется по формуле:
номинальный ток статора при трёхфазном к.з. Этот ток определяется по
спрямлённой ненасыщенной характеристике рис.9 х.х. для Е*=I*н х*d = 0,7*2.27 = 1,6
токов к.з. (соответственно трех-, двух- и однофазного) в о.е.
симметричного к.з. в о.е.
турбогенератор с одной парой полюсов, с воздушным зазором 4,2 см, количество
пазов ротора 20 и статора -72. Турбогенератор является неявнополюсной синхронной
электромашиной и может быть использован на ТЭЦ и АЭС, а также в атомных
энергоустановках ледоколов.
использованных источников
электроэнергетических специальностей вузов, 2-е изд., перераб. и доп./
В.М.Блок, Г.К.Обушев, Л.Б.Паперно и др.; Под ред. В.М.Блок.- М:
Высш.шк.,1990г.-383с.
кн.1.Производство и распределение электрической энергии (Под
общ.ред.профессоров МЭИ: И.Н.Орлова (гл. ред.) и др.) 7-е изд., испр. и доп. —
М: Энергоатомиздат ,1988г.-880с.
пособие.- Самара: СамГТУ, 2000 – 69с.
840с.
Учебная работа. Расчёт турбогенератора