Xreferat.com » Рефераты по физике » Расчёт турбогенератора

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


Расчёт турбогенератора


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 cosн = 0,8 ; перегрузочная способность S = 1,8.


Выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора

1.1 Основные размеры и электромагнитные нагрузки


Номинальное фазное напряжение турбогенератора:


Расчёт турбогенератора (1.1)


Номинальный ток турбогенератора:


Расчёт турбогенератора (1.2)


Полная номинальная мощность:


Расчёт турбогенератора (1.3)


Число пар полюсов турбогенератора:


Расчёт турбогенератора (1.4)


Круговая частота вращения ротора турбогенератора


Расчёт 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:


Расчёт турбогенератора (1.6)


Принимаем значение внутреннего диаметра статора D1 = 0,9м

Теперь определим длину статора l1 для этого найдём значения коэффициентов.

Коэффициент полюсного перекрытия Расчёт турбогенератораи коэффициент формы поля kB:


Расчёт турбогенератора (1.7)


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

Которому соответствует предварительное значение обмоточного коэффициента


kоб =0,92


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


Расчёт турбогенератора (1.8)

При непосредственном водородном охлаждении ширину пакетов bn выбирают - 0,05 м, а ширину вентиляционных каналов bK=0,005м

Число вентиляционных каналов равно:


Расчёт турбогенератора (1.9)


Число пакетов статора


Расчёт турбогенератора (1.10)


Действительная длина статора:


Расчёт турбогенератора (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:


Расчёт турбогенератора (1.12)


Предварительное значение магнитного потока в зазоре:


Расчёт турбогенератора (1.13)

Число последовательно соединённых витков фазы обмотки статора:


Расчёт турбогенератора (1.14)


Число последовательных витков стержневой обмотки c двумя эффективными проводниками на паз un1 =2, с одинаковыми катушками должно удовлетворять равенству:


Расчёт турбогенератора (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:


Расчёт турбогенератора (1.17)


Полный пазовый ток равен:


Расчёт турбогенератора (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:


Расчёт турбогенератора (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;

электрокартон на дне паза - 0,1 мм;

миканит гибкий под переходы – 0,4 мм;

бумага асбестовая – 0,5 мм;

микалента чёрная – 6 мм;

лента асбестовая – 1мм ; лаковое покрытие – 0,2 мм;

разбухание изоляции от пропитки по ширине – 0,3мм; по высоте 1мм;

прокладка между стержнями – 2,5мм;

прокладка под клином - 1мм.

Допуски на укладку по ширине – 0,3мм, по высоте – 0,2 мм.

Общая односторонняя толщина изоляции на паз Расчёт турбогенератора по ширине – 4,2мм, по высоте – 10 мм.

Определим предварительную ширину проводника обмотки статора:


Расчёт турбогенератора (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:


Расчёт турбогенератора (1.23)


Определим предварительное сечение эффективного проводника обмотки статора:


Расчёт турбогенератора (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:


Расчёт турбогенератора (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:


Расчёт турбогенератора (1.28)


где Вб*м) – магнитная проницаемость вакуума;

kкоэффициент, учитывающий уменьшение пазового расстояния.

Амплитуда н.с. статора на полюс:


Расчёт турбогенератора (1.29)


Магнитный поток при холостом ходе


Расчёт турбогенератора (1.30)


Относительное сопротивление лобового рассеяния:


Расчёт турбогенератора (1.31)


Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в относительных единицах:


Расчёт турбогенератора (1.32)


Индуктивное сопротивление Потье в о.е.


Расчёт турбогенератора (1.33)


Синхронное индуктивное сопротивление взаимоиндукции хаd* = 2,0


Рассчитаем величину воздушного зазора:


Расчёт турбогенератора


коэффициент воздушного зазора

Рассчитанное значение воздушного зазора турбогенератора примерно на 5 мм больше ориентировочной величины.


Основные размеры и обмоточные данные ротора

2.1 Основные размеры зубцово-пазовой зоны


Внешний диаметр ротора:


D2 = D1 – 2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




и


Относительная высота паза ротора8;

Рассчитаем предварительную высоту паза ротора:


hn2 =  = 0,18*0,816 = 0,147м (2.3)


Относительная площадь фиктивного числа пазов ротора S0 = 0,36

Предварительную ширину паза определим по формуле:

Расчёт турбогенератора (2.4)


2.2 Расчёт обмотки ротора


Общий вид и размеры изоляции приведены ниже.

Ширина проводника обмотки ротора


b2 = –из 46 – 2*2=42мм (2.5)


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

Следовательно, ширина паза будет меньше bп2 =40мм.

Напряжение возбуждения турбогенератора выбираем в соответствии с


РН, uf = 210 B


Средняя длина витка обмотки возбуждения


lfcc = 2 (l2 + lЛ2) = 2(1,9+1,1) = 6 м (2.6)


где предварительно


lЛ2=1,35D2 = 1,35*0,816 = 1,1м (2.7)


Обмоточный коэффициент обмотки ротора:


Расчёт турбогенератора (2.8)

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


Расчёт турбогенератора (2.9)


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


Расчёт турбогенератора (2.10)


При заданной статической перегружаемости S и номинальном коэффициенте мощности Расчёт турбогенератора н.с. обмотки ротора


Ffн = FfkРасчёт турбогенератора = 67149*0,8 = 53719A (2.11)


Высота проводника ротора:


Расчёт турбогенератора (2.12)


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

hk2 =0,04 м высоту клина выбираем равной ширине паза.

Число эффективных проводников в пазу ротора


Расчёт турбогенератора (2.13)

п = 0,0015м – толщина пазовой изоляции ротора

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

Расчёт турбогенератора (2.14)

Условие выполняется.

Эскиз паза приведён на рис. 6, из которого окончательно установим размеры: hn2 = 0,146м и bn2 = 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:


Расчёт турбогенератора (3.1)


где  = 1,047*1,037* 1,002* 1,018*1,014 = 1,123 коэффициент зазора (коэффициент Картера)

где коэффициент, учитывающий зубчатость статора,


Расчёт турбогенератора (3.2)


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


Расчёт турбогенератора (3.3)

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


Расчёт турбогенератора (3.4)

здесь t2- зубцовый шаг ротора


Расчёт турбогенератора (3.5)


Коэффициент, учитывающий пазы радиальные вентиляционные каналы статора


Расчёт турбогенератора (3.6)


Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов статора


Расчёт турбогенератора (3.7)


Коэффициент, учитывающий рифление бочки ротора при косвенном охлаждении обмотки возбуждения


Расчёт турбогенератора (3.8)


где tp = 12мм; bp = 6 мм

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


Расчёт турбогенератора (3.9)

Индукция в воздушном зазоре


Расчёт турбогенератора (3.10)


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


 =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=UHE0* 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
Ff* о.е. 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Ff= Ff* Ff0 A 9378 36050 58487 85882 112287 140666 169294

Построим характеристику холостого хода рис.7 в относительных единицах,

Е*=f (Ff*), 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


Расчёт турбогенератора (3.12)


Угол ни* =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*fН = 2,2. Т.к. н.с. возбуждения приведена к одному масштабу с током возбуждения, то


F*fH = i*fH


Действительная н.с. возбуждения


FfH = F*fH Ff0 = 2,2*36050 =79310А (3.13)


Номинальный ток возбуждения


ifН = 4 FfH / (Z2 un2) =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:


Расчёт турбогенератора (3.15)


Число катушек на полюс


q2 = Z2 / 4 = 20/4 = 5 (3.16)


Уточнённое значение номинального напряжения возбуждения


Расчёт турбогенератора (3.17)


Номинальная мощность возбудителя


РfH = ufH*ifH = 138*881 =122 кВт


Выбираем возбудитель ВТ-450-3000

Номинальная мощность – 470 кВт

Номинальное напряжение – 280В

Номинальный ток – 1680А

Номинальный КПД – 91,5%.


3.4 Параметры и постоянные времени турбогенератора


Под параметрами понимаются активные и индуктивные сопротивления обмоток в симметричных и несимметричных установившихся и переходных режимах.

Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре:


Расчёт турбогенератора (3.18)


здесь S1 = nэлSc = 26*0,00001445 = 0,000375м2 – сечение эффективного проводника

Сопротивление фазы статора в относительных единицах


Расчёт турбогенератора (3.19)


Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси


Расчёт турбогенератора (3.20)


Индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси приближённо


Расчёт турбогенератора (3.21)


Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям


Расчёт турбогенератора (3.22)


Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси


Расчёт турбогенератора (3.23)


Индуктивное сопротивление обратной последовательности


Расчёт турбогенератора (3.24)


Индуктивное сопротивление нулевой последовательности (для Расчёт турбогенератора )


Расчёт турбогенератора (3.25)


Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока внезапного короткого замыкания

При трёхфазном к.з.


Расчёт турбогенератора (3.26)


При двухфазном к.з.


Расчёт турбогенератора


При однофазном к.з.


Расчёт турбогенератора


Статическая перегружаемость турбогенератора определяется по формуле:


Расчёт турбогенератора (3.27)


где i*fK –ток возбуждения, обеспечивающий 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

Кратности установившихся токов к.з. (соответственно трёх-, двух- и однофазного) в о.е.


Расчёт турбогенератора

Расчёт турбогенератора (3.28)

Расчёт турбогенератора

где Расчёт турбогенератора=2,2

Ударный ток внезапного симметричного к.з. в о.е.


Расчёт турбогенератора (3.29)


Заключение


В работе спроектирован 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.


Список использованных источников


1. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для 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.

2. Электротехнический справочник: В 3 т.Т.3.2кн. 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.

3. Макаричев Ю.А. Проектирование турбогенераторов: Учебное пособие.- Самара: СамГТУ, 2000 – 69с.

4. Вольдек А.И. Электрические машины .-Л:Энергия, 1974г. – 840с.

Похожие рефераты: