Расчёт турбогенератора

Проектирование турбогенератора с косвенной водородной системой охлаждения, включающее создание обмоток статора и ротора и с непосредственным водородным охлаждением сердечника статора. Расчет намагничивающей силы и тока обмотки возбуждения при нагрузке.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 12.01.2011
Размер файла 581,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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 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 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 B??????8Тл 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;

k???????????коэффициент, 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 =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--/--Z_--=--2_--/--28--=--_,71

и--j--(g)--=--5,5

Относительная высота паза ротора--b2--=--_,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

Общий вид и размеры изоляции приведены ниже.

Ширина проводника обмотки ротора

b2 = bn2-----2dиз--= 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:

(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

Ffн = Ffk = 67149*0,8 = 53719A (2.11)

Высота проводника ротора:

(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

(2.13)

Dп = 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: 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:

(3.1)

где kd----=--kd1--kd2--kd--p--kd--c--kd--p2 = 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 tp = 12мм; bp = 6 мм

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

(3.9)

Индукция в воздушном зазоре

(3.10)

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

--Ff_--=--kmFd--=--1,2--*--3__42 =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

(3.12)

Угол --jн--=--arccos(_,8)--=--37_--,--a1--=--6_--и--jxp*IH* =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:

(3.15)

Число катушек на полюс

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

Уточнённое значение номинального напряжения возбуждения

(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 - 168

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:

(3.18)

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

Сопротивление фазы статора в относительных единицах

(3.19)

Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси

(3.20)

Индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси приближённо

(3.21)

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям

(3.22)

Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси

(3.23)

Индуктивное сопротивление обратной последовательности

(3.24)

Индуктивное сопротивление нулевой последовательности (для )

(3.25)

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока внезапного короткого замыкания

При трёхфазном к.з.

(3.26)

При двухфазном к.з.

При однофазном к.з.

Статическая перегружаемость турбогенератора определяется по формуле:

(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.

(3.28)

где =2,2

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

(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.


Подобные документы

  • Определение основных размеров и электромагнитных нагрузок. Расчет обмоточных данных статора, зубцовой зоны ротора и обмотки возбуждения. Параметры, постоянная времени и токи короткого замыкания, расчет потерь и КПД. Характеристики турбогенератора.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.05.2013

  • Выбор обмоточных данных и тепловой и механический расчёт статора и ротора. Определение электромагнитных нагрузок, характеристик холостого хода, тока возбуждения в номинальном режиме, потерь и к.п.д., нажимного кольца, пальцев и стяжных рёбер статора.

    курсовая работа [300,9 K], добавлен 24.12.2012

  • Составление программы испытаний электрического турбогенератора и определение работоспособности промежуточного реле. Расчет начальной температуры обмотки статора и вычисление параметров намагничивающей и контрольной обмоток для испытания стали статора.

    курсовая работа [9,5 M], добавлен 30.11.2012

  • Испытание изоляции обмотки статора генератора повышенным выпрямленным напряжением. Определение работоспособности промежуточного реле с катушкой из медного провода, выбор реле. Расчет намагничивающей и контрольной обмоток для испытания стали статора.

    курсовая работа [342,2 K], добавлен 30.11.2012

  • Методика проектирования турбогенератора, его характеристики. Определение размеров и электромагнитных нагрузок. Расчет обмоточных данных статора. Ток возбуждения при нагрузке, диаграмма Потье. Параметры, постоянные времени и токи короткого замыкания.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 28.05.2013

  • Расчет пазов и обмотки статора, полюсов ротора и материала магнитопровода синхронного генератора. Определение токов короткого замыкания. Температурные параметры обмотки статора для установившегося режима работы и обмотки возбуждения при нагрузке.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 20.06.2014

  • Определение главных размеров двигателя, расчет сердечника и обмоток статора, параметров воздушного зазора, полюсов ротора, пусковой обмотки. Определение МДС обмотки возбуждения, ее расчет. Потери мощности, КПД и статическая перегруженность двигателя.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.05.2011

  • Определение Z1, W1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Напряжение на контактных кольцах ротора при соединении обмотки ротора в звезду. Сечение проводников обмотки ротора.

    реферат [383,5 K], добавлен 03.04.2009

  • Сечение провода обмотки статора. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора; магнитной цепи и намагничивающего тока. Требуемый расход воздуха для охлаждения. Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки.

    курсовая работа [174,5 K], добавлен 17.12.2013

  • Определение главных размеров электромагнитных загрузок, числа пазов статора и ротора, витков в фазе обмотки и зубцовой зоны. Расчет магнитной цепи статора и ротора. Параметры асинхронного двигателя. Определение потерь и коэффициента полезного действия.

    курсовая работа [956,2 K], добавлен 01.06.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.