151732 (Расчёт турбогенератора)

2016-07-30СтудИзба

Описание файла

Документ из архива "Расчёт турбогенератора", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "физика" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "151732"

Текст из документа "151732"

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.

  1. 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;

  1. прокладка между стержнями – 2,5мм;

  2. 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.

  1. 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

и j (g) = 5,5

Относительная высота паза ротора b2 = 0,18;

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

Ff0 = kmFd = 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=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(0,8) = 370 , a1 = 60 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 – 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:

(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.

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее