Проектирование обмотки статора

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 U_{H Л} = 10500В, синхронная частота вращения п₁ = 3000 об/мин; номинальная мощность Р_Н = 30 МВт; коэффициент мощности в номинальном режиме cos _н = 0,8 ; перегрузочная способность S = 1,8.

 

I. Выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора

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 k_E = 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 k_B :

 (1.7)

 

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

Которому соответствует предварительное значение обмоточного коэффициента

 

k _об =0,92

Предварительно выбираем максимальную индукцию магнитного поля B 8Тл и линейную нагрузку статора А₁= 11 х 10⁴А/м в зависимости от размераD₁

 

 (1.8)

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

Число вентиляционных каналов равно:

 

 (1.9)

 

Число пакетов статора

 

 (1.10)

 

Действительная длина статора:

 

 (1.11)

 

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 u _{n 1} =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 u_{n 1} =2, с одинаковыми катушками должно удовлетворять равенству:

 

 (1.15)

 

Где q ₁ – число пазов на полюс и фазу принимаем q ₁ =12

а₁ =1 число параллельных ветвей

При этом число пазов равно:

Z₁ = 2 pm ₁ q ₁ = 2*3*12 = 72 (1.16)

Зубцовый шаг статора при косвенном охлаждении обмотки должен находится в пределах t ₁ = 0,03..0,07м и равен:

 (1.17)

 

Полный пазовый ток равен:

 

 (1.18)

и находится в рекомендуемых пределах I_{n 1} <=(2,5..6,5)10³ A расчётные

Оптимальная ширина паза определяется из соотношения (b _{n 1} / t ₁ )_опт=0,5 практически рекомендуется принимать ширину паза:

b _{n 1} = t ₁ (0,35..0,45)

принимаем b _{n 1} = 0,039*0,45=0,018м

Ширина зубца в узком месте:

 

b _{Z 1} = t ₁ – b_{n 1} =0,039-0,018=0,021м (1.19)

 

Полученная ширина в узком месте зубца должна удовлетворять ограничению:

 

 (1.20)

 

условие выполняется

где В _{z 1 m} - индукция в коронке зуба ( 1,7 Тл);

l _{c 1} =( l_ -п_k b_k ) k_c =(1,81 – 32*0,005)*0.95 = 1,567м – длина чистой стали по оси статора;

k _c =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:

 

l _лоб =1,7(2 U _нл / 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 а_м1 = 3мм, b_м1=5мм, расчётное сечение S _c = 14,45 мм²

Число элементарных проводников в одном эффективном равно:

п_эл =S₁ / S_c = 375 / 14,45 = 26 (1.25)

Из рис.4. определяем окончательные размеры: b _{n 1} =20мм , h_{n 1} = 149мм.

Высота клина равна ширине паза n_к = 0.98b _{n 1} = 15мм

h_{n 1} / b _{n 1} = 149/20=7,45 – удовлетворяет требованию (6..8,5)

h ₁₁ = 110 мм; h ₄ = 30мм

Определим высоту спинки статора:

 

 (1.26)

где B _{a 1} =1,6 Тл – желаемая максимальная индукция магнитного поля в ярме статора.

Внешний диаметр пакета статора:

D_a = D ₁ +2( h_{n 1} + h_{a 1} ) = 0,9+2(0,149+0,259) =1,72 м. (1.27)

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 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.