Проектирование генератора ТВ 40

 

 

n_К=54 –1 = 53,

l_s1=2,66–0,2×0,01×53 = 2,554 м,

h₁₁=2×0,06187+0,0108+0,005 = 0,1395 м,

h₄ =0,016+ 0,0108/2+0,001= 0,0383 м,

 

Индуктивное сопротивление рассеяния  лобовых частей обмотки при бандажах ротора, выполненных из немагнитного материала

 

 

,                                (58)

 

 

где l_Л1 » 2,5×D1 - длина лобовой части полувитка обмотки, м

 

 

l_Л1 = 2,5×1,01 = 2,525 м,

 

 

Полюсное деление, м

 

 

,                                                              (59)

м.

 

 

Индуктивное сопротивление взаимной индукции

 

 

,                                              (60)

где m₀ =4×p×10^–7 – магнитная проницаемость вакуума; k¢_d =1,1 – предварительное значение коэффициента воздушного зазора

 

 

.

 

 

Индуктивное сопротивление дифференциального рассеяния, в о.е.

 

 

,                                           (61)

.

 

 

Индуктивное сопротивление рассеяния, о.е.

 

 

х_s1*=х_П1*+х_Л1*+х_диф1* ,                                              (62)

х_s1*=0,073+0,06+0,00976=0,143.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.7. Зубцовая зона и ярмо ротора

Длина бочки ротора l₂ предварительно была определена при выборе основных размеров - формула (8). Теперь ее следует уточнить в соответствии со значением l₁, рассчитанным по формуле (30), м

 

 

l₂=l₁+ 0,15,                                                          (63)

l₂=2,66+ 0,15 = 2,81 м.

 

 

Возможное число пазовых делений, равномерно распределенных по всей окружности ротора, ориентировочно принимается

 

 

Z¢₂= 45×D₂ ,                                                      (64)

 

 

где D₂ – диаметр ротора, м;

 

 

Z¢₂= 45×0,93 =41,9.

 

 

Принимаем Z¢₂= 42.

Число реальных (обмотанных) пазов

 

 

Z₂=g × Z¢₂,                                                      (65)

 

 

где g – отношение обмотанной части окружности ротора к полной, g =0,667;

 

 

Z₂= 0,667×42 = 28.

 

 

Число катушек обмотки ротора на один полюс

 

 

q₂=Z₂/(2×2×р),                                                       (66)

q₂= 28/(2×2×1) = 7.

 

 

По известным кривым принимаются  следующие отношения

 

 

h_П2/D₂ = 0,17,

b_П2/b¢_Z2 = 2,5.

 

 

Глубина паза, м

 

 

h_П2=( h_П2/D₂)×D₂,                                                    (67)   

h_П2= 0,17×0,93 = 0,158 м.

 

 

Пазовое деление в основании зубцов ротора, м

 

 

t¢₂= p×(D₂ –2× h_П2)/Z¢₂,                                                  (68)

t¢₂= 3,14×(0,93 – 2×0,158)/42 = 0,046 м.

 

 

Принимается паз ротора с параллельными  стенками и предварительно определяются  b_П2, м и b¢_Z2,  м

 

 

b¢_Z2= t¢₂/( b_П2/b¢_Z2+1),                                                  (69)

b¢_Z2= 0,046/(2,5+1) = 0,0131 м,

b_П2 = t¢₂ – b¢_Z2 ,                                                        (70)

b_П2 = 0,046 – 0,0131 = 0,0329 м.

 

 

Ориентировочная ширина провода  обмотки возбуждения  b’₂, м

 

 

b¢₂=b_П2 –d_Ш2,                                                        (71)

 

где d_Ш2 – общая двусторонняя толщина изоляции по ширине паза (d_Ш2= 3,7мм);

 

 

b¢₂= 0,0329 – 0,0037 = 0,0292 м.

 

 

Принимается провод прямоугольного сечения, шириной  b ₂=0,028 м.

 

 

Уточняется ширина паза ротора, м

 

 

b_П2=b₂ +d_Ш2,                                                     (72)

b_П2=0,028 + 0,0037 = 0,0317 м.

 

 

Тогда ширина зубца в наиболее узком месте, м

 

 

b¢_Z2= t¢₂– b_П2,                                                     (73)

b¢_Z2=0,046 – 0,032 = 0,014 м.

 

 

Ширина зубца в наиболее узком  месте соответствует требуемым  нормам.

Сечение паза ротора изображено на рисунке 3. Его спецификация в таблице 2.

 

Таблица 2 - Спецификация паза ротора

 

№ поз.	Наименование	Размер изоляции,  мм
		Ширина	Высота
1	Клин	-	31
2	Полоса стальная	-	1
3	Подклиновая прокладка	-	8
4	Витковая изоляция	-	3,5
5	Провод	28	7
6	Гильза изоляционная	1,6	1,6
7	Прокладка	-	1
	ИТОГО:	31,7	158

 

 

Принятые в ходе проектирования турбогенератора размеры соответствуют  нормам. Для проектируемого турбогенератора  принимаются следующие основные размеры: воздушный немагнитный зазор d=39мм,  диаметр ротора  D₂=0,93 м,  внутренний диаметр статора D₁= 1,01 м, внешний диаметр статора D_а=2,12 м,  длина бочки ротора l₂ = 2,81 м,  длина сердечника статора l₁ = 2,66 м,  ширина паза статора b_П1=0,029 м,  высота паза статора h_П1= 0,186 м,  глубина паза ротора h_П2= 0,158 м,  ширина паза ротора b_П2=0,0317 м.

 

 

 

Рисунок 3 – Паз ротора

2.8. Расчет магнитной цепи

Коэффициент ширины паза

 

 

,                                                       (74)

.

 

 

Магнитный расчет проводится по двум сечениям. Одно расчетное сечение  принимают на 0,2 глубины паза от его дна, второе расчетное сечение – на 0,7 глубины паза от его дна (см. рис. 2). Соответствующие расчетные диаметры для этих сечений, м

 

 

D_Z(0,2)=D₂ –1,6×h_П2,                                               (75)

D_Z(0,2)=0,93 – 1,6×0,158 = 0,677 м,

D_Z(0,7)=D₂ –0,6×h_П2,                                               (76)

D_Z(0,7)=0,93 – 0,6×0,158 = 0,835м.

 

 

Паз имеет параллельные стенки, поэтому

 

 

b_П(0,2)= b_П(0,7)= b_П2=0,032 м.

 

 

Расчётные площади сечений зубцов ротора на высоте 0,2h_П2 и 0,7h_П2 от их основания соответственно, м²

 

 

s_Z(0,2)=(D_Z(0,2) –b_П(0,2)×_×k_ШП)×l₂,                                             (77)

s_Z(0,2)=(0,677 – 0,032×6,694) ×2,81 = 1,3 м² ,

s_Z(0,7)=(D_Z(0,7) –b_П(0,7)×k_ШП)×l₂,                                              (78)

s_Z(0,7)=(0,835 – 0,032×6,694) ×2,81 = 1,744 м² .

 

 

Зубцы статора, как и зубцы ротора, имеют по высоте разные площади сечения. Расчет проводится по одному сечению зубца, расположенному на 1/3 высоты от немагнитного зазора.

Диаметр расчетного сечения, м

 

D_Z1/3=D₁ +(2/3)×h_П1 ,                                                    (79)

D_Z1/3=1,01 + (2/3) ×0,186 = 1,134 м.

 

Ширина зубца статора  в расчётном сечении, м

 

 

     b_Z1/3=p×D_Z1/3/Z₁ – b_П1 ,                                                 (80)

b_Z1/3=p×0,974/54 – 0,021 = 0,036 м.

 

 

Расчетная площадь сечения стали  зубцов на полюсном делении t_Э эквивалентной явнополюсной машины, м²

 

 

,                                              (81)

 

 

где l_C – длина стали сердечника статора (без каналов);

k_С – коэффициент заполнения сердечника сталью;

 

 

м².

 

 

Площадь сечения немагнитного зазора на полюсном делении эквивалентной  явнополюсной машины, м²

 

 

s_d =(D₂+d)×(l₁+2×d)×k_g  ,                                                (82)

 

где k_g – поправочный коэффициент, учитывающий при расчете магнитной индукции, что в реальной машине форма магнитного поля в зазоре близка к равнобокой трапеции;

 

 

k_g=(1–0,5×g)×(p/2),                                                      (83)

k_g=(1–0,5×0,667)×(p/2)= 1,047;

s_d =(0,93+0,039)×(2,66+2×0,039)×1,047 = 2,775 м².

 

Площадь сечения стали ярма статора, м²

 

s_a1=l_С×h_a1×k_С ,                                                    (84)

 

 

где h_a1 – высота ярма статора;

 

 

s_a1= 2,13×0,369×0,93 = 0,731 м².

 

 

Площадь сечения стали ярма ротора, м²

 

 

,                                         (85)

 

 

где D₀ – диаметр центрального отверстия в бочке ротора, которое высверливается для контроля качества поковки, м;

 

 

D₀=0,1×D₂,                                                            (86)

D₀=0,1×0,93 = 0,093 м;

м². 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9. Характеристика холостого хода

2.9.1. Магнитное напряжение немагнитного зазора между статором и ротором

Магнитный поток в немагнитном  зазоре при холостом ходе,  Вб

 

 

Ф=С₁×Е₁₀,                                                            (87)

 

 

где    Е₁₀ = U_1нф;  С₁ – коэффициент,

 

 

  ,                                                 (88)

;

Ф= 3,52×10^-4×6062 = 2,134 Вб.

 

 

Магнитная индукция в немагнитном  зазоре, Тл

 

 

В_d=Ф/s_d ,                                                               (89)

В_d= 2,134/2,775 = 0,77 Тл.

 

 

Коэффициент, учитывающий зубчатость статора

 

 

,                                           (90)

 

 

Коэффициент, учитывающий зубчатость бочки ротора

 

 

  ,                                     (91)

 

 

где - пазовое деление ротора, м

 

=p×D2/Z¢2,                                                          (92)

 = 3,14×0,814/36 = 0,071 м,

.

 

 

Коэффициент, учитывающий радиальные вентиляционные каналы сердечника статора

 

,                                    (93)

 

 

Коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора

 

 

   ,                                          (94)

 

 

где t_Р – шаг рифления(t_Р =12мм);  b_Р – ширина рифления канавки (b_Р = 6мм)

 

 

.

 

 

Коэффициент, учитывающий ступенчатость  крайних пакетов сердечника статора

 

 

,                                                 (95)

 

 

Результирующий коэффициент немагнитного зазора

 

 

k_d=1+(k_dZ1 –1)+ (k_dZ2 –1) + (k_dВ –1) + (k_dР –1)+ (k_dСТ –1),                    (96)

k_d=1+(1,05 –1)+ (1,02 –1) + (1,01 –1) + (1,015 –1)+ (1,015–1) = 1,11.

Магнитное напряжение немагнитного зазора, А

 

 

,                                                        (97)

 

 

где С₂ – коэффициент,

 

 

,                                                        (98)

;

F_d =34449

0,77=26525,73 А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9.2. Магнитное напряжение зубцов статора

Расчет производится по одному сечению  на 1/3 высоты от узкого основания зубца (от коронки зубца). Магнитная индукция в расчетном сечении зубца  статора,  Тл

 

 

В_Z1/3=Ф/s_Z1/3 ,                                                      (99)

В_Z1/3= 2,134/1,484 = 1,438 Тл.

 

 

Напряжённость магнитного поля в зубцах статора (по таблице т.к. В_Z1/3≤1,8 Тл),  А/м

 

 

Н_Z1/3= 2470 А/м.

 

 

Магнитное напряжение зубцов статора, А

 

 

F_Z1=h_П1×H_Z1/3 ,                                                   (101)