Проектирование генератора ТВ 40

F_Z1= 0,186×2470 = 459,42 А.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9.3. Магнитное напряжение ярма статора.

Магнитная индукция в ярме статора, Тл

 

 

В^¢_а1=С₃×Ф,                                                     (102)

 

 

где  С₃ – коэффициент

 

 

,                                               (103)

;

В^¢_а1=0,646×2,134 = 1,38 Тл.

 

 

Напряженность магнитного поля

 

 

H¢_a1 = 1600 А/м.

 

 

Расчетная средняя длина индукционных магнитных линий ярма статора, м

 

 

,                                              (104)

м.

 

 

Магнитное напряжение ярма статора, А

 

 

F_a1=L_a1×H¢_a1,                                                   (105)

F_a1=0,917×1600 = 1467,2 А.

 

 

Магнитное напряжение немагнитного зазора, зубцов и ярма статора, А

 

 

F_dZс= F_d+ F_Z1+ F_а1,                                              (106)

F_dZс= 26525,73+459,42+1467,2 = 28452,35 А.

 

 

2.9.4. Магнитное напряжение зубцов и ярма ротора

Принимается значение напряжения возбуждения  U_2Н =230 В.

Коэффициент магнитной проводимости для потока пазового рассеяния ротора для прямоугольного паза

 

 

,                                              (107)

 

 

где h₂₁= h_П2 – h₂₂ –Sd_П ;

h₂₂=h_КЛ2+h_И ;

Sd_П – общая толщина гильзы и прокладок на дне паза (Sd_П = 2,7мм);

h_КЛ2 – высота клина паза ротора(h_КЛ2 = b_П2 = 0,032 м);

h_И – высота подклиновой прокладки (h_И = 8 мм);

 

 

h₂₂= 0,032 + 0,008 = 0,04 м;

h₂₁= 0,158 – 0,04 – 0,0027 = 0,115 м;

.

 

 

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по коронкам зубцов ротора,

 

 

l_К2=d/(2×t₂)+0,2 ,                                                  (108)                                            

l_К2=0,039/(2×0,07)+0,2 = 0,479.

 

 

Магнитный поток пазового рассеяния  и по коронкам зубцов ротора,  Вб

 

 

Ф_sПК2=С₄×F_dZс ,                                                   (109)

 

 

где С₄ – коэффициент;

 

 

,                                          (110)

,

Ф_sПК2=3,49×10^-6×28452,35 = 0,099 Вб.

 

Потоком лобового рассеяния пренебрегают, т.к. бандажные кольца выполнены из немагнитной стали

 

 

Ф_sЛ2=0.

 

 

Полный магнитный поток рассеяния  ротора

 

 

Ф_s2= Ф_sПК2+ Ф_sЛ2 ,                .                                (111)

Ф_s2= Ф_sПК2+ Ф_sЛ2= 0,099+0 = 0,099 Вб.

 

 

Магнитный поток в роторе (в зубцах и ярме) при холостом ходе,  Вб

 

 

Ф₂= Ф+ Ф_s2 ,                                                     (112)

Ф₂=2,134+0,099 = 2,233 Вб.

 

 

Магнитные индукции в расчётных  сечениях зубцов ротора,  Тл

 

 

В_Z(0,2)=Ф₂/s_Z(0,2),                                                          (113)

В_Z(0,2)= 2,233/1,3 = 1,718 Тл,

В_Z(0,7)=Ф₂/s_Z(0,7),                                                          (114)

В_Z(0,7)= 2,233/1,744 = 1,28 Тл.

 

 

В_Z(0,2) не превосходит рекомендованного значения.

       Напряженности магнитного поля в зубцах ротора:

 

 

H_Z(0,2) = 8600 А/м ,

H_Z(0,7) = 1692 А/м (по таблице).

 

 

Магнитное напряжение зубцов ротора,  А

 

 

,                                            (119)

А.

 

 

Магнитная индукция в ярме ротора, принимается средняя индукция на нейтрали между полюсами (по оси q), Тл

 

 

В'_а2=Ф₂/(2×s_а2),                                                  (120)

В'_а2=2,233/(2×0,732) = 1,53 Тл.

 

 

Магнитная индукция в ярме ротора не превышает рекомендуемые значения. Напряженность магнитного поля в ярме ротора

 

 

H_a2 = 3820 А/м.

 

 

Расчётная длина индукционных линий  в ярме ротора, м

 

 

L_a2=(D₂ – 2×h_П2)/2,                                                (123)

L_a2=(0,93 - 2×0,158)/2 = 0,307 м.

 

 

Магнитное напряжение ярма ротора, А

 

 

F_a2=L_a2×H_a2 ,                                                    (124)

F_a2= 0,307×3820 = 1172,74 А.

 

 

МДС обмотки возбуждения при  холостом ходе и номинальном напряжении, А

 

 

F₂= F₂₀= F_dZс+ F_Z2+ F_a2 ,                                         (125)

F₂= F₂₀= 28452+813,1 + 1172,74 = 30438,19 А.

 

 

Расчет характеристики холостого  хода проводятся для ряда значений ЭДС

 

 

E_10*= E₁₀/U_1НФ  = 0,6; 1; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4.

 

 

Результаты расчета сводятся в  таблицу (табл. 3). За базисные значения ЭДС принимается E₁₀=U_1НФ  – номинальное фазное напряжение. За базисное значение МДС принимается МДС обмотки возбуждения F₂₀ при холостом ходе и номинальном напряжении (E₁₀=U_1НФ).

МДС F_2*=F_20*=1 соответствует ЭДС Е_10* =1. При других значениях ЭДС Е_10*¹1 МДС

 

F_2*= F₂/ F₂₀ .                                                    (126)

 

Таблица 3 - Результаты расчета характеристики холостого хода

E10*	о.е.	0,6	1	1,1	1,2	1,3	1,4
E10	В	3637,2	6062	6668,2	7274,4	7880,6	8486,8
Ф=С1×Е10	Вб	1,28	2,134	2,347	2,561	2,774	2,987
Вd=Ф/sd	Тл	0,46	0,77	0,85	0,92	1	1,08
ВZ1/3=Ф/sZ1/3	Тл	0,863	1,438	1,582	1,726	1,869	2,013
В¢а1=С3×Ф	Тл	0,827	1,378	1,516	1,654	1,792	1,929
НZ1/3	А/м	298	2470	6070	15600	29900	43000
Н′а1	А/м	272	1600	4200	9600	19000	31000
Fd=C2×Bd	А	15846,54	26525,73	29281,65	31693,08	34449	37204,92
FZ1=hП1×HZ1/3	А	55,43	459,42	1129	2901,6	5561,4	7998
Fa1=La1×H¢a1	А	249,42	1467,2	3851,4	8803,2	17423	28427
FdZс=Fd+FZ1+ Fа1	А	16151,4	28452,35	34262,07	43397,88	57433,4	73629,92
Фs2=С4×FdZс+ ФsЛ2	Вб	0,056	0,099	0,12	0,152	0,2	0,257
Ф2=Ф+ Фs2	Вб	1,336	2,233	2,467	2,713	2,975	3,244
ВZ(0,2)=Ф2/sZ(0,2)	Тл	1,028	1,718	1,898	2,087	2,288	2,495
ВZ(0,7)=Ф2/sZ(0,7)	Тл	0,766	1,28	1,415	1,556	1,706	1,86
В¢а2=Ф2/(2×s¢а2)	Тл	0,91	1,53	1,69	1,85	2,03	2,22
НZ(0,2)	А/м	1905	8600	25600	45000	120000	185000
НZ(0,7)	А/м	1140	1692	2450	4220	8150	18000
На2	А/м	1269	3820	7700	17000	40000	102000
FZ2=hП2×(НZ(0,2)+ НZ(0,7)) /2	А	813,1	240,6	2216	3888,4	10123,9	16037
Fa2=La2× Ha2	А	389,6	1172,74	2363,9	5219	12280	31314
F2=FdZс+FZ2+F2	А	16781,6	30438,2	38842	52505,68	79837,3	120980,9
F2*= F2/ F20	А	0,55	1	1,276	1,725	2,623	3,975

По данным таблицы строится характеристика холостого хода в относительных  единицах – рисунок 4,  в этих же координатах построена нормальная характеристика холостого хода машины с неявнополюсным ротором.

            

 

 

 

 

Рисунок 4 – Характеристика холостого хода

 

Из построенной характеристики можно сделать вывод, что в проектируемом турбогенераторе магнитная цепь будет иметь большее насыщение при холостом ходе, нежели нормальная машина с неявнополюсным ротором в том же режиме.

2.10. МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке. Регулировочная характеристика.

Амплитуда первой гармоники МДС  трехфазной обмотки якоря на один полюс при номинальном токе, А

 

 

,                                            (127)

А.

 

 

Коэффициент приведения по первой гармонике  магнитного поля МДС якоря к условиям обмотки возбуждения

 

 

,                                                    (128)

.

 

 

МДС обмотки якоря, приведенная  к обмотке возбуждения, А

 

 

F¢_1Н=F_1H×k_a  ,                                                    (129)

F¢_1Н = 47485×0,95 = 45110,75 А.

 

 

Индуктивное сопротивление Потье, о.е.

 

x_p*=x_{s 1*}+0,025,                                                    (130)

x_p*= 0,143+0,025 = 0,168.

 

 

Для определения МДС обмотки  возбуждения турбогенератора строится векторная диаграмма неявнополюсной машины (диаграмма Потье). Векторную  диаграмму строится в относительных единицах. Активным сопротивлением обмотки якоря пренебрегают. Диаграмма Потье представлена на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5 – Векторная диаграмма  неявнополюсной машины

МДС обмотки якоря F¢_1Н*, приведенная к условиям обмотки возбуждения, о.е.

 

 

F¢_1Н*= F¢_1Н/ F₂₀,                                                  (131)

F¢_1Н*= 45110,75/30438,19 = 1,48.

 

 

МДС обмотки возбуждения при  номинальной нагрузке (определяемая по рис. 5) в о.е.

 

 

F_2Н* = 3,03.

 

 

При номинальной нагрузке МДС обмотки  возбуждения в именованных единицах на один полюс

 

 

F_2Н= F_2Н*×F₂₀ ,                                                  (132)

F_2Н= 3,03×30438,19 = 92228 А.

 

 

Напряжение или ЭДС E_10* машины при номинальной МДС F_2Н*  - E_10* = 1,33

Изменение напряжения (%) при сбросе нагрузки от номинальной до нуля:

 

 

,                                      (133)

DU = (1,33-1) ×100 = 33%.

 

 

Регулировочная характеристика –  это зависимость

 

 

I_2*=f(I_1*),

при U_1НФ*=1 и cosj_Н=const.

В относительных единицах I_2*=F_2* . Для построения характеристики задаются токами нагрузки I_1*=0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 и при U_1НФ*=1 и cosj_Н=const определяют МДС F_2* , а следовательно и ток I_2*.

Результаты расчета регулировочной характеристики заносятся в таблицу 4 и по ней строится график,  приведенный на рисунке 6.

Таблица 4 – Регулировочная характеристика

 

I1*	0	0,25	0,5	0,75	1	1,25
I2*	1	1,35	1,8	2,38	3,03	3,86

 

 

 

 

Рисунок 6 – Регулировочная характеристика

 

2.11. Обмотка возбуждения

Для обмоток возбуждения применяется  медь с присадкой серебра. Удельное сопротивление меди с присадкой серебра при температуре 15 °С

 

 

r_М(15)=10^–6/55 Ом×м.

 

 

При температуре 130 °С удельное сопротивление, Ом×м

 

 

r_М(130)=1,46×r_М(15),                                                    (134)

r_М(130)=1,46×10^–6/55 = 26,55 ×10^-9 Ом×м.

 

 

Средняя длина витка обмотки  возбуждения, м

 

 

l_В2=2×( l₂+ l_Л2),                                                     (135)

 

 

где l_Л2 – средняя длина лобовой части полувитка обмотки возбуждения, м

 

 

l_Л2=2×С₂+b₂×q₂+C¢₂×(q₂ –1)+k_g×D_B.CP. – 0,86×(R_B+b₂/2),                  (136)

 

 

С₂, С¢₂, R_В – размеры лобовой части обмотки возбуждения, м

 

 

С₂=0,1 м,  С¢₂= 0,025 м,  R_В = 0,035 м;

 

 

q₂ – число катушек на полюс

 

 

q₂=Z₂/4,                                                           (137)

q₂=28/4 = 7;

 

 

b₂ – ширина проводника обмотки;