Проектирование генератора ТВ 40

k_g – коэффициент, рассчитанный по формуле (83);

D_B.CP – диаметр окружности, на которой расположена лобовая часть среднего витка обмотки возбуждения, м,

 

D_B.CP.=D₂ – 2×h₂₂ –h₂₁ ,                                           (138)

D_B.CP.= 0,93 - 2×0,04 – 0,112 = 0,735 м;

l_Л2=2×0,1+0,028×7+0,025×(7 –1)+1,046×0,735 – 0,86×(0,035+0,028/2)=1,273 м;

                  l_В2=2×( 2,81+1,273) =8,166 м.

 

 

Предварительная площадь сечения  эффективного проводника обмотки возбуждения

 

 

,                                         (139)

м²

 

 

Для обмотки возбуждения принимается проводник высотой 7 мм, имеющий площадь сечения 195,14 мм².

Число эффективных проводников  по высоте паза ротора (предварительно)

 

 

u¢_П2=h₂₁/(а₂+d_ИВ),                                               (140)

 

 

где d_ИВ – толщина витковой изоляции,  d_ИВ = 0,35 мм;

 

 

u¢_П2= 0,115/(0,007+0,00035) = 15,65.

 

 

Предварительное значение u¢_П2 округляется до целого числа u_П2 = 16.

Уточняется высота паза ротора с  учетом размеров изоляции, м

 

 

h_П2= u_П2×а₂+( u_П2 –1)×d_ИВ+Sd_П+h_И+h_КЛ2.                                       (141)

h_П2= 16×0,007+(16-1) ×0,00035 + 0,0027+0,008+0,032 =0,16 м.

 

 

Полученное значение достаточно близко к вычисленному ранее по формуле (67).

Уточняются размеры h₂₁, м, и h₂₂, м

 

 

h₂₁= u_П2×а₂+( u_П2 –1)×d_ИВ ,                                               (142)

h₂₁= 16×0,007 + (16-1) ×0,00035 = 0,11725 м,

h₂₂=h_И+h_КЛ2                                                            (143)

h₂₂= 0,008 + 0,032 = 0,04 м.

 

 

Число витков обмотки возбуждения  на один полюс

 

 

w₂=Z₂× u_П2/4,                                                      (144)

w₂=28×16/4 = 112.

 

 

Номинальный ток возбуждения при  номинальной нагрузке, А

 

 

I_2H=F_2H/w₂,                                                        (145)

I_2H = 92227,72/112 = 823,5 А.

 

 

Ток возбуждения при холостом ходе, А

 

 

I₂₀=F₂₀/w₂,                                                          (146)

I₂₀= 30438,19/112 = 271,8 А.

 

 

Проводники обмотки возбуждения  принимаются сплошными и площадь  поперечного сечения проводника равна площади поперечного сечения меди проводника, т.е. s_М2= s₂

Плотность тока в проводниках обмотки  возбуждения при косвенном охлаждении, А/м²

 

 

D₂=I_2H/ s_М2,                                                      (147)

D₂= 823,5/195,14×10^-6 = 4,22×10⁶ А/м².

 

 

Полученная, плотность тока не превышает рекомендуемые значения.

Электрическое сопротивление обмотки  возбуждения постоянному току при  температуре 15 °С , Ом

 

 

,                                              (148)

Ом×м.

 

 

Электрическое сопротивление при  температурах 75 и 130 °С, Ом

 

 

r₂₍₇₅₎=1,24× r₂₍₁₅₎,

r₂₍₁₃₀₎=1,46× r₂₍₁₅₎ ,                                                 (149)

r₂₍₇₅₎=1,24× 0,17 = 0,211 Ом,

r₂₍₁₃₀₎=1,46×0,17 = 0,248 Ом.

 

 

Номинальное напряжение обмотки возбуждения, В

 

 

U_2Н=I_2Н× r₂₍₁₃₀₎,                                                   (150)

U_2Н= 823,5×0,248 = 204,2В.

 

 

Номинальное напряжение на контактных кольцах ротора и возбудителе  принимается на 2 В больше, чем на обмотке возбуждения. В

 

 

U_2НВ= U_2Н+2 ,                                                 (151)

U_2НВ= 204,2 + 2 = 206,2 В.

 

 

Номинальная мощность возбуждения, Вт

 

 

Р_2Н=U_2НВ ×I_2Н,                                                   (152)

Р_2Н= 206,2×823,5 = 169,8×10³ Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.12. Параметры и постоянные времени турбогенератора

 

Уточняется сопротивление взаимной индукции по продольной оси х_аd*. , о.е.

 

 

х_аd*=k_a×F_1H/F_d0 ,                                                    (153)

 

 

где F_d0 – магнитное напряжение немагнитного зазора при холостом ходе и номинальном напряжении;

 

 

х_аd*= 0,95×47485/26525,7 = 1,701 .

 

 

Индуктивное сопротивление взаимной индукции по поперечной оси, о.е.

 

 

,                                             (154)

.

 

 

Из расчетов видно,  что выполняется  соотношение х_аq* < х_аd* .

Синхронное индуктивное сопротивление  по продольной оси, о.е.

 

 

                                                 х_d*= х_аd*+ х_s1*,                                                            (155)

х_d*= 1,701 + 0,143 = 1,844.

 

 

Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси, о.е.

 

 

х_q*= х_аq*+ х_s1*,                                                  (156)

х_q*= 1,605+0,143 = 1,748.

 

 

Индуктивное сопротивление обмотки  возбуждения переменному току, приведенное к обмотке статора, рассчитывается при условии отсутствия на статоре и роторе короткозамкнутых обмоток и контуров, о.е.

 

 

х_2f*=s_2f х_аd*,                                                    (157)

 

где s_2f – коэффициент рассеяния обмотки ротора

 

 

,                          (158)

 

 

l_П2y –  коэффициент магнитной проводимости для потокосцепления магнитного поля пазового рассеяния,  принят для прямоугольных пазов

 

 

,                                                (159)

;

,

х_2f*= 1,057×1,701 = 1,798.

 

 

Индуктивное сопротивление рассеяния  обмотки ротора (возбуждения), о.е.

 

 

х_s2*= х_2f* – х_аd* ,                                            (160)

х_s2*= 1,798 – 1,701 = 0,097.

 

 

Переходное индуктивное сопротивление  обмотки статора по продольной оси

 

 

,                                          (161)

.

 

 

Сверхпереходное индуктивное сопротивление  обмотки якоря по продольной оси,  о.е.

 

 

                                              х¢¢_d*= х_s1*+0,025,                                                       (162)

х¢¢_d*= 0,143 + 0,025 = 0,168.

 

 

Сверхпереходное индуктивное сопротивление  обмотки якоря по поперечной оси, о.е.

 

 

х¢¢_q* =1,5× х¢¢_d* ,                                                   (163)

х¢¢_q* =1,5×0,168 = 0,252.

 

 

Синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря для токов обратной последовательности, о.е.

 

 

,                                           (164)

.

 

 

Синхронное индуктивное сопротивление  обмотки якоря токам нулевой  последовательности при b  ³ 2/3, о.е.

 

 

,(165)

 

 

где h₃=d_ct.h+d_np = 0,0108+0,005 = 0,0158;

 

 

 

 

Постоянная времени обмотки  возбуждения при разомкнутой  обмотке статора с учетом демпфирующего действия контуров (вихрей) тока в массивной бочке ротора, с

 

 

,                                           (166)

 

 

где k₀₂ – обмоточный коэффициент основной волны МДС ротора k₀₂ = 0,828;

0,75 – коэффициент, учитывающий  увеличение постоянной времени  из-за появлении при переходном процессе вихревых токов в массивной бочке ротора;

 

 

с.

 

 

Постоянная времени затухания  переходной периодической составляющей тока статора (якоря) при внезапном трёхфазном коротком замыкании обмотки якоря, с

 

 

,                                                   (167)

с.

 

 

Постоянная времени затухания  сверхпереходной периодической  составляющей тока якоря при внезапном трёхфазном коротком замыкании обмотки якоря, с

 

 

,                                                     (168)

с.

 

 

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока якоря при внезапном трёхфазном коротком замыкании обмотки якоря (без учёта насыщения) , с

 

 

,                                                    (169)

с.

 

 

2.13. Отношение короткого замыкания,  токи короткого замыкания и статическая  перегружаемость

Отношение короткого замыкания (ОКЗ) представляет собой кратность установившегося тока трехфазного короткого замыкания при возбуждении, соответствующем номинальному напряжению при холостом ходе

 

 

ОКЗ=I_K*=I_K/I_1НФ= Е¢_10*/x_d* ,                                       (170)

 

 

где Е¢_10* – ЭДС, определенная по спрямлённой характеристике холостого хода (без учёта насыщения) при F_2*= F_20*=1;

 

 

Е¢_10* = 1,1;

ОКЗ=1,1/1,844=0,597.

 

 

Кратность установившегося тока трехфазного короткого замыкания при номинальном возбуждении турбогенератора (F₂= F_2Н), о.е.

 

 

I_КН*=ОКЗ×F_2Н* ,                                                 (171)

I_КН*= 0,597×3,03 = 1,809.

 

 

Кратность установившегося тока двухфазного  короткого замыкания при F_2*=F_20*=1,  о.е.

 

 

,                                                 (172)

.

 

 

Кратность установившегося тока однофазного  короткого замыкания при F_2*= F_20*=1, о.е.

 

 

,                                            (173)

.

 

Кратность установившегося тока двухфазного  короткого замыкания при номинальном возбуждении, о.е.

 

 

I_K(2)H*=I_К(2)*× F_2Н* ,                                                  (174)

I_K(2)H*= 0,885×3,03 = 2,682.

 

 

Кратность установившегося тока однофазного короткого замыкания при номинальном возбуждении, о.е.

 

 

I_K(1)H*=I_К(1)*×F_2Н* ,                                               (175)

I_K(1)H*= 1,48×3,03 = 4,484.

 

 

Кратность ударного тока (наибольшего  возможного мгновенного значения) по отношению к амплитуде номинального тока при внезапном трехфазном коротком замыкании непосредственно на выводах обмотки якоря и напряжении до момента короткого замыкания, равном 1,05×U_1Н

 

 

,                                           (176)

.

 

 

Статическая перегружаемость, или  предел статической устойчивости

 

 

,                                                (177)

.

 

 

Статическая перегружаемость W_П >1,7,  что отвечает требованиям ГОСТа.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.14. Потери мощности и коэффициент полезного действия

2.14.1. Массы и характеристики использования активных материалов

Масса меди обмотки статора (без изоляции), кг

 

 

G_M1=3×8900×a×w₁×l_B1×s₁,                                           (178)

G_M1=3×8900×1×14×10,37×8,712×10^-4 = 3377 кг.

 

 

Масса меди обмотки ротора, кг

 

 

G_M2=2×8900×w₂×l_B2×s_М2,                                                 (179)

G_M2=2×8900×112×8,166×195,14×10^-6 = 3177 кг.

 

 

Полная масса меди обмоток статора и ротора, кг

 

 

G_M= G_M1+ G_M2,                                                 (180)

G_M= 3377+3177 = 6554 кг.

 

 

Масса стали ярма статора, кг

 

 

,                                (181)

 кг.

 

 

Масса стали зубцов статора, кг

 

 

,                            (182)

 кг.

 

 

Полная масса электротехнической стали статора, кг

 

 

G_С= G_а1+ G_Z1,                                                  (183)

G_С= 30596 + 7105 = 37701 кг.