- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1 выбор основных размеров
- •1.1. Последовательность выбора основных размеров
- •1.2. Пример расчета (выбор основных размеров)
- •Глава 2 обмоточные данные статора
- •2.1. Пример расчета (проектирование обмотки статора)
- •2.2. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 3 обмоточные данные ротора
- •3.1. Расчет обмотки возбуждения
- •3.2. Пример расчета (обмоточные данные ротора)
- •Глава 4 электромагнитный расчет
- •4.1. Пример расчета (расчет магнитной цепи)
- •4.2. Пример расчёта (характеристика холостого хода)
- •Глава 5 индуктивные сопротивления обмотки статора в установившихся режимах
- •5.1. Последовательность расчёта индуктивных сопротивлений
- •5.2. Пример расчета (параметры обмотки статора)
- •Глава 6 ток возбуждения при нагрузке, диаграмма потье
- •6.1. Пример расчета (диаграмма Потье)
- •6.2. Пример расчета (определение окз и статической перегружаемости)
- •Глава 7 электрические параметры, постоянные времени, токи короткого замыкания
- •7.1. Пример расчёта (расчёт электрических параметров и постоянных времени)
- •7.2. Пример расчета (весовые характеристики турбогенератора)
- •Глава 8 расчет потерь и коэффициента полезного действия
- •8.1. Пример расчёта (потери короткого замыкания)
- •8.2. Пример расчета (потери холостого хода)
- •8.3. Пример расчёта (механические потери)
- •8.4. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 9 характеристики турбогенератора
- •9.1. Характеристики короткого замыкания
- •9.2. Индукционная нагрузочная характеристика
- •9.3. Регулировочная характеристика
- •9.4. Внешняя характеристика
- •9.5. Нагрузочная характеристика
- •9.7. Построение характеристики коэффициента полезного действия
- •9.8. Контрольные вопросы и задания
- •Приложение 1 Титульный лист (образец)
- •«Национальный исследовательский томский политехнический университет»
- •Двухполюсный турбогенератор
- •Бланк задания (образец)
- •«Национальный исследовательский
- •Кафедра «Электромеханические комплексы и материалы»
- •Приложение 2 Кривые намагничивания электротехнических сталей и роторных поковок
- •Кривые намагничивания зубцов ротора турбогенераторов
- •Список литературы
- •Оглавление
2.1. Пример расчета (проектирование обмотки статора)
2.1.1. Варианты расчета числа пазов в зависимости от числа параллельных ветвей обмотки статора представлены в таблице
|
, А |
, м |
, о.е. |
, – |
1 |
8248 |
0,088 |
0,57 |
36,75 |
2 |
4124 |
0,044 |
1,13 |
73,5 |
Требованиям к турбогенераторам с косвенным охлаждением ( = 2500–6500 А, = 0,04–0,07 м, ) удовлетворяет вариант расчёта с числом параллельных ветвей .
Из условия симметрии обмотки число пазов статора должно быть четным, кратным , поэтому принимаются
2.1.2. Зубцовый шаг по пазам статора
м.
2.1.3. Число последовательно соединенных витков в фазе
2.1.4. Число пазов на полюс и фазу
2.1.5. Коэффициент укорочения шага обмотки принимаем тогда предварительно шаг обмотки по пазам
Округляем шаг обмотки по пазам до ближайшего целого числа и уточняем коэффициент укорочения шага
2.1.6. Коэффициент распределения обмотки статора
2.1.7. Коэффициент укорочения обмотки статора
2.1.8. Обмоточный коэффициент
2.1.9. Магнитный поток в воздушном зазоре
Вб.
2.1.10. Полюсное деление статора
м.
2.1.11. Уточнение электромагнитных нагрузок.
Индукция в воздушном зазоре
Тл,
рекомендуемая индукция Тл.
Линейная нагрузка
А/м,
рекомендуемая линейная нагрузка А/м.
Если индукция отличается от первоначально заданной индукции более чем на 10 %, то необходимо изменить длину сердечника статора турбогенератора. В этом случае длина сердечника статора пересчитывается по формуле
и расчет проводится заново с подп. 1.2.9, приняв .
Если расчетная линейная нагрузка превышает рекомендуемую нагрузку более чем на 20 %, то необходимо несколько уменьшить число пазов статора (подп. 2.1.1) и наоборот. Затем, если в этом есть необходимость, корректируется индукция с изменением длины сердечника статора.
В примере расчёта электромагнитные нагрузки отличаются незначительно от рекомендуемых нагрузок, поэтому принимаем , и продолжаем расчёт.
2.1.12. Предварительная ширина паза статора
м,
где – допустимая индукция в зубцах, согласно рекомендациям принимается в пределах Тл такой, чтобы ширина элементарного проводника стержня, рассчитанная далее по формуле подп. 2.1.14 была бы 4 мм.
2.1.13. Предварительная ширина стержня в пазу статора
м,
где – толщина двухсторонней изоляции по ширине паза (табл. 2.3).
2.1.14. Предварительная ширина элементарного проводника стержня
мм.
2.1.15 Предварительная плотность тока в обмотке статора по рис. 2.1
.
2.1.16. Предварительное сечение стержня
.
2.1.17. Предварительная толщина элементарного проводника
мм.
2.1.18. Уточненные размеры элементарного проводника стержня с учетом (табл. 2.1) стандартных размеров провода обмоточной меди:
2.1.19. Число элементарных проводников стержня
Принимаем (четное целое число).
2.1.20. Уточняем сечение меди стержня
м2.
2.1.21. Плотность тока в обмотке статора
2.1.22. Произведение линейной нагрузки на плотность тока
Для машин с косвенным водородным охлаждением обмотки статора
2.1.23. Для стержневой обмотки статора выбираем провод марки ПСД, класс нагревостойкости изоляции В, при двухсторонней толщине изоляции провода 0,33 мм.
Размеры элементарного проводника с учетом толщины изоляции:
толщина провода ;
ширина провода ;
сечение провода
2.1.24. Ширина паза статора c учетом пазовой изоляции
где – двухсторонняя толщина изоляции по ширине паза (табл. 2.3).
2.1.25. Высота паза статора
где – высота клина; = 28,5 мм – обшая толщина изоляции по высоте паза (табл. 2.3).
2.1.26. Проверяем соотношения:
;
;
= 8,6.
Рекомендуемые:
;
;
.
Если соотношение или отличаются от рекомендуемых соотношений больше чем на 10 %, то можно изменить размеры паза статора за счет допустимого значения индукции в зубцах (подп. 2.1.12).
Например, если меньше, а больше допустимых величин, то следует увеличить индукцию в зубцах до 2,1 Тл, и повторить расчеты с подп. 2.1.12. Если больше, а меньше рекомендуемых соотношений, то следует уменьшить значение индукции в зубцах и повторить расчеты с подп. 2.1.12.
Если позволяет величина произведения линейной нагрузки на плотность тока (подп. 2.1.22), то соотношение можно скорректировать за счет изменения плотности тока . Чем больше плотность тока , тем меньше соотношение .
Если больше, а меньше предельных рекомендуемых соотношений (как в рассматриваемом примере), то дополнительно можно воспользоваться размерами обмоточного провода (табл. 2.4) и скорректировать размеры паза.
Таблица 2.4
мм |
, мм |
|||||||
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,24 |
2,5 |
2,8 |
3,15 |
|
Расчетная площадь сечения провода , |
||||||||
4,00 |
5,385 |
6,186 |
6,837 |
7,637 |
8,597 |
9,451 |
10,65 |
– |
4,5 |
6,085 |
6,985 |
7,73 |
8,637 |
9,717 |
10,70 |
12,05 |
13,63 |
Рассмотрим второй вариант расчета размеров паза статора.
Принимаем ширину проводника мм (табл. 2.4) вместо 4,7 мм первого варианта расчетов. В этом случае ширина паза статора
а соотношение , что несколько ближе к рекомендуемому соотношению.
Ширине проводника мм соответствует (табл. 2.4) толщина мм и сечение проводника. Число элементарных проводников в стержне
.
Высота паза статора
Соотношение находится в рекомендуемых пределах.
Проверяем соотношение =10,1, что превышает допустимое значение.
По второму варианту расчетов соотношения и ближе соответствуют рекомендуемым значениям. Но, по сравнению с расчетами первого варианта, паз статора получился более узкий и глубокий. Это приведет к увеличению пазового рассеяния, к уменьшению ОКЗ генератора, что не целесообразно.
Соотношение , полученное по первому варианту расчетов размеров паза статора, не превышает рекомендуемое более чем на 10 %. Поэтому в дальнейших расчетах оставляем размеры паза, соответствующие первому варианту расчетов.
Согласно нормам на пазовую изоляцию (табл. 2.3) для обмотки статора споектированного турбогенератора составляется табл. 2.5.
С учётом полученных размеров паза, проводников стержня и нормам на пазовую изоляцию (табл. 2.5) строится поперечное сечение паза с подробной спецификацией заполнения паза, как показано на рис. 2.4 для рассматриваемого примера расчёта.
На основании данных обмотки – числа пазов , фаз , полюсов , пазов на полюс и фазу , шага обмотки по пазам , числа параллельных ветвей – строится схема обмотки статора. Для построения схемы обмотки статора целесообразно воспользоваться литературой [9, с. 403–408, 410–416].
Схема обмотки статора для турбогенератора рассматриваемого примера представлена на рис. 2.5.
Поперечное сечение паза статора с обмоткой (как показано на рис. 2.4), с подробной спецификацией к нему (как представлено в табл. 2.5) и схема обмотки статора (как показано на рис. 2.5) для спроектированного Вами турбогенератора приводятся в пояснительной записке курсового проекта.
После определения обмоточных данных статора приступают к определению пазовой геометрии и обмоточных данных ротора.
Рис. 2.4. Паз статора в разрезе
Таблица 2.5
Спецификация пазовой изоляции статора
№ позиции (рис. 2.4) |
Наименование материала |
Двухсторонняя толщина, мм |
|
по ширине паза |
по высоте паза |
||
1 |
Прокладка вертикальная из миканита |
0,5 |
– |
2 |
Прокладка под переходами из миканита |
– |
0,4 |
3 |
Микалента ЛМЧ1 |
9,5 |
9,5 |
4 |
Асбестовая лента, один слой впритык Лакировка ленты Разбухание изоляции от пропитки Всего на стержень |
1,0 0,2 0,3 10,0 |
1,0 0,2 1,0 11,6 |
5 |
Электрокартон ЭВ, пропитанный, на дне паза |
– |
1,0 |
6 |
То же между стержнями |
– |
3,0 |
7 |
То же под клином Зазор на укладку Всего на паз (без клина) |
– 0,5
|
1,0 0,3
|
Рис. 2.5. Схема двухслойной петлевой обмотки статора:
, , , , ,