3.1. Расчет характеристики холостого хода

Характеристика холостого хода представляет собой зави­симость фазной э. д. с. на зажимах от тока или н. с. возбуж­дения Eo=f(F_f) при холостом ходе генератора (I = 0).

Рис. 3.1. К определению расчетного сечения немагнитного зазора

Рас­чет ее сводится к расчету магнитной цепи, эскиз поперечно­го сечения которой представлен на рис.3.1 .

Расчет магнитной цепи основан на использовании закона полного тока

(3.1)

где F — полная намагничивающая сила вдоль замкнутого контура интегрирования, равная току, охватываемому этим контуром.

Интеграл, стоящий в правой части (3.1), как это принято при расчете магнитных цепей электрических машин, заменяет­ся суммой н. с. отдельных участков магнитной цепи - немаг­нитного зазора F , зубцового слоя статора F_z1, ярма статора F_a1, зубцового слоя ротора F_z2 и ярма ротора F_a2. Таким образом,

(3.2)

Обмотка возбуждения турбогенератора распределенная, поэтому полный ток, охватываемый различными контурами (см. рис.1.6. ), будет различным. Другими словами, магнитная цепь турбогенератора является сложной разветвленной нели­нейной цепью, расчет которой даже при, допущении (3.2) трудоемок. Ниже приводится упрощенная методика расчета магнитной цепи, разработанная специалистами завода “Эле­ктросила”, основанная на приведении неявнополюсной маши­ны к эквивалентной явнополюсной по магнитной системе.

Расчет характеристики холостого хода проводится по ос­новной пространственной гармонике поля в зазоре на один полюс.

Намагничивающая сила зазора, А

(3.3)

где k коэффициент зазора (коэффициент Картера). Этот коэффициент определяется по выражению (3.4)

(3.4)

где коэффициент, учитывающий зубчатость статора,

(3.5)

Коэффициент, учитывающий пазы ротора при немагнитных клиньях и наличии больших зубцов по продольной оси,

(3.6)

где k - коэффициент, учитывающий пазы ротора в области малых зубцов,

(3.7)

здесь t₂, — зубцовый шаг ротора, м

(3.8)

Коэффициент, учитывающий радиальные вентиляционные каналы статора

(3.9)

Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних паке­тов статора (см. рис. 1.1),

(3.10)

Коэффициент, учитывающий рифление бочки ротора при косвенном охлаждении обмотки возбуждения

(3.11)

В крупных генераторах с непосредственным охлаждением обмотки возбуждения рифление бочки ротора обычно не делается, поэтому k_p2 = 1.

В крупных синхронных машинах с большим зазором при расчете F необходимо учитывать изменение индукции в за­зоре в радиальном направлении. В данном случае B_ - ин­дукция магнитного поля на среднем диаметре зазора, равном D_i - (в отличие от (1.6), где подразумевалась индукция на диаметре D_i).

При больших зазорах имеет место сильное “выпучивание” магнитного поля из зазора на краях сердечника статора. Обычно это учитывается формальным увеличением длины статора на величину 2.

Магнитный поток в зазоре, обусловленный основ­ной гармонической индукции в режиме холостого хода, Вб

(3.12)

Индукция в воздушном зазоре (уточненное значение), Тл

(3.13)

Намагничивающая сила всей магнитной цепи машины с учетом насыщения стальных участков на холостом ходу обеспечивающая Е₀ = U_н, А

(3.14)

где k = 1,2 для большинства рационально спроектированных генераторов; F_ - по (3.3).

Величина	Ед.	Значение
E0	О.е.	0,58	1,00	1,21	1,33	1,40	1,46	1,51
E0 = UнE0	В	2110	3640	4400	4840	5100	5310	5500
Ф0 , по (3.12)	Вб	0,858	1,48	1,79	1,97	2,07	2,16	2,23
B , по (3.13)	Тл	0,490	0,845	1,02	1,12	1,18	1,23	1,28
F , по (3.3)	А	11700	20200	24400	26700	28300	29500	30500
Ff	О.е.	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
Ff = Ff Ff0	А	12100	24200	36300	48400	60500	72600	84700

Таблица 3.1.

Рис. 3.2. Практическая диаграмма Потье турбогенератора

Расчет характеристики холостого хода по упрощенной методике может проводится при помощи нормальной характеристики (зависимость Е^ = f(F_f^) ).

Расчет характеристики холостого хода рекомендуется провести по пяти точкам, соответствующим значениям Е₀ = (0,58; 1,0; 1,21; 1,33; 1,40; 1,46; 1,51) U_н. Расчет сводится в таблицу 3.1. По данным таблицы 3.1 строится характеристика холостого хода в относительных единицах (Рис.3.2). Точке Е^ = 1,0 соответствуют базовые величины параметров.