Глава 4. Электромагнитный расчет

В задачу электромагнитного расчета входит расчет магнитной цепи и определение величины тока возбуждения при номинальной нагрузке. Электромагнитный расчет производится как поверочный по уже выбранным основным размерам и обмоточным данным статора и ротора [1, с. 71].

Эскиз магнитной цепи представлен на рис.4.1.

Рис. 4.1. Эскиз магнитной цепи

Расчет магнитной цепи турбогенератора заключается в определении МДС обмотки возбуждения, необходимой для создания в воздушном зазоре магнитного потока , способного навести в режиме холостого хода в обмотке статора ЭДС .

Магнитная цепь разбивается на пять участков: воздушный зазор, зубцы статора, зубцы ротора, спинка статора, спинка ротора. Расчет магнитной цепи проводится по упрощенной методике, в основу которой положено приведение магнитной цепи неявнополюсной машины с распределенной обмоткой к эквивалентной магнитной цепи явнополюсной машины с сосредоточенной обмоткой на роторе.

4.1. Пример расчета (расчет магнитной цепи)

Расчет магнитной цепи проводится на пару полюсов.

4.1.1. Расчетное сечение воздушного зазора.

,

где – расчетная длина воздушного зазора,

м.

Наличие зубцов, радиальных вентиляционных каналов на статоре, ступенчатость крайних пакетов статора, рифление поверхности ротора и зубцов на роторе приводят к увеличению воздушного зазора. Увеличение воздушного зазора учитывается коэффициентом Картера.

4.1.2. Коэффициент зубчатости статора

.

4.1.3. Коэффициент, учитывающий радиальные вентиляционные каналы статора,

где – ширина радиального вентиляционного канала, – ширина пакета статора, 1.1.9.

4.1.4. Коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора, [4, с. 225 – 230]

,

где – ширина выступа и – шаг рифления (рис.4.2).

Рис. 4.2. Рифление бочки ротора

4.1.5. Коэффициент, учитывающий «срезы» зубцов ротора через отверстия в клиньях пазов

.

Коэффициент рассчитывается только для турбогенераторов серий ТВФ и ТВВ, для турбогенераторов серии Т и ТВ – .

4.1.6. Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов статора,

.

4.1.7. Коэффициент зубчатости ротора по продольной оси ротора d в предположении, что на большом зубце ротора пазы отсутствуют или заклиниваются стальными магнитными клиньями.

где – зубцовый шаг по пазам ротора;

м.

4.1.8. Коэффициент зубчатости ротора по поперечной оси ротора q

4.1.9. Коэффициент воздушного зазора (коэффициент Картера) по продольной оси ротора d

4.1.10. Коэффициент воздушного зазора (коэффициент Картера) по поперечной оси ротора q

4.1.11. Магнитный поток в зазоре в режиме холостого хода при номинальном напряжении В

Вб,

где – коэффициент,

.

4.1.12. Индукция в воздушном зазоре

Тл.

4.1.13. МДС воздушного зазора

А,

где – коэффициент,

,

– магнитная постоянная, .

4.1.14. Ширина зубца статора на 1/3 высоты от расточки статора

4.1.15. Расчетное сечение зубцов статора

,

где – эффективная длина сердечника статора.

4.1.16. Индукция в зубцах статора

Тл.

4.1.17. При индукциях в зубцах Тл часть потока ответвляется в паз статора.

Коэффициент, учитывающий ответвление потока в паз статора,

4.1.18. Сердечник статора турбогенератора собирается из вырубок листовой холоднокатаной или горячекатаной электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм.

Горячекатаная листовая электротехническая сталь применяется для изготовления сердечника статора турбогенераторов мощностью до 30 МВт, но может применяться и для изготовления сердечника статора турбогенераторов мощностью до 150 МВт [2].

Холоднокатаную листовую электротехническую сталь рекомендуется [4] применять в турбогенераторах мощностью свыше 100 МВт, но может применяться и в турбогенераторах мощностью свыше 30 МВт.

Холоднокатаная сталь обладает разными магнитными свойствами вдоль и поперёк прокатки. Вырубку листов активной стали производят так, чтобы направление магнитного потока в спинке статора совпадало с направлением прокатки, т. е. с направлением наибольшей магнитной проводимости и наименьших потерь [4].

Кривые намагничивания сталей представлены в Приложении 2. Напряженности магнитного поля в спинке сердечника статора и в зубцах статора (при индукциях в зубцах Тл) определяются по табличным данным кривых намагничивания соответствующих сталей. При индукциях в зубцах статора Тл напряженность магнитного поля в зубцах статора следует определять по рисункам кривых намагничивания соответствующих сталей для зубцов с учётом ответвления магнитного поля в пазы статора.

Характеристики намагничивания листовой горячекатаной стали марок 1511, 1512, 1513 представлены в табл. П. 2.3 и на рис. П. 2.3.

Для проектируемого турбогенератора выбираем холоднокатаную сталь марки 3413 (табл. П. 2.1, П. 2.2, рис. П. 2.1, П. 2.2).

При индукции напряженность магнитного поля в зубцах статора А/м (определяется по табл. П. 2.1 кривой намагничивания холоднокатаной стали поперёк проката).

4.1.19. Магнитодвижущая сила (МДС) зубцов статора

А.

4.1.20. Высота спинки статора из условия виброустойчивости

м,

где – наружный диаметр сердечника статора.

4.1.21. Расчетное сечение спинки статора

.

4.1.22. Индукция в спинке статора

Тл.

4.1.23. При индукции Тл напряженность магнитного поля в спинке статора А/м (определяется по табл. П. 2.2 кривой намагничивания холоднокатаной стали вдоль проката).

4.1.24. Расчетная длина магнитной линии в спинке статора

м.

4.1.25. МДС спинки статора

А.

4.1.26. Суммарная МДС (к построению переходной характеристики)

А.

4.1.27. Диаметр бочки ротора на высоте:

от основания паза ротора (рис.4.1)

м;

от основания паза ротора

м.

4.1.28. Расчетная ширина пазов ротора

м.

4.1.29. Расчетное сечение зубцов ротора на высоте:

от основания паза

;

от основания паза

.

4.1.30. Проводимость для потока рассеяния зубцовой зоны ротора (рис. 3.8)

4.1.31. Поток рассеяния ротора

Вб.

4.1.32. Магнитный поток ротора

Вб.

4.1.33. Индукция в расчетных сечениях зубцов ротора:

Тл,

Тл.

4.1.34. Ширина зубца ротора в расчетных сечениях:

м,

м.

4.1.35. Коэффициенты, учитывающие ответвления потока в пазы ротора:

,

.

4.1.36. Напряженность магнитного поля в расчетных сечениях зубцов ротора при индукциях в зубцах менее 1,85 Тл определяется по таблицам П. 2.4 или П. 2.5. При индукциях в зубцах более 1,85 Тл – по рисункам П. 2.4 или П. 2.5 с учётом ответвления потока в пазы ротора.

При индукции напряженность магнитного поля в зубцах ротора (по табл. П. 2.5 для турбогенераторов свыше 25 МВт), при индукции напряженность магнитного поля (по рис. П. 2.5 с учетом коэффициента ответвления ).

4.1.37 МДС зубцов ротора

А.

4.1.38. При центральном отверстии в бочке ротора м индукция в спинке ротора превышает допустимое значение (табл. 4.1). Заполняем центральное отверстие ферромагнитным материалом и принимаем . В этом случае сечение спинки ротора

.

4.1.39. Индукция в спинке ротора

Тл.

4.1.40. Магнитная напряженность в спинке ротора А/м

(определяется по табл. П. 2.5)

4.1.41. Средняя длина магнитных линий в спинке ротора

м.

4.1.42. МДС спинки ротора

А.

4.1.43. МДС обмотки возбуждения, необходимая для обеспечения в обмотке статора номинального напряжения в режиме холостого хода,

А.

4.1.44. Коэффициент насыщения магнитной цепи

,

в нормально спроектированных машинах .

О правильности выбора размеров магнитной цепи и магнитных нагрузок можно судить по рекомендуемым значениям магнитной индукции на отдельных участках магнитной цепи, представленных в табл.4.1.,

Таблица 4.1

Индукция участков, Тл
Горячекатаная сталь	0,65…0,95	1,3…1,5	1,2…1,4	1,7…2,0	1,4…1,6
Холоднокатаная сталь	0,65…0,95	1,4…1,7	1,4…1,5	1,7…2,0	1,4…1,6

Убеждаемся, что в примере расчета значения индукций на отдельных участках магнитной цепи (табл. 4.1) находятся в допустимых пределах.

Если индукция на отдельных участках магнитной цепи оказывается не в допустимых пределах, то следует изменить или магнитные нагрузки, или размеры магнитной цепи и повторить заново расчет отдельных разделов курсового проекта.

39. Ток возбуждения в режиме холостого хода

А.