Электромагнитный расчёт

Расчетные площади сечений зубцов ротора на высоте 0,2h_п2 и 0,7h_п2 от их основания:

м²;

м²;

м;

м;

.

Паз имеет параллельные стенки, поэтому

м.

Ширина зубца статора в расчетном сечении:

м,

м.

Расчетная площадь сечения стали зубцов статора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

м².

Расчетная площадь сечения немагнитного зазора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

м²,

.

Площадь сечения стали ярма статора:

м².

Площадь сечения ярма ротора, где диаметр центрального отверстия в роторе:

м².

где диаметр центрального отверстия в роторе:

м.

После определения площадей сечений пяти участков магнитной цепи находят магнитные индукции, напряженности магнитного поля и магнитные напряжения участков при холостом ходе и номинальном напряжении

E 10 = U 1нф или Е 10* = Е 10/U 1нф =1.

Магнитный поток в немагнитном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении:

Вб, где

.

В табл. записывают числовое значение коэффициента C 1.

Магнитная индукция в немагнитном зазоре:

Тл.

Магнитная индукция в расчетном сечении зубцов статора:

Тл.

Расчетное значение магнитной индукции в ярме статора:

Тл, где

Тл.

Напряженность магнитного поля в зубцах статора при B z1/3 ≤ 1.8 Тл для холоднокатаной стали с направлением потока поперек проката находят по табл. П.2.1. При B z1/3 > 1.8 Тл определяют коэффициент, учитывающий ответвление потока в паз:

.

Напряженность магнитного поля в ярме статора с направлением потока вдоль проката определяют для расчетных значений магнитных индукций в ярме.

Находим магнитное напряжение немагнитного зазора:

А, где

;

коэффициент, учитывающий зубчатость статора:

;

коэффициент, учитывающий зубчатость бочки ротора:

;

м;

коэффициент, учитывающий радиальные вентиляционные каналы сердечника статора:

;

коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора:

;

м, ширину канавки рифления

в соответствии с конструкцией самовентиляции ротора принимаем шаг рифления

м.

Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов сердечника статора:

;

коэффициент, учитывающий срезы зубцов ротора перед отверстиями в клиньях пазов для забора и выпуска газа:

;

коэффициент немагнитного зазора:

.

Магнитное напряжение зубцов статора:

А, где А/м .

Магнитное напряжение ярма статора:

,

м.

А/м;

Магнитное напряжение немагнитного зазора, зубцов и ярма статора:

A

Коэффициент магнитной проводимости для потока пазового рассеяния ротора при прямоугольном пазе :

,

м.

Принимаем = , высоту подклиновой прокладки принимаем:

м;

м.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по коронкам зубцов ротора:

.

Магнитный поток пазового рассеяния и по коронкам зубцов ротора:

Вб,

= .

Потоком лобового рассеяния пренебрегаем, так как бандажные кольца будут выполнены из немагнитной стали. Полный магнитный поток рассеяния ротора:

Вб.

Полный магнитный поток в роторе при холостом ходе:

Вб.

Магнитные индукции в расчетных сечениях зубцов ротора:

Тл,

Тл,

Магнитная индукция B_{z_0.2} в зубцах ротора в расчетном сечении на расстоянии 0.2h п2 от их основания не превосходит значений.

Магнитная индукция в ярме ротора:

Тл.

Магнитная индукция в ярме ротора превышает значения.

Для снижения индукции в ярме ротора центральное отверстие в роторе заполняем магнитным материалом (стальным стержнем). Находим для этого случая (D₀ = 0) площадь сечения ярма ротора:

м².

Определяем расчётную магнитную индукцию в ярме ротора:

Тл.

Полученное значение магнитной индукции записываем в табл.

Напряженности магнитных полей для значений магнитных индукций в роторе в соответствии с табл. определяют по кривой намагничивания роторных поковок турбогенераторов с D₂<0.814 м.

Для магнитных индукций в зубцах ротора, превышающих 1,8 Тл, следует учесть ответвление потока в паз с помощью коэффициентов

;

;где

м;

м.

Напряженность магнитного поля в зубцах ротора при Bz <1,8 Тл определяют по кривым намагничивания зубцов роторных поковок турбогенераторов с D2 < 0,814 м с учетом рассчитанных коэффициентов , и заносят в табл. турбогенератор напряжение холостого ход

Магнитное напряжение зубцов ротора:

A.

Магнитное напряжение ярма ротора:

A, где

м.

МДС обмотки возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении:

= A.

Аналогично проводят расчеты для других значений напряжения характеристики холостого хода.

МДС обмотки возбуждения (о. е.) при других значениях напряжения:

.

МДС обмотки статора на один полюс при номинальном токе якоря:

A.

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

.

Приведенная МДС обмотки якоря при номинальной нагрузке к условиям обмотки возбуждения:

A.

в относительных единицах

.

Для определения МДС обмотки возбуждения строим векторную диаграмму при номинальной нагрузке в относительных единицах.

Строим характеристику холостого хода в относительных единицах. Определяем индуктивное сопротивление рассеяния Потье:

,

где .

Таблица. Результаты расчёта характеристики холостого хода

МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке:

о.е.

в именованных единицах

А.

ЭДС обмотки статора при = :

о.е.

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

%

Регулировочную характеристику рекомендуется строить для точек нагрузки, соответствующих I1 / I 1н = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25. Две точки характеристики известны из предыдущего расчета. Для остальных точек характеристики следует построить векторные диаграммы (на одном рисунке) и определить для них МДС.

Таблица 2. Регулировочная характеристика

Охлаждение обмотки ротора - косвенное воздушное. За расчетную температуру обмотки ротора принимаем 130°С. Удельное сопротивление меди с присадкой серебра при температуре 15 °С.

,

при температуре 130°С

.

Для предварительного определения площади поперечного сечения эффективного проводника обмотки возбуждения требуется определить среднюю длину витка:

м,

м,

Определим среднюю длину лобовой части полувитка обмотки возбуждения:

; ;

м;

, .

Предварительную площадь поперечного сечения эффективного проводника

м²

Определяем обмотки возбуждения:

В.

м2.

м,

м²;

Площадь сечения эффективного проводника

Высота эффективного проводника

м.

Число эффективных проводников по высоте паза ротора принимаем

.

Уточняем высоту паза ротора с учетом данных:

м.

Так как окончательная высота паза ротора не больше предварительной, а ширина паза осталась неизменной, то проверку допустимой ширины зубца ротора в его основании не делаем.

Уточняем размеры:

м;

м.

Число витков обмотки возбуждения на один полюс:

Номинальный ток возбуждения:

A.

Ток возбуждения при холостом ходе:

A.

Плотность тока в пазовой части обмотки ротора при номинальном возбуждении:

А/м²,

.

где при косвенном охлаждении находится в пределах

Сопротивление обмотки возбуждения при 15, 75 и 130°С:

Ом,

Ом,

Ом.

Номинальное напряжение обмотки возбуждения:

В.

Номинальное напряжение возбудителя:

В.

Номинальная мощность возбудителя:

Вт.

Параметры и постоянные времени, статическая перегружаемость и токи короткого замыкания, потери мощности и коэффициент полезного действия.

Индуктивное сопротивление взаимной индукции по продольной оси:

где значение и берут из п.105, 106; = для E_10* = 1.

Индуктивное сопротивление взаимной индукции по поперечной оси:

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям соответственно:

;

,

,

Коэффициент рассеяния обмотки ротора:

для прямоугольных пазов ротора

.

Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения переменному току при отсутствии короткозамкнутых обмоток или контуров на статоре и роторе:

.

.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения

Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси:

.

Сверхпереходные индуктивные сопротивления обмотки якоря по продольной и поперечной осям:

;

.

Синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря для токов обратной последовательности:

.

Синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря токам нулевой последовательности при β= 0.524 < 2/3 рассчитываем по (10.13):

.

Постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора с учетом действия вихревых токов в массивной бочке ротора:

c,

где = 0.797.

Постоянная времени затухания переходной составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании обмотки:

c.

Постоянная времени затухания сверхпереходной составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании обмотки:

c.

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании (без учета насыщения):

c,

Отношение короткого замыкания:

,

где = 1.11 находим по прямолинейной части характеристики холостого хода.

Кратность установившегося тока трехфазного короткого замыкания при номинальном возбуждении:

.

Кратность установившегося тока двухфазного короткого замыкания:

при F2 = F20 = 1: ,

при F2 = F2н = 1.74: .

Кратность установившегося тока однофазного короткого замыкания:

.

При F2=F20=1, а при номинальном токе возбуждения

.

Кратность ударного тока:

.

Статическая перегружаемость:

,

что удовлетворяет требованиям ГОСТ. > 1,7,

Масса меди обмотки статора:

кг.

Найдем массу меди обмотки ротора:

кг.

Масса меди обмоток статора и ротора:

кг.

Масса стали ярма статора:

кг

Масса стали зубцов статора:

кг.

Полная масса электротехнической стали статора

кг.

Расход активных материалов

кг/(В А) для меди;

кг/(В А) для электротехнической стали.