Задание на проект

Спроектировать синхронный гидрогенератор вертикального типа.

Номинальная кажущаяся мощность гидрогенератора

S_N=85300 кВА

Номинальное линейное напряжение U_N=13,8 кВ

Число фаз 1=3 Сопряжение фаз  (звезда)

Частота тока f=50 Гц

Номинальная скорость вращения n_N = 125 об/мин

Индуктивное сопротивление по продольной оси (о.е.) x_d = 0,87

Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси (о.е.)

= 0,3

Постоянная инерции вращающихся частей генератора Т_j = 8,5 c

Номинальный коэффициент мощности соs_N = 0,8.

Электромагнитный расчет Выбор основных размеров

Номинальное фазное напряжение ( при соединении звездой)

U_N = 13800 / = 7967,67 В = 7968 В.

Номинальный фазный ток

I_N=S_N/(3U_N)= 85300·10³ / 3 ·7967,67 = 3567,1 А

Число пар полюсов p=60f / n_N=60·50/125= 24.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (предварительно) x_*σ=0,35 = 0,35 0,3 = 0,105.

ЭДС взаимоиндукции при номинальной нагрузке (предварительно)

E_rN=k_EU_N=1,066 7967,67=8493,5 В. где k_E= =

Расчетная мощность

S_p= k_E S_N = 1,06685300 = 90930 кВА.

Полюсное деление (предварительно по табл. П. I.

При S_N/2р = 85300/48 = 1777 кВА)

τ= 0,61 м

Линейная нагрузка и индукция в зазоре при номинальной нагрузке (по табл. 2)

А=614 10 А/м.; B_δN=0,781 Тл.

Машинная постоянная (предварительно)

С_а=2/(  A B_δN)= 2/ (3,140,74561410²  0,781)=0,178 10^-4 м³/Дж, где α_δk_Bk_W1≈ 0,745 (по табл.П.2.)

Момент инерции

где _N= 2 n_N = 23,14(125/ 60 )=13,1 рад/с номинальная угловая скорость вращения .Внутренний диаметр магнитопровода статора. D=0,035 =0,035·422510³13,1 /(0,6271,06685300

10³ 0,178  10^-4)=8,17 м

где φ₃= 0,95–0,21 = 0,95 – 0,21 = 0,627 – коэффициент, зависящий от конфигурации ротора и числа периодов поля.

k₂ = ( h_р + h_м +h_а ) / 1,75

Принимаем D = 8,2 м.

Полюсное деление при этом диаметре

τ =  D / (2р) = 3,14  8,2 / (224)= 0,536 м.

Угонная окружная скорость на наружной поверхности ротора не превышает допустимых значений .

υ_уг = D  k_уг n_N = 3,14  8,2  2,2  125 / 60 = 118 м/с  120 м/с . где k_уг = 2,2 (с, 1381 ) – кратность угонной частоты вращения, зависит от типа турбины. Длина магнитопровода статора

l₁ =CаS_NК_E/(_ND²)=0,17810^-4 85300 10³  1,066/(13,18,2²) = 1,837 м.

Относительная длина магнитопровода статора

λ= l₁/τ =1,837/ 0,536=3,427 находится в допустимых пределах. Обычно = 1,5  4 (c.147 1 ).

Выбор типа обмотки и числа пазов статора

В машинах с фазным током I_N  900 + 1000 А особенно при напряжениях U_N6000 В следует применять двухслойные стержневые обмотки, имеющие весьма надежную витковую изоляцию. Двухслойные катушечные петлевые обмотки принимают при меньших фазных токах.

При числе пазов на полюс и фазу q=3 и более обмотки обычно выполняют с целым числом пазов на полюс и фазу; при меньшем q с дробным числом пазов на полюс и фазу. Волновые двухслойные стержневые обмотки (обычно с дробным числом пазов на полюс и фазу) применяют главным образом в мощных многополюсных гидрогенераторах (при р15, п 200 об/мин.), где они оказываются выгоднее петлевых обмоток за счет уменьшения количества и длины соединений. Петлевые обмотки с дробным или целым числом пазов на полюс и фазу применяют в гидрогенераторах при р 15 и n200 об/ мин (с. 150 1 ). Выбираем 2-х слойную стержневую волновую обмотку с 2-мя эффективными проводниками в пазу (I_N=3567,6 А 1000 А, U_N = 13,8 кВ 6 кВ).

Число последовательных витков фазы ( предварительно)

W₁=k_EU_N/(4α_δk_Bk_W1fτl₁B_δN) = 1,066 7968 /(4  0,745 50  0,536  1 ,837· 0,781) 74.

Число эффективных проводников в пазу U_N = 2 (в стержневой обмотке с. 152 1) .

Число параллельных ветвей (по табл. П.3)

u_п1=2 u_п1I_N/I _п1min>a₁> u_п1I_N/I _п1max

2 3568 / 3400 = 2,1  а₁ 2  3568 / 4000 = 1,8. 2,1 а₁  1,8

Принимаем а₁ = 2

Ток паза статора

I _п= u_п1I_N/a= 3568 2 / 2 = 3568 A .

Число пазов на полюс и фазу (предварительно)

q₁=a₁W₁/( u_п1p)= 2 74 / (2 24 ) = 3,08

Принимаем q = 3 (c . 152 . 1 )

Если q≥ 4 , то его можно округлить до целого . Если же q  4, то его выбирают дробным, состоящим из целого числа b и правльной несократимой дроби с/d q₁ = b + c / d . Знаменатель d дроби c/d выбирают так, чтобы частное от деления числа полюсов 2р на d , равное максимально возможному числу параллельных ветвей обмотки а _мах , было целым числом, кратным выбранному числу параллельных ветвей а₁ ; 2p/d=a_max=K a₁

где К – целое число ; знаменатель дроби не должен быть кратен числу фаз  d 3 K где К – целое число .

Кроме того , при стержневой волновой обмотке сравнительно небольшая длина перемычек между обходами обмотки получается , если дробь удовлетворяет условию

c = ( Kd 1 ) / 3

где К = 1 или 2 .

Этому условию соответствуют следующие значения с/ d : 2/5, 3/5, 2/7, 5/7, 3/8, 5/8, 3/10, 7/10, 4/11, 7/11, 4/13, 9/13, 5/14, 9/14, 5/16, 11/16, 6/17, 11/17, 6/19, и т.д. (с 153 1 ) . Число пазов статора (предварительно) Z₁=6pq₁= 6  24  3 = 432 .

Если внешний диаметр статора D_а  0,99 м , то статор собирают из сегментов . ( Рис.П.2 ) . Выбираем число частей статора С_c = 8 ( с. 154. 1 ) . Обычно С_c = 2, 4, 6, 8. При четном числе частей статора число пазов также должно быть четным.

D, м …………. до 2, 5 – 3,0 от 3 до 6,5 больше 6,5. Число частей статора С_c 1 2, 4, 6 4,6,8. Число пазов в сегменте Z_c=Z₁/(C_cK)= 432/ (8 K ) = 6 или 9.

(Возможное число пазовых делений в сегменте Z_c = 7÷13), где К –целое число, выбирается из условия, что в одном слое магнитопровода статора должно укладываться целое число (к) сегментов; Z₁/Z_c = K. Наружный диаметр сердечника статора и (предварительно) D_a=D+ τ = 8,2 + 0,536 = 8, 736 м .

Большая хорда сегмента Н_с = D_а   Z_c / Z₁ = 8,736  3,14 (6 или 9 ) / 432 = 0,38 или 0,57 м .

Большая хорда сегмента Н_с = 0,38 или 0,57 м. Из холоднокатаной стали 3413 Н_с должна быть на величину припуска на штамповку меньше следующих значений : 36; 40; 46, 5; 50; 75; 86 см. Для сегментов из горячекатаной стали марки 1512 или 1513 эти значения равны: 37, 5; 40; 43; 50; 53; 60; 67; 70; 75; 86; 100 см.

Окончательно принимаем Н_с = 0,38 м , имея в виду лучшее использование листа горячекатаной стали 1512 ( с. 155 1 ).

Тогда Z_c =6.

Число последовательных витков фазы W₁= q₁ u_п1p/ a₁=3  2  24 / 2 = 72 .

Шаг обмотки ( в пазах ) y≈0,83 τ _п= 0,83  9,0 = 7,47,

где полюсное деление в пазовых делениях τ _п= Z₁/(2p)= 432 / 48 = 9. Принимаем у равным целому числу, у = 7 .

Обмоточный коэффициент статора

где k_р – коэффициент распределения;

k_у- коэффициент укорочения.

Индукция в воздушном зазоре при номинальной нагрузке (во втором приближении)

B_δN= k_EU_N/(4α_δk_Bk_W1f τ l₁ W₁)= 1,066  7968 / (4  0,745 50  0,536  ·1,837  72 ) = 0,804 Tл.

Линейная нагрузка (окончательно) A=6 W₁ I_N/(πD)= 6  72  3568 / ( 3,14  8,2 ) = 598,6  10² A/м.