2.2. Контрольные вопросы и задания

2.2.1.Объясните принцип действия синхронных генераторов и назначение турбогенераторов? Укажите конструктивные особенности турбогенераторов.

2.2.2. Какие размеры турбогенератора относят к основным размерам? Какая существует связь между основными размерами и электромагнитными нагрузками турбогенератора?

2.2.3. Что характеризует «машинная постоянная» Арнольда ?

2.2.4. Какие факторы влияют на выбор величин электромагнитных нагрузок – индукции в воздушном зазоре , линейной нагрузки и их соотношения?

2.2.5. Как влияет система охлаждения турбогенератора (косвенная, непосредственная) на выбор электромагнитных нагрузок?

2.2.6. Назовите типы турбогенераторов с косвенным и непосредственным охлаждением обмоток и конструктивные особенности обмоток этих турбогенераторов.

2.2.7. Что характеризует отношение короткого замыкания (ОКЗ)? Какое влияние оказывает ОКЗ на статическую устойчивость работы турбогенератора, на стоимость его изготовления?

2.2.8. Что характеризует коэффициент мощности ? Почему турбогенераторы обычно работают с коэффициентом мощности

2.2.9. Какие условия учитываются при выборе величины воздушного зазора в турбогенераторах? Какое влияние оказывают на величину воздушного зазора ОКЗ и электромагнитные нагрузки?

2.2.10. С какой целью сердечник статора турбогенератора набирают из листов электротехнической стали (выполняют шихтованным), а ротор изготавливают цельнокованым? Какие виды потерь имеют место в железе статора?

2.2.11. С какой целью сердечник статора турбогенератора разбивается на отдельные пакеты, разделенные вентиляционными каналами?

2.2.12. Поясните замкнутую радиальную систему вентиляции (охлаждения) турбогенераторов.

2.2.13. Чем отличается холоднокатаная электротехническая сталь марки 3413 от горячекатаной стали марки 1513? Какие существуют рекомендации по использованию этих сталей при изготовлении статоров турбогенераторов?

2.2.14. С какой целью обмотка статора турбогенератора выполняется двухслойной, стержневой, с укороченным шагом? Какие преимущества имеет двухслойная обмотка по сравнению с однослойной обмоткой с диаметральным шагом?

2.2.15. С какой целью стержни обмотки статора выполняются транспонированными, т.е. плетенными из отдельных элементарных проводников?

2.2.16. Почему фазы обмотки статора турбогенератора преимущественно соединяют в звезду, а не в треугольник?

2.2.17. Какими должны быть число пазов и число параллельных ветвей обмотки статора двухполюсного турбогенератора, чтобы обмотка статора была симметричной?

2.2.18. Как влияет напряжение обмотки статора и система охлаждения турбогенератора на выбор плотности тока в обмотке статора?

Глава 3 обмоточные данные ротора

Конструкции роторов турбогенераторов представлены в [4, с. 219–280].

Обмоточные данные ротора характеризуются числом зубцовых делений , числом обмотанных пазов , размерами пазов – высотой и шириной . Предварительно обмоточные данные и размеры паза ротора для турбогенераторов с косвенным охлаждением обмотки ротора можно определить по рис. 3.1, а при непосредственном охлаждении обмотки ротора водородом – по рис. 3.2 [1, 5].

При допустимом напряжении в зубцах ротора обмотка возбуждения должна обеспечить номинальную магнитодвижущую силу (МДС) на пару полюсов [1]:

, (3.1)

где – обмоточный коэффициент основной гармоники обмотки возбуждения,

,

причем .

Коэффициент реактивной мощности в формуле (3.1)

,

МДС реакции якоря по прямоугольной волне на пару полюсов

. (3.2)

Для определения размеров паза ротора по кривым (рис. 3.1 или 3.2) рассчитывается правая часть выражения

. (3.3)

Коэффициент заполнения паза ротора медью обмотки в расчетах правой части выражения (3.3) принимается при косвенном охлаждении и при непосредственном охлаждении обмотки ротора [5].

Р ис. 3.1. К определению размеров паза ротора турбогенераторов с косвенным охлаждением обмотки ротора

Р ис. 3.2. К определению размеров паза ротора турбогенераторов (типа ТВФ, ТВВ) с непосредственным охлаждением обмотки ротора

Плотность тока в обмотке ротора при косвенном воздушном и водородном охлаждении обмотки ротора выбирается по рис. 3.3 в зависимости от ширины меди в пазу ротора и толщины миканитовой гильзы (пазовой изоляции). Для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмотки ротора плотность тока рекомендуется выбирать в пределах для турбогенераторов типа ТВФ и  для турбогенераторов типа ТВВ [5, с. 229]. Коэффициент выбирается в пределах .

Рис. 3.3. К выбору плотности тока в обмотке возбуждения

турбогенераторов типа Т, ТВ при толщине миканитовой

гильзы: 1 – 1 мм; 2 – 1,2 мм

После расчета правой части выражения (3.3) в зависимости от охлаждения обмотки ротора (косвенное или непосредственное) определяются размеры паза ротора по рис. 3.1 или 3.2.

Например, для турбогенератора с косвенным охлаждением обмотки ротора при коэффициенте по формуле (3.2) получено

.

Диаметр ротора м. Для этого случая пунктирными линиями на рис. 3.1 показано определение основных соотношений размеров паза ротора и механических напряжений: м, ; , , , где – ширина корня зубца ротора, и – соответственно напряжение в корне зубца и на поверхности центрального отверстия ротора.

Далее следует задаться, например, шириной паза ротора , воспользовавшись табл. 3.1. При этом необходимо учесть размеры обмоточной меди (табл. 3.2) и толщину односторонней изоляции паза ротора.

Односторонняя толщина изоляции для обмоток роторов с косвенным охлаждением принимается в пределах и для обмоток роторов с непосредственным охлаждением – .

Таблица 3.1

, м	0,02–0,022	0,023–0,025	0,026–0,028	0,03–0,033
МВт	0,5–3	6–12	25–30	50 и более

Таблица 3.2

Размеры проводника		Площадь сечения мм2
толщина мм	ширина мм
3,2	21,5	68,0
3,3	22,5	73,34
3,53	19,5	67,97
4,4	25,0	109,14
5,0	28,0	134,6
5,7	21,5	120,57
7,0	28,0	190,6
7,9	35,0	271,0

Более широкий выбор размеров обмоточного провода представлен в [2].

Предположим, что мощность турбогенератора 30 МВт. Ширина паза ротора по табл. 3.1 28 мм. Ширина проводника с учетом односторонней толщины изоляции

28 – 4 = 24,0 мм.

Выбираем по табл. 3.2 ближайший по ширине проводник с размерами: 25 мм, 4,4 мм, 109,14 и уточняем ширину паза ротора

0,029 м.

Ширина паза м, отношение и определенные по рис. 3.1 соотношения , , позволяют рассчитать ширину корня зубца ротора

0,029/2,1 = 0,014 м,

число зубцовых делений ротора

57,14

и число пазов, заполненных обмоткой ротора,

38,11.

Числа и должны быть целыми, а число – кратно четырем. Принимаем , и уточняем коэффициент

.

Минимальная ширина корня зубца из технологических соображений должна быть не менее 0,01–0,012 м при диаметрах ротора м и не менее 0,006–­0,008 м при диаметрах ротора м.

При выборе формы пазов ротора следует учесть, что роторы турбогенераторов типа ТВВ мощностью 500 МВт и более имеют трапецеидальную форму пазов [2, 4].