Введение

Турбогенераторами называются электрические генераторы, механическим приводом которых являются паровые турбины. С целью получения высоких технико-экономических показателей паровые турбины выполняют быстроходными. Турбогенераторы для работы на тепловых электростанциях строят на максимальные частоты вращения ротора 3000 об/мин с двумя полюсами при частоте напряжения 50 Гц.

Турбогенераторы для атомных электростанций (АЭС) выполняют четырех полюсными с частотой вращения ротора 1500 об/мин, что связано с относительно низкими параметрами пара, получаемого от реакторов АЭС.

В связи с высокими частотами вращения и значительными механическими напряжениями в теле ротора турбогенераторы изготавливают как неявнополюсные машины горизонтального исполнения.

Развитие страны предусматривает опережающий рост энергетики, главным образом, за счет возведения тепловых и атомных электростанций, оснащенных современными мощными турбогенераторами.

Турбогенераторы являются сложными и современными электрическими машинами, при проектировании которых постоянно находят применение последние достижения науки и техники.

Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умеющих применять вычислительную технику, и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

Прогресс в развитии вычислительной техники, появление современных компьютерных технологий позволяют автоматизировать процесс проектирования электрических машин.

Но прежде, чем заниматься вопросами автоматизации и оптимизации проектирования, необходимо освоить методику проектирования турбогенераторов, связанную с выбором основных размеров, электромагнитными и другими расчетами турбогенераторов.

1. Определение основных размеров и электромагнитных нагрузок

1. Полная номинальная мощность

2. Номинальное фазное напряжение при соединении обмотки статора звездой:

3. Номинальный фазный ток в обмотке статора:

4. Предварительный диаметр расточки статора по рис. 3. 2, кривая б:

5. Выбираем предварительную линейную нагрузку и магнитную индукцию для заданного типа охлаждения и номинальной полной мощности по табл. 3. 1, а:

и

6. Предварительная величина воздушного зазора из условия необходимого ОКЗ:

7. Постоянная Арнольда по рис. 3. 3, кривая б:

8. Предварительное значение длины сердечника статора:

9. Принимаем в соответствии с рекомендациями ширину одного пакета статора и величину вентиляционного канала соответственно:

и

Тогда число вентиляционных каналов:

Принимаем

10. Уточнённая длина сердечника статора:

11. Длина сердечника статора без вентиляционных каналов:

12. Эффективная длина сердечника статора:

где - коэффициент заполнения пакета железа при толщине листа 0,5 мм.

13. Предварительно из условия виброустойчивости определяем наружный диаметр сердечника статора:

14. Определяем предварительно диаметр бочки ротора:

15. Выбираем диаметр бочки ротора из нормализованного ряда диаметров роторов, ближайший к полученному, табл. 3. 2:

Принимаем

16. Уточняем внутренний диаметр сердечника статора:

17. Определяем длину бочки ротора:

Рекомендуется длину бочки ротора для уменьшения магнитного насыщения принимать больше длины сердечника статора на

18. Определяем диаметр центрального отверстия ротора:

19. Проверяем отношения:

Отношение находится в рекомендуемых пределах Если выходит за указанные пределы, то рекомендуется перейти на другие диаметры ротора и статора или изменить значение электромагнитных нагрузок.

При полученном отношении частоты вращения ротора, из рис. 3. 4:

и

что отличается более чем на 10% от рабочей частоты вращения ротора . В исключительных случаях, если не удаётся изменить критическую частоту вращения ротора за счёт изменения размеров шеек вала и их конфигурации, то необходимо пересмотреть основные размеры машины.

2. Расчет обмоточных данных статора

В соответствии с рекомендациями хорошо зарекомендовавших себя на практике турбогенераторов в современных машинах применяются на статоре двухслойные петлевые обмотки с укороченным шагом.

Обычно укорочение шага при двухслойной петлевой обмотке выбирают в пределах:

20. Выбор числа пазов статора , числа параллельных ветвей

Для турбогенераторов с косвенным охлаждением заданной мощности число параллельных ветвей может быть равным

Вариант при

Ток в пазу статора:

где - число стержней по высоте паза в двухслойной обмотке.

Предварительно зубцовый шаг по расточке статора:

Отношение:

Число пазов статора:

Так как число пазов на статоре должно быть чётным и кратным 6, то принимаем

В соответствии с рекомендациями для турбогенераторов с косвенным водородным охлаждением статора величины должны находиться в следующих пределах:

- чётным и кратным 6.

21. Уточняем зубцовый шаг при

22. Уточняем линейную нагрузку при

Значение линейной нагрузки не отличается от предварительного более чем на 10 %.

23. Число последовательно соединённых витков в фазе при

24. Число пазов на полюс и фазу:

25. Предварительный шаг обмотки по пазам статора при укорочении:

26. Округляем шаг обмотки по пазам статора до целого:

27. Уточняем

28. Определяем угол сдвига по фазам в электрических градусах:

29. По рассчитанным данным построены схемы трёхфазной двухслойной петлевой обмотки и звезда пазовых ЭДС, и приведены в расчетно-пояснительной записке (рис. 1, 2).

30. Коэффициент распределения обмотки статора:

31. Коэффициент укорочения:

32. Обмоточный коэффициент статора:

33. Магнитный поток в воздушном зазоре при холостом ход...