Расчет основных размеров турбогенератора. Определение потерь холостого хода и короткого замыкания. Расчет суммарных потерь и к.п.д.

Исходные данные

Таблица 1. Исходные данные турбогенератора Т3В-110

№	Параметры генератора	Обознач-е	Ед.изм.	Величина
1	Напряжение		кВ	10,5
2	Полная мощность		МВА	137,5
3	Коэффициент мощности			0,8
4	Активная мощность		МВт	110
5	Ток статора		A	7560
6	Напряжение возбуждения		В	560
7	Ток ротора		A	1740
8	Отношение короткого замыкания	ОКЗ		0,56
9	Коэффициент полезного действия		%	98,6
10	Сопротивление		о.е.	2,04
11	Переходное сопротивление		о.е.	0,271
12	Сверхпереходное сопротивление		о.е.	0,189
13	Диаметр бочки ротора		мм	1000
14	Диаметр расточки статора		мм	1128
15	Диаметр сердечника статора		мм	2375
16	Воздушный зазор		мм	70
17	Длина сердечника статора		мм	3100
18	Ширина паза статора		мм	25,5
19	Ширина вентиляционных каналов		мм	10
20	Высота паза статора		мм	201
21	Высота клина		мм	22
22	Полная высота паза статора		мм	223
23	Диаметр статора по дну пазов		мм	1574
24	Активная длина сердечника статора		мм	2640
25	Число пакетов стали ротора		шт	51
26	Ширина паза ротора		мм
27	Глубина паза ротора		мм
28	Линейная нагрузка статора		А/см	1007
29	Индукция в воздушном зазоре		Тл	0,822
30	Индукция в зубцах статора		Тл	1,5
31	Индукция в ярме статора		Тл	1,4
32	Марка стали			3411
33	Удельные потери в стали		Вт/кг	1,1
34	Плотность стали		кг/м³	7600
35	Число пазов статора		шт	60
36	Рабочее число пазов ротора		шт	32
37	Полное число пазов ротора		шт	48
38	Зубцовый шаг статора		мм	59,03
39	Зубцовый шаг ротора		мм	65,42
40	Длина бочки ротора		мм	3250
41	Сопротивление обмотки статора (15 °С)		Ом	0,00104
42	Сопротивление обмотки ротора (15 °С)		Ом	0,12
43	Коэффициент Фильда для сплошных проводников			1,25
44	Коэффициент Фильда для полых проводников			1,9
45	Число пар полюсов		шт	1
46	Диаметр цапфы		мм	325
47	Длина цапфы на стороне возбудителя		мм	425
48	Масса ротора		кг	30000
49	Номинальная частота вращения		об/мин	3000
50	Ток возбуждения		А	1178

1.Расчет основных размеров турбогенератора

Внутренний диаметр расточки статора:

Наружный диаметр статора:

Диаметр корпуса статора:

Длина лобовой части статора:

Длина бандажных колец:

Активная длина сердечника:

Длина между осями подшипников:

Длина ротора:

Высота зубца:

2. Потери холостого хода

Основные электромагнитные потери холостого хода определяются в спинке сердечника статора и его зубцах.

Потери в спинке сердечника статора:

где 1,3- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение индукции и технологические отступления в производстве, связанные с заусенцами, неравномерной толщиной стали;

- удельные потери для генератора Т3В-110 из холоднокатаной стали марки 3411 на 1 кг массы при промышленной частоте и индукции, равной 1 Тл;

         индукция в участках магнитопровода турбогенератора, для статора из холоднокатаной стали  

    масса спинки сердечника статора,

сечение кольца,

эффективная длина,

полная длина сердечника статора, ;

число вентиляционных каналов, ;

ширина вентиляционного канала, ;

 ширина пакета,

плотность стали,

Потери в зубцах:

коэффициент, учитывающий увеличение потерь в зубцах, за счет того, что направление проката перпендикулярно направлению магнитного потока.

индукция в зубцах статора,  

масса зубцов сердечника статора,

площадь пазов, ;

где число пазов, ширина паза

Тогда

Основные потери холостого хода:

 ;

Добавочные потери холостого хода:

Суммарные  потери холостого хода:

3. Потери короткого замыкания

Основными электромагнитными потерями КЗ  считаются омические потери в меди в проводниках всех трех фаз:

 

где  расчетное сопротивление при  .

 

коэффициент Фильда, для сплошных проводников,  для полых проводников [4].

При водяном охлаждении генератора часть проводников выполняется сплошными, а часть - полыми. Для генератора мощностью 110 МВт отношение числа полых к сплошным составляет 3/1 [4].

Добавочные потери в проводниках обмотки статора связаны  с существованием  поперечного поля рассеяния в пазу, возбуждаемого током статора. Добавочные потери в торцевых зонах:

 где  линейная нагрузка.

Остальные добавочные потери в режиме короткого замыкания выделяются в зубцах сердечника статора, на поверхности ротора, в нажимных плитах, щитах и прочих конструктивных элементах, окружающих лобовые части обмотки. Ориентировочно определим добавочные потери в активной зоне машины:

Суммарные потери короткого замыкания:

4.Потери на возбуждение

Т.к.  рассматриваемый генератор имеет тиристорную систему независимого возбуждения с возбудителем переменного тока, то потери на возбуждение определяются по следующей формуле

где ток возбуждения,  расчетное сопротивление при  , падение напряжения под щетками на контактных кольцах.

5.Механические потери

К механическим потерям относятся потери на трение в подшипниках, на трение вращающейся бочки ротора о газ и на вентиляцию.

Потери на трение в подшипниках:

где  масса ротора,  длина цапфы, диаметр цапфы, номинальная частота вращения.

Потери на трение бочки ротора и бандажей о воздух:

где длина бочки ротора.

Т.к. генератор имеет полное водяное охлаждение, то потерь на вентиляцию нет.

6.Расчет суммарных потерь и к.п.д.

Суммарные потери:

Коэффициент полезного действия:

Таблица 2. Результаты расчетов.

		33,92%
		32,17%
		13,41%
		20,5 %
		100 %
	%	98,6 %

Погрешность расчета вызвана неточностью исходных данных: