Двухполюсный турбогенератор типа ТВ

Строится диаграмма Потье для номинального режима работы генератора (обозначена цифрами 4). Через начало координат радиусом равным номинальному току возбуждения проводится дуга JJ. Далее, например, для тока нагрузки (построение обозначено цифрами 2) под углом к оси абсцисс проводится луч 0K и откладывается отрезок параллельно току (отрезок ) до пересечения с лучом 0K и дугой JJ.

Через точку проводится вертикальная пунктирная линия до пересечения с ХХХ в точке . Через точку проводится горизонтальная пунктирная линия . Затем берется отрезок равный номинального режима и перемещается параллельно до совмещения концов отрезка с горизонтальной линией , а 2 с осью ординат. Точка 2 на оси ординат соответствует напряжению генератора при токе нагрузки .

Рис. 10. К построению внешней характеристики

Рис. 11. Внешняя характеристика турбогенератора

Построения диаграмм для остальных нагрузок генератора проводятся аналогично и обозначены цифрами: ; ; ; ; (рис. 10). Токи нагрузки и соответствующие им напряжения генератора из построения диаграмм представлены в табл.6. На основании данных таблица 8 строится внешняя характеристика турбогенератора (рис.11).

Таблица 8

Внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение с изменением нагрузки при постоянстве тока возбуждения [9, с.663]. С ростом нагрузки напряжение на зажимах генератора падает из-за падения напряжения на индуктивном сопротивлении Потье и размагничивающего действия реакции якоря.

9.5 Нагрузочная характеристика

Нагрузочная характеристика определяется зависимостью при , , , [9, с. 665-666]. В курсовом проекте нагрузочная характеристика строится при токе и на основании диаграмм Потье при различных напряжениях генератора как показано на рис. 12.

Нумерация на рис.12 соответствует напряжениям: (режим короткого замыкания); ; ; ; ; ; .

Так как ток , то для всех диаграмм соответственно равны и . Точки нагрузочной характеристики (НХ) (рис. 11) обозначены соответственно напряжениям.

В качестве примера рассмотрим построение диаграммы Потье при напряжении .

На оси ординат из точки проводится вектор равный и параллельный . Получаем точку . Отрезок характеризует ЭДС за индуктивным сопротивлением Потье при напряжении .Перпендикулярно линии через начало координат проводится пунктирная линия .

Через точку проводится горизонтальная пунктирная линия до пересечения с ХХХ в точке , а затем - вертикальная пунктирная линия до пересечения с линией в точке . Из точки откладывается вектор равный и параллельный вектору тока номинального режима.

Вектор является током возбуждения, соответствующим напряжению нагрузочной характеристики. Вектор тока возбуждения сносится на ось абсцисс и из точки пересечения его с осью абсцисс проводится вертикальная пунктирная линия до пересечения в точке 7 с горизонтальной линией, соответствующей напряжению . Аналогично получают и остальные точки нагрузочной характеристики.

Отметим, что характеристика холостого хода является частным случаем нагрузочной характеристики при токе нагрузки

Рис. 12. К построению нагрузочной характеристики (н.х.)

9.6 U-образная характеристика

U-образная характеристика определяется зависимостью при , , , где - активная мощность генератора. В курсовом проекте U-образные характеристики строятся при , и . Необходимые графические построения для U-образной характеристики при , представлены на рис. 13. Построения проведены при токах нагрузки: о. е. (обозначены цифрами 3), (обозначены цифрами 2 в режиме перевозбуждения и 4 - в режиме недовозбуждения), (обозначены цифрами 1 в режиме перевозбуждения и 5 - в режиме недовозбуждения).

Выражение активной мощности представим, как или , где - активная составляющая тока нагрузки. Очевидно, что при активной мощности с изменением тока нагрузки активная составляющая тока должна оставаться постоянной, т.е. .

Рис. 13. К построению U - образных характеристик турбогенератора

Как показано на рис. 13, строится характеристика холостого хода (ХХХ). Под углом к оси ординат откладывается вектор тока мм (обозначен ). Вектор тока в масштабе соответствует номинальному току . Через точку проводится пунктирная горизонтальная линия АА. Этот же вектор откладывается до пересечения с горизонтальной пунктирной линией АА в точке . Рассчитываются вектора мм, соответствующие току нагрузки и откладываются до пересечения с горизонтальной линией АА в точках и . Вектор тока соответствует току нагрузки о. е. Из точки на оси ординат под углом 90⁰ к вектору тока () откладываются вектора мм - вектор и вектор под углом 90⁰ к вектору тока . Аналогично под углом 90⁰ к вектору тока откладываются вектор мм, под углом 90⁰ к вектору тока вектор мм под углом 90⁰ к вектору тока -вектор мм.

В качестве примера рассмотрим определение тока возбуждения , соответствующего номинальной нагрузке генератора при работе его в режиме перевозбуждения.

Вектор 02 соответствует ЭДС за индуктивным сопротивлением Потье. Через начало координат под углом 90⁰ к вектору проводится прямая линия . Через точку 2 (конца вектора ) проводится пунктирная горизонтальная линия до пересечения с ХХХ, а затем и вертикальная пунктирная линия до пересечения с осью абсцисс в точке . Радиусом проводится дуга до пересечения с линией в точке .

Вектор является током возбуждения при номинальной нагрузке при работе генератора в режиме перевозбуждения и составляет =111,02 мм. Аналогичными построениями определяются токи возбуждения

137,3 мм, 71,9 мм, 52,2 мм, 53,4 мм. Чтобы получить токи возбуждения в относительных единицах, необходимо полученные из построений значения токов возбуждения в миллиметрах поделить на масштаб токов

Токи нагрузки и соответствующие им значения тока возбуждения при работе генератора с постоянством активной мощности представлены в таблице 9.

Таблица 9

U-образная характеристика при активной мощности соответствует работе турбогенератора с коэффициентом мощности . Ток турбогенератора носит реактивный характер, а его величина зависит от суммы векторов , где -ЭДС генератора, -напряжение сети, причём ЭДС генератора и напряжение сети при находятся в противофазе.

Если напряжение сети остаётся постоянным и равным номинальному напряжению (), то ЭДС генератора в зависимости от тока обмотки возбуждения определяется по характеристике холостого хода. Ток генератора рассчитывается, как , где - синхронное индуктивное сопротивление, =1,45 о. е. (5.1.15).

Ток возбуждения ЭДС генератора и расчёты напряжения и тока генератора представлены в таблице 10.

Таблица 10

U-образные характеристики представлены на рис. 14 и построены на основании данных табл. 7 при и табл. 8 при .

Рис. 14 U-образные характеристики турбогенератора

При и токе возбуждения <1 (рис. 14) генератор работает в режиме недовозбуждения, а при токе - в режиме перевозбуждения. В режиме недовозбуждения генератор потребляет из сети реактивную мощность, а режиме перевозбуждения отдает её в сеть. По отношению к напряжению сети ток генератора в режиме недовозбуждения является индуктивным и носит отстающий характер, а в режиме перевозбуждения - ёмкостным и носит опережающий характер.

9.7 Построение характеристики коэффициента полезного действия

Характеристика КПД представляется зависимостью , где - полезная мощность турбогенератора. В относительных единицах . В пояснительной записке курсового проекта приводится зависимость при токах нагрузки . Одна из точек этой зависимости при токе получена при расчете коэффициента полезного действия генератора при номинальной нагрузке по формуле (8.3.14). Суммарные потери в турбогенераторе при номинальной нагрузке, рассчитанные по формуле 8.3.13, составляют

Обычно в расчетах зависимости потери подразделяют на постоянные, не зависящие от нагрузки, и переменные, зависящие от нагрузки. К постоянным потерям, так называемым потерям холостого хода, относят потери в железе и механические. К переменным потерям относят электрические потери мощности в обмотках генератора. За исключением механических потерь практически все потери, представленные в (9.2), зависят от нагрузки.

С изменением нагрузки изменяется магнитный поток машины. Косвенно изменение магнитного потока (индукции в железе магнитопровода) в зависимости от нагрузки, характеризуется коэффициентом , таблица 7. Потери в железе магнитопровода при постоянной частоте перемагничивания зависят квадратично от индукции, и, в зависимости от нагрузки, могут быть пересчитаны по формуле.

, Вт.

Электрические потери в обмотках зависят квадратично от токов в обмотках и пересчитываются по формулам:

в обмотке статора

, Вт,

в обмотке возбуждения

, кВт,

где - коэффициент, характеризующий изменение тока возбуждения в зависимости от нагрузки генератора, таблицы 7.

Суммарные потери

,

где - суммарные механические потери, =758834,3 Вт.

Полезная активная мощность турбогенератора пропорциональна току нагрузки, поэтому

,

где - номинальная мощность турбогенератора, кВт.

КПД генератора в зависимости от нагрузки

.

Расчеты КПД целесообразно свести в таблицу 11.

Таблица 11

Зависимость представлена на рис. 15. КПД у спроектированного турбогенератора достигает максимального значения 98,75% при номинальной нагрузке.

Рис. 15. Характеристика КПД турбогенератора

С помощью характеристики холостого хода и диаграммы Потье были построены следующие характеристики генератора: характеристики короткого замыкания, индукционная нагрузочная характеристика, внешняя характеристика, регулировочная, нагрузочная U-образная и характеристика КПД. Полученные зависимости совпадают с теоретическими, что свидетельствует о правильности построения характеристик и проектирования турбогенератора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проекта был рассчитан турбогенератор типа ТВ с номинальным напряжением 15,75 кВ, номинальной мощностью 60 МВт и номинальной частотой вращения 3000 об/мин, рассчитанный на подключение в сеть частотой 50 Гц.

При выборе основных размеров и проектировании обмоток статора и ротора все требуемые нормы были выдержаны, а необходимые условия выполнены.

В ходе электромагнитного расчёта все принятые индукции, магнитные напряжения и МДС отвечают предъявленным требованиям и находятся в соответствующих пределах либо отклоняются на незначительную величину.

Также в работе была построена диаграмма Потье, представляющая собой совмещение характеристики холостого хода и векторной диаграммы напряжения синхронного генератора, с помощью которой были построены основные характеристики турбогенератора. Полученные характеристики соответствуют теоретическим.

КПД спроектированного генератора имеет максимальное значение при номинальной нагрузке - 98,75%, что выше, чем у серийно производимых турбогенераторов (КПД=98,3%).

Таким образом, можно сделать вывод о верно рассчитанных и принятых значениях параметров проектируемого турбогенератора.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

1. Баклин В.С. Расчет двухполюсных турбогенераторов / Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 138 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л: Энергия, 1974. - 840 с.

3. Извеков В.И. Проектирование турбогенераторов: учеб. пособие для вузов / В.И. Извеков, Н.А. Серихин, А.И. Абрамов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 440 с.

4. Константинов Г.Г. Проектирование турбогенераторов : учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. изд. Иркутск: ИрГТУ, 2013. 232 с.

Размещено на Allbest.ru