РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА РАСЧЁТА И ИССЛЕДОВАНИЙ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В КОНЦЕВОЙ ЗОНЕ МОЩНЫХ
ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
2.1. Магнитные поля в концевой зоне ТГ и учёт их при проектировании
Ни один из вопросов конструирования концевой зоны ТГ не может быть
удовлетворительно решён без учета действия полей рассеяния. Так как эти поля
существенно влияют на некоторые элементы и узлы концевой зоны ТГ, то коротко
остановимся на роли этих деталей.
Назначение отдельных элементов таково, что нажимная плита СС передаёт
прессующее усилие на всю ТЧ СС через НП. При увеличении угла отгиба лобовых
частей имеет место приближение лобовых частей обмотки к нажимной плите. При
этом величина потерь в плите резко меняется в сторону увеличения. Поэтому
необходимо максимально удалять массивные элементы конструкции типа нажимной
плиты от лобовых частей обмотки, стремясь к простым геометрическим формам плиты
и к минимальному углу отгиба лобовых частей. Экранирующих устройств
используется два вида: 1) ЭЭ из медных или алюминиевых дисков, выполняющие роль
отражателей магнитного потока; они усиливают экранирующее действие нажимной
плиты с целью защиты КП СС; 2) магнитные экраны (шунты), чаще всего набираемые
из тонколистовой стали, служат для канализации магнитного потока. Из-за
необходимости снижения добавочных потерь и нагрева, вызываемых потоками
рассеяния, КП СС мощных ТГ конструктивно отличаются от остальных пакетов. Это
такие особенности как устройство рассечек, продольных пазов и каналов в зубцах
КП, а так же усиление охлаждения зоны КП. Целесообразность рассмотрения
магнитных полей с точки зрения развития и обоснования теоретических и расчётных
моделей концевой зоны ТГ представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Влияние магнитных полей в концевой зоне на
показатели работы турбогенератора
Магнитное поле в КЧ ТГ возбуждается системой токов лобовых частей обмоток
статора и ротора. Существенное влияние на закономерности распределения поля
оказывают конфигурация и электромагнитные параметры материала конструктивных
деталей, окружающих лобовые части обмоток. Трёхмерный характер магнитного поля
и добавочных потерь в конструктивных деталях, окружающих лобовые части обмоток,
и обуславливает необходимость применения тех или иных упрощающих предположений.
Очевидно, что при расчёте магнитных полей непосредственно в зоне лобовых частей
обмоток, их сложную форму нужно учитывать достаточно точно. Однако, при расчёте
поля на поверхностях конструктивных деталей, обычно находящихся на некотором
удалении от лобовых частей обмоток, нет необходимости в строгом учёте
конфигурации лобовых частей обмоток и конструктивных деталей.
Магнитное поле, возбуждаемое произвольной ограниченной в пространстве системой
токов, расположенных над плоской поверхностью раздела двух сред с различными
электромагнитными свойствами, можно определить интегрированием системы
уравнений Максвелла:
(2.1)
, (2.2)
где и - напряженности электрического и магнитного полей соответственно; -
плотность стороннего электрического тока; - угловая частота; и - соответственно
проводимость и магнитная проницаемость.
Магнитное поле в концевой зоне ТГ имеет сложный трёхмерный характер
[122,127,128]. Связь его отдельных составляющих с основными составляющими токов
лобовых частей и основным магнитным потоком показана на рис 2.2.: - основной
магнитный поток; - поток рассеяния лобовых частей обмотки статора, созданный
аксиальной составляющей МДС лобовых частей и замыкающийся вокруг проводников
обмотки; - так же создаётся, а пронизывает конструктивные элементы концевой
зоны; - поток, который
Рис. 2.2. Схема магнитных потоков в районе лобовых частей обмотки статора и
ротора ТГ, возникающих от аксиальных (а) и тангенциальных (б) токов.
создаёт аксиальная составляющая МДС ротора, замыкающийся вокруг проводников
лобовых частей обмотки ротора; - создаётся так же как , а замыкается через
элементы торцовой части СС. Тангенциальные составляющие МДС статора и ротора
создают потоки и , проникающие в неподвижные относительно поля конструктивные
элементы, а так же потоки и замыкающиеся в зоне обмоток.
Потоки и в тангенциальном направлении, т.е. вдоль бегущего поля совпадают по
фазе при сдвиге на угол составляющих МДС аксиальных и тангенциальных токов.
Потоки статора и ротора в некоторых областях концевой зоны суммируются, причём
результирующее поле зависит от токовых нагрузок статора, ротора и . Основной
областью, подвергающейся воздействию результирующего торцевого потока лобовых
частей, является область КП и нажимных пальцев СС. АСМП в этой области в
режимах недовозбуждения увеличивается. Суммирование потоков происходит в
пространстве между лобовыми частями обмоток статора и ротора, в зоне
центрирующего кольца ротора и других элементов, примыкающих к ротору. При
больших токовых нагрузках в ТГ существенными являются потоки рассеяния и нагрев
элементов, примыкающие к концевой части ротора при изменении ТГ. Вблизи
воздушного зазора ТГ имеется большой аксиальный поток, обусловленный
выпучиванием поля в зазоре. При этом основной поток выпучивается в концевую
зону. Этот поток возрастает с увеличением зазора и его магнитного напряжения.
Значительная неравномерность распределения поля в концевой части, его
концентрация и потери в отдельных зонах требуют тщательного изучения этих
явлений применительно к каждой конкретной конструкции ТГ. Поле у большинства
поверхностей конструктивных деталей изменяется синусоидально с основной
частотой. А влияние высших гармонических значительно только в зубцовой зоне СС
и вблизи обмотки. Из о
- Київ+380960830922