книги из ГПНТБ / Данилевич, Я. Б. Добавочные потери в турбо- и гидрогенераторах

2.3. Магнитное поле в зазоре

Как указывалось выше, для уменьшения потерь в крайних]

50

тока в крайние пакеты, можно с достаточной точностью ограни­ читься средними значениями радиальных составляющих поля посередине ступенек.

Для мощных генераторов размеры ступенек в аксиальном на­ правлении относительно велики (рис. 2-5). Поэтому при опреде­ лении составляющих поля можно рассматривать каждую ступеньку в отдельности, не учитывая влияния соседних. В результате расчет

В2 для всей зоны крайних пакетов может быть сведен к определе­ нию Вг для ряда простейших конфигураций изменения зазора:

1)изменение зазора скачком (например, в области О АБС пакета / , рис. 2—5);

2)изменение зазора скачком при наличии радиального вентиля­

ционного канала (например, в области BCDEFG между I ж I I па­ кетами, рис. 2-5).

Расчетная схема для определения Bz при скачкообразном изме­

цовый шаг, a. D1 — диаметр расточки статора) мало.

Имеем (рис. 2-6)

52

где

выражение для суммарного потока Фг (на единицу длины) при нали­ чии одной или нескольких ступенек остается одинаковым и равным

На рис. 2-8 представлены кривые распределения В —f (z) на радиальных поверхностях ступенек (кривые 1), в зазоре (кривые 2 и 3) и на поверхности ротора (кривая 4).

53

Распределение радиальной составляющей By=j (z) на поверх­ ности каждой г'-й ступени определялось по следующим выраже­ ниям:

левая половина ступени 0 ^ ß ^ —û

тс L 0{ 5>+l h+i In 0-— 38 ( 2 Л )

9 мм, а кривая 3 — на 15 мм. Кривые выражены в тех же единицах, что и Bs=f (у). На этом же рисунке нанесена экспериментальная кривая, полученная сотрудниками ВНИИЭМ в воздушном зазоре в районе крайних пакетов сердечника статора для турбогенератора мощностью 500 Мвт в режиме холостого хода при номинальном напряжении статора. Исходя из кривых рис. 2-8, можно заметить,

сердечника статора.

2.4. Влияние основного магнитного потока на распределение электромагнитного поля

, Крайние пакеты сердечника статора подвергаются совместному воздействию основного и торцового полей. При распространении торцового потока в глубь крайнего пакета происходит наложение и пересечение двух переменных полей, отличающихся друг от друга по амплитуде и фазе. При этом эффект пересечения полей может быть учтен путем изменения кривой намагничения материала, а эф­ фект наложения — путем выбора граничных условий решения задачи о распространении магнитного поля в глубь сердечника статора.

Рассмотрим сначала влияние наложения двухполен.

В сильных магнитных полях модуль магнитной проницаемости, соответствующий первой гармонической напряженности магнит­ ного поля, практически равен магнитной проницаемости, определен­ ной по эффективному значению [66]. Это дает возможность пред­ ставить переменное во времени основное магнитное поле его эф­ фективным значением

54

где Ну — эффективное значение напряженности поля основного потока в активной зоне, величина которой зависит от режима ра­ боты турбогенератора; / {z)=Bv/B~ — определяется согласно вы­ ражениям раздела 2.3; Ѳ — угол, определяемый по диаграмме Потье и вводимый для определения части напряженности основ­ ного потока, синфазной с торцовым полем.

На эффективное значение основного поля с заданным законом изменения по оси z накладывается переменное торцовое поле.

Вдальнейшем приняты следующие основные допущения.

1.Не учитывается гистерезис, так как опытные исследования показывают, что при наложении двух полей узкая петля для маг-

никами при определении потерь с точностью до 2% можно прене­ бречь.

3. Затухание основного потока в пределах высоты зубцовой

ваксиальном направлении.

Сучетом принятых допущений задача о распространении пло­ ской электромагнитной волны торцового потока в нелинейной фер­

в котором// удовлетворяет уравнениям Максвелла с учетом нало­

ная величина), вводимая для характеристики основного потока; Ê=EX, H—H — результирующие значения напряженностей элект­ рического и магнитного полей в крайнем пакете при наложении тор­ цового и основного полей.

Можно показать (см. приложение 1), что между ом и заданным основным полем существует простая зависимость

В 2. 3 было показано, что радиальная составляющая индукции вдоль длины каждой ступеньки практически изменяется по закону, близкому к линейному:

55

где If — длина і-й ступеньки, В — максимальное значение радиаль­ ной составляющей индукции над і-й ступенькой.

Если р. представить, согласно [66], в виде

(2.14)

^ - ( 1 - г / г , с ) 2

ние основного поля вдоль длины ступеньки приводит к более рез­ кому затуханию напряженности торцового поля. Если выровнять распределение основного поля путем выполнения более длинных (в аксиальном направлении) ступенек или осуществления равно­ мерного скоса, то будет иметь место более глубокое проникновение торцового поля с меньшей величиной и, следовательно, более рав­ номерное распределение потерь в крайнем пакете.

Распределение аксиальной составляющей индукции по глу­ бине пакета носит более плавный характер, чем распределение напряженности магнитного поля.

Врежимах недовозбуждения происходит ослабление основного

ивозрастание торцового полей. Из рис. 2-9 следует, что ослаб-

56

ление основного поля при одном и том же торцовом приводит к бо­ лее резкому затуханию торцового поля. В этом случае область вы­ деления потерь уменыпаетсях, что создает повышенные местные на­ гревы. Сравнение кривых 3 и 4 (рис. 2-9) показывает, что затухание торцового поля в различных сечениях по высоте крайнего пакета происходит с различной крутизной. Затухание поля в ярме имеет более пологий характер, и, следовательно, местные нагревы в нем

0.2

0.1

будут меньше. Качественно этот вывод подтверждается данными

500 Мвт в режимах частичной нагрузки при работе с costp=0.845 и cosip=0.988. Изменение основного поля рассчитывалось по диа­ грамме Потье по эдс на зажимах генератора, а величина Вг0 на поверхности крайнего пакета — по методике, изложенной в 2.2. Из рис. 2-10 следует, что увеличение В.0 при одновременном умень­

Взаимное пересечение основного и торцового магнитных полей приводит к уменьшению магнитной проницаемости по оси z и

57

почти не изменяет магнитную проницаемость по оси у. Для оценки возможных изменений определим магнитные характеристики по заданной основной кривой намагничивания (рис. 2-11, кривая 1). Если считать крайний пакет однородным и изотропным, то

150

100

50

Рис . 2-11. Кривые намагничивания стали марки ЭЗЗО при наличии пересе­ кающихся торцового н основного полей.

На рис. 2-11 с использованием (2.18) и (2.19) для стали марки ЭЗЗО рассчитаны кривые намагничивания и магнитные проницае­ мости при различных величинах пересекающихся полей. Сравне­ ние кривых показывает, что при наличии пересекающихся полей Ву и Вг значительно уменьшаются соответствующие значения

58

Для определения электромагнитного поля в крайнем пакете по (2.16) с учетом эффекта пересечения торцового и основного полей магнитную проницаемость по глубине крайнего пакета сле­ дует определять по действующему значению напряженности маг­ нитного поля

И = V[Hff(z) cos ejü + fl^. (2. 20)

В случае длинных ступенек (равномерный скос) можно полагать H =const и влияние пересекающихся полей учитывать с помощью рис. 2-11, а.

2.5. Добавочные потери в зубцах

Вопрос о расчете доба­ вочных потерь в зубцах крайнего пакета рассма­ тривался рядом авторов ([161 ] и др.). Однако, в си­ лу принятых допущений, разработанная этими авто­ рами методика не обеспе­ чивает необходимой точно­ сти расчета потерь.

ным ширине зубца. В этом случае глубина проникновения в край­ ний пакет сердечника оказывается пропорциональной b/'IrJi \/а.х, где ах — р-х/Нѵ, что искажает физическую картину, приводя к быстрому затуханию торцового потока.

Ниже предпринята попытка решения задачи о проникновении торцового потока в крайний пакет сердечника с учетом конечной ширины зубца и основного потока. При этом для учета конечных размеров зубца крайнего пакета нелинейная зависимость (*=/ (Н)

59