Конструкции синхронных генераторов. Подвижная часть электрического генератора

Неподвижная часть - генератор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Неподвижная часть - генератор

Cтраница 1

Неподвижная часть генератора - статор - снабжен обмотками проводов. [2]

Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную - ротором. Ротор генератора 3 представляет собой вращающийся электромагнит с полюсными наконечниками ( заштрихованы) в виде сегментов. Число магнитных полюсов ротора-индуктора равно или кратно двум. Обмотку возбуждения 4 электромагнита укрепляют в пазах ротора, она охватывает собой основания полюсных наконечников, полярность которых зависит от направления укладки этой обмотки ( по направлению движения часовой стрелки или против него), поскольку направление тока в обмотке возбуждения постоянно. Концы обмотки возбуждения подключают к двум изолированным кольцам 5, насаженным на вал ротора. При вращении ротора каким-либо двигателем вместе с ротором вращается и создаваемое им магнитное поле. Поэтому магнитный поток, охватываемый обмоткой ( якорем), вложенной в пазы статора, изменяется. [3]

При этом в неподвижной части генератора - статоре возникает электрический ток, являющийся конечным продуктом технологического процесса тепловой электростанции. [4]

При вращении ротора возникает переменная ЭДС индукции в обмотках, расположенных в неподвижной части генератора - в статоре. Для увеличения ЭДС индукции используется обмотка статора с большим числом витков. Для увеличения магнитного потока эту обмотку наматывают на стальной сердечник и зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. [5]

К концам проводника припаяны кольца, от которых ток перейдет к неподвижным щеткам ( деталям, служащим для передачи тока от неподвижных частей генератора к движущимся) и далее во внешнюю цепь к потребителям. [7]

Концы роторной обмотки присоединены к вращающимся кольцам, укрепленным на валу ротора. На неподвижной части генератора - статоре - укреплены контактные щетки, скользящие вдоль вращающихся колец и подключенные к линии передачи, соединяющей генератор с потребителями электроэнергии, например с лампами накаливания. [9]

В современных генераторах переменного тока большой мощности индуктор представляет собой сильный электромагнит и является ротором, а якорь представляет собой обмотку, состоящую из большого числа витков изолированного провода, вложенных в пазы сердечника, который набран из листов электротехнической стали. Якорь является неподвижной частью генератора - статором. [11]

Рассмотрим устройство простейшего генератора переменного тока. Индуктор представляет собой магнит, который является неподвижной частью генератора - статором, и служит для создания магнитного поля. Якорь представляет собой рамку ACDB изолированного провода, закрепленную на оси, и является ротором. [13]

Страницы: 1

www.ngpedia.ru

Подвижная часть электромотора 5 букв

Электрический генератор с неподвижным ротором. Общая схема, особенности конструкции. - Из Сети - Каталог статей

Основные особенности и конструктивная схема подобных генераторов.

Общая схема данного генератора затрагивалась на форуме фирмы "Скиф" и на некоторых других. В основе данной конструкции лежит принцип модуляции суммарного магнитного поля трех постоянных магнитов, средним магнитом, в качестве которого выступает электромагнит. Сам принцип данной модуляции рассмотрен на предыдущей странице, поэтому в основном будут рассматриваться особенности его применения в данной конструкции генератора. Применение постоянных магнитов позволяет достичь снижения энергетических затрат при генерации электрической энергии. Магнитная система данного генератора представляет в общем виде "крест в кольце", где одна из перекладин креста представляет собой постоянные магниты, а другая - электромагнит управления, катушка которого может быть разбита на две части или использоваться в виде единой катушки. Кольцо представляет собой магнитопровод с низкими потерями на вихревые токи, на котором располагаются 4 рабочих обмотки (выходные обмотки), соединение которых осуществляется попарно. Выходное напряжение имеет удвоенную частоту по отношению к частоте тока, питающего электромагнит управления.

Рис 1. На данном рисунке показан общий принцип и распределение магнитного поля в подобной конструкции (на примере прямоугольного магнитопровода).

Рис 2.

Рис 3. На данных рисунках показано как происходит распределение магнитного потока при изменении управляющего потока.Рис 4. Показано, что при правильном подборе параметров и размеров магнитной системы, и соответственно - параметров магнитов, можно добиться полного перераспределения магнитных потоков по секторам кольцевого магнитопровода, на котором располагаются обмотки "статора".

Особенности работы данной схемы генератора.

Если при работе обычного генератора (с вращающимся ротором) неизменный магнитный поток ротора (постоянные магниты или электромагнит), вращаясь от приводного внешнего двигателя, периодически изменяет магнитный поток в статорных обмотках, наводя в них ЭДС, и при увеличении токов нагрузки, увеличивается противодействующий момент вращению ротора, поэтому кроме увеличения тока возбуждения, увеличиваются и механические затраты со стороны приводного двигателя. В случае с неподвижным ротором - отсутствуют потери на трение и отсутствует противодействующий вращательный момент приводного двигателя, но это не значит, что увеличение тока нагрузки не будет приводить к увеличению тока управления. По сути это особый вид трансформаторного преобразователя с дополнительной подпиткой от магнитного поля постоянных магнитов. В процессе преобразования входного переменного тока происходит удвоение частоты выходного тока. Поскольку магнитное поле постоянных магнитов не меняет своего направления, а происходит только периодическое перераспределение его по секторам кольца, она активно работает, давая свой "вклад" в генерацию ЭДС. Магнитный поток управляющей или первичной обмотки электромагнита, меняет знак, т.е. происходит процесс аналогичный процессу простого трансформатора. КПД трансформаторного преобразования достаточно велико. Другими словами, мы получили трансформатор-удвоитель частоты с повышенным КПД, или если говорить точнее с дополнительной подпиткой от энергии постоянных магнитов. Что в конечном итоге это дает? Получается, что входная мощность, как минимум, меньше выходной. Превышение выходной мощности над входной происходит за счет энергии постоянных магнитов, которые в отличии от привычной схемы генерации неподвижны. Точные параметры и нагрузочные характеристики будут приведены позднее. Дополнительные возможности данного генератора можно получить применив для кольцевого сердечника статора магнитные материалы с особыми свойствами.

Вариант конструктивной схемы и расположение обмоток данного генератора.Рис 5. Магнитно-трансформаторный преобразователь Вариант конструктивной схемы и расположение обмоток данного генератора, где:

п.1 и п. 2 - постоянные магниты, п. 9 и п. 10 - обмотки управления, т.е. первичная обмотка, которая создает суммарный с постоянными магнитами поток, который в свою очередь в зависимости от силы и направления управляющего (модулирующего) магнитного потока, перераспределяется по внешнему кольцевому магнитопроводу, (п. 7). Обмотка управления (первичная), т.е. две ее части расположены на сердечнике из ферримагнетика (или допустимо из ферромагнетика с небольшим гистерезисом), (п. 8). Аналогичный магнетик применяется и как материал для внешнего кольца, (п. 7). На данном кольцевом магнитопроводе (п. 7), который в сечении представляет прямоугольник, расположены выходные обмотки (т.е. рабочие обмотки, п. 3, 4 , 5 и 6), соединяются они попарно, т.е. W01-W02, и W03-W04, частота входного тока, генерируемая этими обмотками, удвоенная, по отношению к току первичной (обмотка управления, п. 9, 10). Ток, питающий первичную обмотку (входной ток), в простейшем случае может быть синусоидальным. Форма кривой входного тока может быть различной, все зависит от требуемой формы выходного тока или назначения данного магнитно-трансформаторного преобразователя. То же самое относится и к количеству витков выходных обмоток (W01-W04). Коэффициент "усиления" по мощности (превышение выходной над входной) может составлять (до превышения максимальной, определяемой параметрами устройства) от 2 до 2,5. Другими словами, один киловатт входной мощности позволяет получить на выходе два и более киловатт. К недостаткам устройства можно отнести следующее: удвоение частоты выходного напряжения, некоторую сложность изготовления магнитопроводов и обмоток, необходимость компенсационных обмоток для задания необходимой нагрузочной характеристики. Максимальная мощность определяется в основном энергией применяемых постоянных магнитов, от параметров которых зависят все остальные. Для создания трехфазного тока, можно применить либо 3 подобных преобразователя (питание управляющих обмоток синхронизировано), либо аналогичную конструкцию, изготовленную в трехфазном варианте.

Продолжение . . .

rakarskiy.narod.ru

Конструкции синхронных генераторов

Фактически вся промышленная электрическая энергия в стране вырабатывается на тепловых (ТЭС), гидравлических (ГЭС) и атомных (АЭС) электростанциях. В разных странах доля электроэнергии, производимой на различного вида электростанциях, неодинакова. В России в настоящее время тепловые электростанции дают примерно (69—70) %, атомные и гидравлические — по 15 % общего количества электроэнергии. Стоимость единицы вырабатываемой электроэнергии на каждом из этих трех видах станций может резко различаться. Различны капитальные затраты при их сооружении, расходы на эксплуатацию, уровень автоматизации, степень надежности, зависимость от сезона и особенностей их климатического и географического расположения и многих других обстоятельств. Объединяет их только одно. Они обязаны вырабатывать ток стандартной частоты 50 периодов в секунду, или 50 Гц, необходимого уровня напряжения для той сети, к которой присоединяются электрические машины, работающие в режиме генераторов переменного тока, установленных на каждой из станций. Абсолютное равенство частот напряжения сотен одновременно работающих генераторов может быть обеспечено только одним — специальным типом этих электрических машин — синхронными генераторами, т.е. работающими одновременно, в ритме единого времени, со строго определенными частотами вращения своих подвижных частей, называемых роторами.

Следует отметить, что все электрические машины обладают свойством обратимости. Любой электрический генератор может работать как двигатель, т.е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. На каждой электростанции установлено большое число электродвигателей, удовлетворяющих собственные нужды станции.

Синхронные генераторы (СГ), предназначенные для преобразования механической энергии паровой, газовой или гидравлической турбины, вращающей ротор СГ, в электрическую энергию, имеют неподвижную часть, называемую статором.

Подвижная часть генератора (ротор) может быть выполнена с сосредоточенной обмоткой. В этом случае ротор и сам генератор называются явнополюсными. Если обмотка ротора является распределенной, ротор и генератор называются неявнополюсными.

На рис. 7.1 схематично показано поперечное сечение синхронной явнополюсной машины с четырьмя полюсами на роторе 2 чередующейся полярности N-S-N-S. Сосредоточенная обмотка возбуждения 4, размещенная на роторе, обтекается постоянным током, возбуждающим магнитное поле ротора. Ротор приводится во вращение источником механической энергии. Чаще всего — это паровая, газовая или гидравлическая турбина, создающая механический вращающий момент. Частота вращения турбины может быть различной — в диапазоне от десятков до сотен и даже тысяч оборотов в минуту: ниже для гидравлических турбин и выше для остальных видов. Постоянный ток на вращающуюся обмотку возбуждения 4 подается через контактные кольца 5. При вращении ротора магнитное поле обмотки возбуждения перемещается относительно неподвижной обмотки статора 3, размещенной в пазах сердечника статора 1, что вызывает (индуктирует) в обмотке электродвижущую силу (ЭДС). Частота ЭДС f1 равна произведению частоты вращения ротора n2 в оборотах в секунду на число пар полюсов ротора р (на рис. 3.1 p = 2, т.е. число полюсов 2р = 4), отсюда

Синхронные генераторы, вращаемые паро- и газовыми турбинами, называются турбогенераторами, а вращаемые гидравлическими турбинами — гидрогенераторами.

Большинство турбогенераторов страны имеют число пар полюсов равное единице, значит для сети 50 Гц n2 = f1/р = 50 об/с или n2 = 60f1/р = 3000 об/мин. Для стран, где принята частота напряжения 60 Гц (США, Япония и др.), частота вращения ротора составит 3600 об/мин. Для генераторов с большим, чем единица, числом пар полюсов частота вращения роторов будет частным от деления 3000 (или 3600) на число пар полюсов, об/мин:

1500, 1000, 750, 600 и т.д. (для 50 Гц)

или

1800, 1200, 900, 720 и т.д. (для 60 Гц).

Внешний вид явнополюсного ротора (2р = 12) и его поперечный разрез представлены на рис. 7.2 и рис. 7.3.

Неявнополюсный ротор, у которого обмотка возбуждения не сосредоточенная, а распределенная по пазам, показан на рис. 7.4 и 7.5.

Такие роторы характерны для турбогенераторов, при этом число пар полюсов равно единице, реже — двум. Явнополюсная синхронная машина, приводимая во вращение гидравлической турбиной, т.е. гидрогенератор (рис. 7.6), чаще всего имеет вертикально ориентированный вал и «подвешена» на подпятник, воспринимающий не только массы генератора, гидротурбины, но и осевое давление воды на лопасти гидротурбины.

Турбогенератор, вращаемый паровой или газовой турбиной, имеет горизонтально расположенный вал (рис. 7.7), опирающийся на два подшипника скольжения.

Разрезы гидро- и турбогенераторов приведены на рис. 7.8 и 7.9.

Масса электрической машины возрастает с уменьшением частоты ее вращения. Гидрогенераторы имеют частоту вращения примерно в 6—60 раз меньшую, чем турбогенераторы. Эта разница обусловлена различием типов применяемых в этих машинах паровых, газовых и гидравлических турбин, а также зависит от характера используемых для ГЭС водных источников (расход воды, уклон водопотока, рельеф местности при учете экономической целесообразности эксплуатируемой зоны). Из-за более низких частот вращения гидроагрегатов общие массы гидрогенераторов достигают 1,5—2 тыс. т и в несколько раз превышают массы аналогичных по мощности турбогенераторов, делая невозможным применение горизонтального расположения валов с более простыми подшипниками скольжения.

Диаметры роторов турбогенераторов на 3000 об/мин не превышают 1,1—1,25 м при длине ротора до 8 м. Роторы гидрогенераторов достигают в диаметре 15—20 м при длине до 5 м.