Синхронный генератор, устройство, охлаждение, система возбуждения, регулирование частоты сетевого напряжения, способы включения генераторов в энергосистему. Устройство генератора синхронногоустройство и принцип действия, характеристики синхронного генератора, включение синхронных генераторов на параллельную работу с сетью, синхронные двигатели и компенсаторы.Синхронные машины (СМ) используют главным образом в качестве источников электрической энергии переменного тока. Их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанциях и транспортных установках (тепловозах, автомобилях, самолетах). Конструкция синхронного генератора (СГ) определяется в основном типом привода. В зависимости от этого различают турбогенераторы (приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами), гидрогенераторы (приводятся во вращение гидротурбинами) и дизель-генераторы (приводятся во вращение двигателями внутреннего сгорания). СМ также могут использоваться и в качестве электродвигателей для механизмов, работающих при постоянной частоте. Для улучшения коэффициента мощности сети и компенсации реактивной мощности с целью регулирования ее напряжения применяют синхронные компенсаторы (СК). Устройство и принцип действия. Ротор синхронной машины вращается с той же скоростью и в том же направлении как и вращающееся магнитное поле. Статор СМ 1 (рисунок 6.15) имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины.
Рисунок 6.15 – Схема синхронной машины Обмотка статора синхронной машины 3 может выполнятся как трехфазной, так и с другим числом фаз, ее называют обмоткой якоря. Число полюсов оботок статора и ротора одинаковое. Сердечник статора с обмоткой называют якорем. На роторе 2 располагается обмотка возбуждения 4, она питается постоянным током от постороннего источника посредством двух контактных колец и щеток. Источник питания обычно называют возбудителем. Им может быть генератор постоянного тока небольшой мощности, расположенный на одном валу с синхронной машиной. Обмотка возбуждения предназначена для создания первичного магнитного поля. Ротор с обмоткой возбуждения называется индуктором. Если ротор СМ возбудить и привести во вращение со скоростью n2, то поток возбуждения Ф будет пересекать проводники обмотки статора, в результате чего в ее фазах будут индуцироваться ЭДС с частотой
ЭДС статора составляют симметричную трехфазную систему ЭДС, и при подключении к обмотке статора симметричной нагрузки эта обмотка нагрузится симметричной системой токов. Такой режим называют генераторным. В этом случае обмотка статора создает магнитное поле, вращающееся в направлении вращения ротора со скоростью
Из (6.24) и (6.25) следует
Поля статора и ротора создают общее вращающееся поле, вращаясь при этом с одинаковой скоростью, т.е. синхронно. Поле статора (якоря) оказывает воздействие на поле ротора, и называемое полем реакции якоря. Если подвести к обмотке СМ трехфазный ток из сети в результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора последний придет во вращение. Направление и скорость вращения ротора будут такие же как и у поля статора. В этом случае СМ будет работать в двигательном режиме. По конструкции ротора СМ подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные (рисунок 6.16). Явнополюсные имеют выступающие полюсы и изготовляются с числом полюсов 2р > 4. Неявнополюсные имеют цилиндрический ротор, выполняемый обычно из массивной стальной поковки. В роторе фрезеруются пазы для укладки обмотки возбуждения. Эти машины выпускаются с числом полюсов 2р = 2 и 2р = 4 и имеют поэтому большие скорости вращения (1500, 3000 об/мин). При таких скоростях применение явнополюсных машин невозможно по условиям обеспечения необходимой механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения.
а) б) Рисунок 6.16 – Роторы синхронных неявнополюсной (а) и явнополюсной (б) машин: 1 – сердечник ротора, 2 – обмотка возбуждения В полюсных наконечниках синхронного двигателя (СД) с явнополюсным ротором размещают стержни пусковой обмотки (рисунок 6.17), выполненной из латуни. Такую же обмотку из медных стержней применяют в синхронных генераторах, она называется демпферной (успокоительной), т.к. обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих в переходных режимах.
Рисунок 6.17 – Устройство пусковой обмотки в синхронных двигателях: 1 – полюсы ротора, 2 – короткозамыкающие кольца, 3 – стержни «беличьей клетки», 4 – полюсные наконечники В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают системы независимого и самовозбуждения. В первом случае для питания обмотки возбуждения используют установленный на валу ротора СМ генератор постоянного тока, либо отдельный генератор, приводимый во вращение синхронным двигателем. При самовозбуждении питание обмотки возбуждения осуществляется через выпрямитель от обмотки якоря. Характеристики синхронного генератора. Основными характеристиками, определяющими свойства синхронного генератора, являются внешние и регулировочные. Внешние характеристики представляют собой зависимости напряжения U от тока нагрузки Iа. При этом неизменными остаются: ток возбуждения Iв, угол φ, частота f1 (постоянная частота вращения ротора n2). На рисунке 6.18 представлены внешние характеристики СГ при постоянном напряжении Uном для различных видов нагрузки. На рисунке ΔU представляет собой снижение напряжения при переходе от холостого хода к номинальному режиму.
Рисунок 6.18 – Внешние характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки Регулировочные характеристики представляют собой зависимости тока возбуждения Iв от тока нагрузки Iа. При этом неизменными остаются: напряжение U, угол φ и частота f1 (рисунок 6.19). Данные характеристики демонстрируют, каким образом необходимо изменять ток возбуждения СГ, чтобы при изменении тока нагрузки напряжение оставалось неизменным. Очевидно, что при φ > 0 необходимо увеличивать ток возбуждения, а при φ < 0 – уменьшать его.
Рисунок 6.19 – Регулировочные характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки Включение синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. На каждой электрической станции обычно бывает установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу в общую сеть. В современных энергосистемах на общую сеть, кроме того, работает целый ряд электростанций, и поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Благодаря этому достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного н ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурса ми сезонного характера и другие выгоды. Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты. Поэтому они должны вращаться строго в такт, или, как говорят, синхронно. Условия синхронизации генераторов. При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на холостом ходу перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора. Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при соблюдении следующих требований: 1) напряжение включаемого генератора U должно быть равно напряжению сети U или уже работающего генератора; 2) частота генератора f, должна равняться частоте сети; 3) чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково; 4) напряжения UГ, и UС должны быть в фазе. Синхронные двигатели и синхронные компенсаторы. Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosφ = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях. Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, а у асинхронного двигатели U2. Поэтому при понижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую нагрузочную способность. Кроме того, использование возможности увеличения тока возбуждения синхронных двигателей позволяет увеличивать надежность их работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом. Вследствие большого воздушного зазора добавочные потери в стали в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем АД, благодаря чему КПД синхронных двигателей обычно выше. С другой стороны, конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, и, кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей также сложнее. Тем не менее, их целесообразно применять всюду, где не требуется частых пусков и остановок и регулирования скорости вращения. Широко применяется асинхронный пуск синхронного двигателя, когда невозбужденная машина подключается к сети и ее скорость достигает почти синхронной скорости подобно асинхронному двигателю. Далее двигатель втягивается в синхронизм. Рабочие характеристики СД представлены на рисунке 6.20.
Рисунок 6.20 – Рабочие характеристики синхронного двигателя СД не имеет начального пускового момента. При подключении к сети СД с неподвижным ротором при наличии постоянного тока в обмотке возбуждения электромагнитный момент за один период изменит свое направление дважды. Следовательно, средний за период момент будет равен нулю. Т.к. ротор обладает некоторой инерцией, он не будет успевать разнонятся за пол периода до синхронной частоты вращения, т.е. двигатель не придет во вращение. Таким образом, для пуска синхронного двигателя необходимо помощью внешнего момента разогнать ротор до частоты вращения, близкой к синхронной. Учитывая, что частота вращения СД равна Синхронный двигатель, работающий на холостом ходу (без нагрузки), представляет собой синхронный компенсатор; при этом ток в обмотке якоря имеет практически только реактивную составляющую. Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность. В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. В этих случаях синхронные компенсаторы работают в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность. Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует его ток возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.
Выводы по лекции К основным типам вращающихся машин относят асинхронные, синхронные и машины постоянного тока. Любая машина обратима, т.е. может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Наиболее распространенными являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В случае необходимости необходимости частых пусков, плавного регулирования скорости вращения в широком диапазоне, используют двигатели постоянного тока. Синхронные компенсаторы, представляющие собой синхронные двигатели, работающие на холостом ходу, применяют для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения. Вопросы для самопроверки 1 Поясните устройство асинхронной машины. 2 Поясните принцип действия асинхронного двигателя. 3 Что такое скольжение? 4 Назовите и изобразите графики известных вам характеристик асинхронного двигателя. 5. Какие способы пуска асинхронного двигателя вы знаете? 6 Какие существуют способы регулирования частоты вращения асихнонных двигателей? Кратко охарктеризуйте каждый из них. 7 Перечислите основные элементы конструкции машины постоянного тока. 8 Поясните принцип действия машины постоянного тока? 9 Какие режимы работы машины постоянного тока вы знаете? 10 Как классифицируются генераторы постоянного тока по способу возбуждения? 11 Какие способы используют для пуска двигателя постоянного тока? 12 Перечислите способы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока. Поясните кратко каждый из них. 13. Назовите и изобразите графики известных вам характеристик двигателя постоянного тока. 14 Что называют коммутацией в машинах постоянного тока? Как ее улучшить? 15 Поясните устройство и принцип действия синхронной машины. 16 Назовите и изобразите графики известных вам характеристик синхронного генератора. 17 Перечислите требования для включения генератора на параллельную работу с сетью. 18 В чем заключаются преимущества и недостатки использования синхронного двигателя по сравнению с асинхронным? lektsia.com Устройство и принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя.Устройство и принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя. Статор 1 СМ выполнен так же как и асинхронной: на нем расположена трехфазная (в общем случае многофазная) обмотка 3. Обмотку ротора 4, питаемую от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения, так как она создает в машине магнитный поток возбуждения. Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником пост. тока посредством контактных колец 5 и щеток 6. При вращении ротора с частотой n2 поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в ее фазах переменную ЭДС Е, изменяющуюся с частотой f1=pn2/60. Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то проходящий по этой обмотке многофазный ток Ia создает ВМП, частота вращения которого n1=60f1/p. Следует, что n1=n2 , т.е. что ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Поэтому рассматриваемую машину называют синхронной. Результирующий магнитный поток ФРЕЗ синхронной машины создается совместным действием МДС обмотки возбуждения и обмотки статора, и результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор. В СМ обмотку, в которой индуцируется ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения –индуктором. Следовательно, статор является якорем, а ротор –индуктором. СМ может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к ней нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При работе параллельно с сетью она может отдавать или потреблять электроэнергию, т.е. работать генератором или двигателем. При подключении обмотки статора к сети с напряжением U и частотой f1 проходящий по обмотке ток создает, так же как в асинхронной машине, ВМП. В результате взаимодействия этого поля с током, проходящим по обмотке ротора, создается электромагнитный момент М, который при работе машины в двигательном режиме является вращающим, а при работе в генераторном режиме –тормозным. Поток возбуждения (холостого хода) создается обмоткой постоянного тока, расположенной обычно на роторе. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой вращения n1=n2 независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки. Т.о., для установившихся режимов работы СМ характерны следующие особенности: а) ротор машины, вращается с постоянной частотой , равной частоте ВМП, т.е. n1=n2; б) частота изменения ЭДС Е, индуцируемой в обмотке якоря, пропорциональна частоте вращения ротора в) в установившемся режиме ЭДС в обмотке возбуждения не индуцируется; МДС этой обмотки определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы машины.
Характеристики синхронного генератора. Внешние характеристики Зависимости напряжения U от тока нагрузки Iа при неизменных токе возбуждения IВ, угле φ и частоте f1 (постоянной частоте вращения ротора n2) называют внешними характеристиками генератора. Их можно построить с помощью векторных диаграмм. Допустим, что при номинальной нагрузке Iа ном генератор имеет номинальное напряжение UНОМ, что достигается путем соответствующего выбора тока возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до нуля напряжение генератора становится равным ЭДС холостого хода E0. Следовательно, векторная диаграмма построенная при номинальной нагрузке, сразу дает две точки внешней характеристики. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т.е. от угла сдвига фаз φ между U и Ia, т.к. в зависимости от этого изменяется вектор Е0 (при заданном значении U=UНОМ). На рис. 6.27 показаны упрощенные ВД генератора с неявно выраженными полюсами для активной (а), активно-индуктивной (б) и активно-емкостной (в) нагрузок. При активной и активно-индуктивной нагрузках ЭДС Е0>U; при активно-емкостной нагрузке ЭДС Е0<U. Таким образом, в первых двух случаях при увеличении нагрузки напряжение генератора уменьшается, в третьем – увеличивается. Это объясняется тем, что при активно-емкостной нагрузке имеется продольная намагничивающая составляющая реакции якоря, а при активной и активно-индуктивной нагрузках – продольная размагничивающая составляющая (при чисто активной нагрузке угол ψ>0).
Синхронные компенсаторы Синхронные компенсаторы предназначены для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность. В периоды спада нагрузок нередко возникает необходимость работы компенсаторов в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, т.к. в этом случае напряжение стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами. Для этого СК снабжают автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.
СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ. Синхронная машина, не несущая активной нагрузки и загруженная реактивным током, называется синхронным компенсатором. Такие компенсаторы применяются для повышения коэффициента мощности и поддержания нормального уровня напряжения в сетях. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность. В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность так как в этих случаях напряжения сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует его ток возбуждения так, что напряжения на зажимах компенсатора остается постоянным. Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и с точки зрения режима своей работы, в сущности, являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу. Мощные компенсаторы имеют водородное охлаждения. Так как синхронные компенсаторы не развивают активной мощности, то вопрос о статической устойчивости работы для них теряет остроту. Поэтому они изготавливаются с меньшим воздушным зазором, чем генераторы и двигатели. Уменьшение зазора позволяет облегчить обмотку возбуждения и удешевить машину.
Устройство и принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя. Статор 1 СМ выполнен так же как и асинхронной: на нем расположена трехфазная (в общем случае многофазная) обмотка 3. Обмотку ротора 4, питаемую от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения, так как она создает в машине магнитный поток возбуждения. Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником пост. тока посредством контактных колец 5 и щеток 6. При вращении ротора с частотой n2 поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в ее фазах переменную ЭДС Е, изменяющуюся с частотой f1=pn2/60. Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то проходящий по этой обмотке многофазный ток Ia создает ВМП, частота вращения которого n1=60f1/p. Следует, что n1=n2 , т.е. что ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Поэтому рассматриваемую машину называют синхронной. Результирующий магнитный поток ФРЕЗ синхронной машины создается совместным действием МДС обмотки возбуждения и обмотки статора, и результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор. В СМ обмотку, в которой индуцируется ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения –индуктором. Следовательно, статор является якорем, а ротор –индуктором. СМ может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к ней нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При работе параллельно с сетью она может отдавать или потреблять электроэнергию, т.е. работать генератором или двигателем. При подключении обмотки статора к сети с напряжением U и частотой f1 проходящий по обмотке ток создает, так же как в асинхронной машине, ВМП. В результате взаимодействия этого поля с током, проходящим по обмотке ротора, создается электромагнитный момент М, который при работе машины в двигательном режиме является вращающим, а при работе в генераторном режиме –тормозным. Поток возбуждения (холостого хода) создается обмоткой постоянного тока, расположенной обычно на роторе. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой вращения n1=n2 независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки. Т.о., для установившихся режимов работы СМ характерны следующие особенности: а) ротор машины, вращается с постоянной частотой , равной частоте ВМП, т.е. n1=n2; б) частота изменения ЭДС Е, индуцируемой в обмотке якоря, пропорциональна частоте вращения ротора в) в установившемся режиме ЭДС в обмотке возбуждения не индуцируется; МДС этой обмотки определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы машины.
cyberpedia.su Синхронный генератор, устройство, охлаждение, система возбуждения, регулирование частоты сетевого напряжения, способы включения генераторов в энергосистемуСинхронный генератор - это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения. Это называется "реакцией якоря". Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR. Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком - возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать. Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%. УСТРОЙСТВО СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОв Статор. Статор синхронного генератора, как и других машин переменного тока, состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, в пазах которого укладывается обмоткапеременного тока, и станины — чугунного или сварного из листовой стали кожуха. В выштампованные на внутренней поверхности сердечника пазы укладывается обмотка статора. Статорная обмотка синхронного генератора состоит из трех фазных обмоток и ее выполняют потому же принципу, что и статорную обмотку асинхронного двигателя. Обмотка статора выполняется из секций, изготовленных обычно из медных проводников круглого или прямоугольного сечения. Изоляция обмотки выполняется особо тщательно, так как машина работает обычно при высоких напряжениях. В качестве изоляции применяют миканит и миканитовую ленту. На рис. 268 дан внешний вид статора синхронного генератора. Ротор. Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа: явнополюсные : (т. е. с явно выраженными полюсами) и неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами). На рис. 269 показаны схемы устройства синхронных генераторов с явнополюсным и неявнополюсным роторами. Та или иная конструкция ротора диктуется соображениями механической прочности. У современных генераторов, вращающихся от быстроходных двигателей (паровая турбина), окружная скорость ротора может достигать 100—160 м/сек. Поэтому быстроходные генераторы имеют неявнополюсный ротор. Скорость вращения быстроходных генераторов составляет 3000 об/мин и 1500 об/мин. Явнополюсный ротор представляет собой стальную поковку. . К ободу ротора прикрепляются полюсы, на которые надеваются катушки возбуждения, соединяемые последовательно между собой. Концы обмотки возбуждения присоединяются к двум кольцам, укрепленным на валу ротора. На кольца накладываются щетки, к которым присоединяется источник постоянного напряжения. На рис. 270 показан внешний вид явнополюсного ротора. Обычно постоянный ток для возбуждения ротора дает генератор постоянного тока, сидящий на одном валу с ротором и называемый возбудителем. Мощность возбудителя равна 0,25—1 % от номинальной мощности синхронного генератора. Номинальные напряжения возбудителей Имеются также синхронные генераторы с самовозбуждением Постоянный ток для возбуждения ротора получается с помощью полупроводниковых выпрямителей, подключаемых к обмотке статора генератора. В первый момент слабое поле остаточного магнетизма вращающегося ротора индуктирует в обмотке статора незначительную переменную э. д. с. Селеновые выпрямители, подключенные к переменному напряжению, дают постоянный ток, который усиливает поле ротора, и напряжение генератора увеличивается.
Неявнополюсный ротор изготовляется из целой стальной поковки, подвергаемой сложной термической и механической обработке. Для примера приведем данные ротора турбогенератора, изготовленного заводом «Электросила», мощностью 100 тыс. квт при n —nн=3000 об/мин. Диаметр ротора D = 0,99 м, длина l==6,35 м. Окружная скорость ротора; 155 м/сек. Поковка ротора в обработанном виде весит 46,5 т. В осевом направлении по окружности неявнополюсного ротора фрезеруют пазы, куда укладывается обмотка возбуждения. Обмотка в пазах закрепляется при помощи металлических (стальных или бронзовых) клиньев. Лобовые части обмотки закрепляются бандажными металлическими кольцами. При конструировании электрических машин и трансформаторов большое внимание конструкторы обращают на вентиляцию машин. Для синхронных генераторов применяется воздушное и водородное охлаждение. Воздушное охлаждение осуществляется при помощи вентиляторов, укрепленных на валу с обеих сторон ротора (для генераторов мощностью от 1,5 до 50 тыс. кет) или расположенных под машиной в отверстии фундамента (для более мощных генераторов).
Массы холодного воздуха, поступающие для вентиляции, во избежание загрязнения машины пылью проходят через фильтры. При замкнутой системе вентиляции машина охлаждается одним и тем же объемом воздуха. Воздух, пройдя через машину, нагревается и поступает в воздухоохладители, затем снова нагнетается в машину и т. д. Для целей охлаждения служит также система вентиляционных каналов, устроенных в отдельных частях машины. Наиболее эффективным способом охлаждения машины является водородное охлаждение. Водород, обладающий в 7,4 раза большей теплопроводностью, чем воздух, лучше отводит тепло от нагретых частей машины. Потери на трение о воздух при воздушном охлаждении составляют около 50% от суммы всех потерь в машине. Водород имеет удельный вес в 14,5 раза меньше, чем воздух. Поэтому трение о водород резко уменьшается. Водород способствует также сохранению изоляции и лаковых покрытий машины. Внешний вид явнополюсного синхронного генератора с возбудителем показан на рис. 273, а неявно-полюсного синхронного генератора мощностью 50 тыс. кет — на рис. 274. Гидрогенераторы приводятся во вращение гидравлическими турбинами. Эти турбины чаще всего имеют вертикальный вал с низким числом оборотов. Тихоходный синхронный генератор имеет большое число полюсов и в связи с этим большие размеры. Так, например, гидрогенератор типа СВ 96 мощностью 50 тыс. квт, изготовленный заводом «Электросила» им. С. М. Кирова, имеет общий вес 1142 т, диаметр статора 14 м, общую высоту 8,9 м, число полюсов 96. На рис. 275 показана наглядная схема синхронного генератора с возбудителем, питающим силовую и осветительную нагрузку. На рис. 276 дана электрическая схема соединений синхронного генератора с нагрузкой. Обмотки статоров синхронных генераторов, как уже указывалось, выполняются так же, как обмотки статоров асинхронных двигателей. Все шесть концов трехфазной обмотки генератора обычно выводятся на его щиток. Соединяя три конца обмоток в одну общую нулевую точку и выводя три начала обмоток во внешнюю сеть, мы получим соединение обмоток звездой. Соединяя конец первой обмотки с началом второй, конец второй с началом третьей, конец третьей с началом первой обмотки и сделав от точек соединений три отвода во внешнюю сеть, получим соединение обмоток треугольником. Статорные обмотки трехфазных генераторов в большинстве случаев соединяют в звезду. Качество электрической энергии, вырабатываемой генераторами переменного тока, оценивается: частотой э. д. с, которая должна быть строго равна заданному значению f; величиной напряжения на зажимах, которое должно быть равно заданной величине Un; форма кривой э. д. с. должна быть возможно ближе к синусоиде. Заданное значение частоты э. д. с. обеспечивается постоянством скорости вращения первичного двигателя. Необходимая величина напряжения Uн достигается регулировкой тока возбуждения. Синусоидальная форма кривой э. д. с. достигается в явнополюсных машинах увеличением воздушного зазора под краями полюсных наконечников и другими мерами. В неявнополюсных машинах синусоидальный характер э. д. с, индуктированной в обмотке статора, обеспечивается соответствующим распределением витков обмотки возбуждения в пазах ротора. megaobuchalka.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
. (6.24)
. (6.25)
. (6.26)
, ее можно регулировать изменением числа полюсов или частоты напряжения питания. Первый способ в СД нецелесообразен. Это обусловлено тем, что необходимо изменять число полюсов и на статоре, и на роторе, что усложненяет конструкцию ротора. В связи с этим на практике используют второй способ.
