1.2.Синхронный турбогенератор

1.2.1.Принцип действия синхронного турбогенератора

Рис. 1.12. Электромагнитная схема синхронной машины и схема её включения.

На статоре синхронной машины (рис.1.12, ) расположена трёхфазная обмотка . Обмотку ротора, питаемую от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения. Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником постоянного тока посредством контактных колец и щёток. При вращении ротора с некоторой частотой n₂ поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в её фазах переменную ЭДС Е изменяющуюся с частотой

f₁=pn₂/60.

Где р –число пар полюсов.

Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то протекающий по этой обмотке многофазный ток I_a создаёт вращающее магнитное поле, частота вращения которого

n₁=60f₁/p.

Откуда следует, что n₁=n₂, то есть что ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. По этой причине рассматриваемую машину называют синхронной. Результирующий магнитный поток Ф_рез синхронной машины создаётся совместным действием МДС обмотки возбуждения и обмотки статора, и результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор.

В синхронной машине обмотку, в которой индуктируется ЭДС и протекает ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения,-индуктором.

Синхронный генератор может работать может работать автономно или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При подключении обмотки статора к сети с напряжением U и частотой f₁протекающий по обмотке ток создает вращающее магнитное поле, с частотой вращения n₁. В результате взаимодействия этого поля с током I_в, протекающим по обмотке ротора, создаётся электромагнитный момент М, который для генератора является тормозным. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой вращения n₁=n₂ независимо от электрической нагрузки. Для получения промышленной частоты ЭДС (50 Гц) ротор такого генератора необходимо вращать с частотой 3000 об/мин.

Турбина приводит во вращение ротор синхронного генератора с синхронной частотой n₁ при этом магнитное поле ротора тоже вращается с частотой n₁ и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС Е_А, Е_В, Е_С, которые, будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120), образуют трёхфазную симметричную систему ЭДС.

1.2.2.Устройство синхронного генератора.

Паровая турбина работает при большёй частоте вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной машиной. Роторы этих генераторов выполняют двухполюсными (n=3000 об/мин) либо четырёх полюсными (n=1500 об/мин.).

В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения в турбогенераторах применяют неявнополюсный ротор (рис.1.13).

Рис. 1.13. Ротор синхронной неявнополюсной машины.

1 - сердечник ротора, 2 – обмотка возбуждения

Турбогенераторы выполняют с горизонтальным расположением вала ротора (рис.1.14).

Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки, и укрепляют немагнитными клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят при помощи стальных массивных бандажей. Для получения приблизительно синусоидального распределения магнитной индукции обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2/3 полюсного деления.

Рис. 1.14. Турбогенератор:

1. возбудитель; 2- корпус; 3- сердечник статора; 4- секции водородного охлаждения; 5- ротор.

Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготовляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в местах стыка с другими частями. Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трёхфазная обмотка, обычно двухслойная (ТГВ – 300).

По способу отвода тепла от нагретых обмоток статора и ротора различают косвенное и непосредственное охлаждение.

При косвенном охлаждении охлаждающий газ с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подаётся внутрь генератора и прогоняется через немагнитный зазор и вентиляционные каналы. При этом охлаждающий газ не соприкасается с проводниками обмоток статора и ротора и тепло, выделяемое ими, передаётся газу через изоляцию обмоток.

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество соприкасается с проводниками обмоток генератора, минуя изоляцию и сталь зубов, то есть непосредственно ( для ТГВ – 300 непосредственное охлаждение обмоток статора и ротора).