[Править] Генераторы с независимым возбуждением
Недостатки генераторов с компаундным возбуждением и емкостной компенсацией устраняются в бесщёточных генераторах с независимым возбуждением. В этом случае передача электрической энергии к обмотке возбуждения (в виде переменного тока) происходит через вращающийся трансформатор, а выпрямление переменного тока для питания обмотки возбуждения происходит в самом роторе за счёт выпрямителя. Такие генераторы сложнее по конструкции (необходим вращающийся трансформатор). Регулирование напряжение может осуществляться как за счёт компаундирования, так и с применением электронного регулятора.
Источник — «http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%91%D0%B5%D1%81%D1%89%D1%91%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80&oldid=29904065»
126. Устройство синхронных генераторов |
|||||
1. Статор. Статор синхронного генератора, как и других машин переменного тока, состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, в пазах которого укладывается обмотка переменного тока, и станины — чугунного или сварного из листовой стали кожуха. В выштампованные на внутренней поверхности сердечника пазы укладывается обмотка статора. Изоляция обмотки выполняется особо тщательно, так как машине приходится работать обычно при высоких напряжениях. В качестве изоляции применяют миканит и миканитовую ленту. Н
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 фиг. 242 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 60—350 В. На фиг. 243 показана схема возбуждения синхронной машины. Имеются также синхронные генераторы с самовозбуждением. Постоянный ток для возбуждения ротора получается с помощью селеновых 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 по-ковки, подвергаемой сложной термической и механической обработке. Для примера приведем данные ротора турбогенератора, изготовленного заводом «Электросила», мощностью 100 тыс. кВт при n = 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 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. На фиг. 244 показан общий вид неявнополюсного ротора турбогенератора в готовом виде. 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. кВт) или расположенных под машиной в отверстии фундамента (для генераторов мощностью 100 тыс. кВт).
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°/о 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 фиг. 245, а
неявнополюсного синхронного генератора
мощностью 50 тыс. кВт— на фиг.
246.
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 как следствие этого — большие
размеры.
Так, например,
гидрогенератор типа
На фиг. 247 показана схема синхронного генератора с возбудителем, питающим силовую и осветительную нагрузку. На фиг. 248 дана электрическая схема соединений синхронного генератора с нагрузкой. Обмотки статоров синхронных генераторов выполняются так же, как обмотки статоров асинхронных двигателей.
Все шесть концов трехфазных обмоток 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 (фиг. 249, а). 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 (фиг. 249, б).
|
|||||
Как уже упоминалось, в витке провода, вращающемся в постоянном магнитном поле, наводится переменная ЭДС. При этом не имеет значения, вращается ли виток в неподвижном магнитном поле или виток неподвижен, а вращается поле, - необходимо лишь их относительное вращение. В синхронных машинах частота вращения пропорциональна частоте переменного тока. |
|
||||
мощностью
50 тыс. кВт, изготовленный заводом
«Электросила» им. С. М. Кирова, имеет
общий вес 1142 г, диаметр статора 14 м,
общую высоту 8,9 м, число полюсов 96.
|
Конструкция. В синхронных генераторах обмотку якоря (т.е. ту обмотку, в которой индуцируется ЭДС) обычно делают неподвижной (и называют обмоткой статора), а обмотку возбуждения - вращающейся (и называют обмоткой индуктора), причем машины с иным расположением обмоток называют обращенными. Дело в том, что напряжение на обмотке якоря нередко бывает большим (до 25 кВ); то же относится к рабочим токам. Если якорь неподвижен, то легче изолировать выводы его обмотки, присоединяемые к внешним токоведущим шинам. Обмотка возбуждения же обычно потребляет значительно меньше 1% генерируемой мощности и питается постоянным током при напряжении 125 или 250 В. Передача столь малой мощности при низком напряжении на обмотку вращающегося индуктора через щеточно-коллекторный аппарат не сопряжена с большими трудностями. |
|
Частота тока f связана с частотой вращения S и числом P полюсов статора или ротора соотношением f = SP/120 Гц. Если P = 4, а частота вращения S = 1800 об/мин, то f = (1800?4)/120 = 60 Гц. Такая частота (60 Гц) чаще всего применяется в электротехнике; она достаточно велика, чтобы не было заметно мигания осветительных ламп, но в то же время достаточно мала для удовлетворительной работы большинства машин. В отношении конструкции обмотки возбуждения синхронные генераторы бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения; они подходят для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с выфрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин. Витки закрепляются в пазах клиньями, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха. Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными, так что на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального (амплитудного) значения. Почти все мощные синхронные генераторы (и двигатели) охлаждаются водородом. |
Особенности устройства и основные эксплуатационные характеристики генераторов переменного тока.
Генераторы переменного тока Стабилизация напряжения генераторов переменного тока Защита сети от перенапряжения Включение синхронного генератора в сеть Комбинированные устройства Особенности параллельной работы генераторов переменного тока Основные ТТД синхронных генераторов типа СГК Основные ТТД синхронных генераторов типа ГО и ГТ Основные ТТД синхронных генераторов типа СГС, СГО, СГК
Применение на летательных аппаратах переменного тока вместо постоянного дает возможность повысить напряжение в системе электроснабжения до 200-400 В и тем самым снизить передаваемые токи, а следовательно, и массу бортовой сети; применить безколлекторные генераторы и электродвигатели, которые более надежны, чем коллекторные машины; получить постоянный ток с помощью трансформаторно-выпрямительных блоков, имеющих высокий КПД. Поэтому на современных самолетах применение переменного тока вместо постоянного, находит широкое распространение.
Однако применение только переменного тока на самолетах связано с рядом трудностей:
для многих потребителей требуется ток стабильной частоты
поскольку скорость вращения авиадвигателя переменная, то для получения стабильной частоты генератора требуется редуктор с плавно изменяющимся передаточным отношением
сложность осуществления параллельной работы генераторов переменного тока
малые пусковые моменты электродвигателей переменного тока
сложность регулирования скорости вращения мощных электродвигателей переменного тока
Генераторы переменного тока. Основными типами являются генераторы СГ, СГК, СГО, СГС, ГТ и ГО. Буквы в условных обозначениях расшифровываются следующим образом:
С |
самолётный |
Г |
генератор |
К |
комбинированный |
О |
однофазный |
С (вторая) |
синхронный |
Т |
трёхфазный |
Цифры обозначают номинальную мощность генератора.
Синхронные генераторы имеют закрытое исполнение, фланцевое крепление и охлаждаются воздухом, продуваемым через полость генератора. Частота тока жестко связана со скоростью вращения. Поэтому в системах переменного тока стабильной частоты применяются специальные приводы постоянной частоты вращения, в качестве которых используются гидравлические, дифференциальные, гидромеханические, воздушно-турбинные, турбомеханические и электромашинные приводы.
Генераторы переменного тока бывают контактные и бесконтактные. В последнее время все более широкое распространение начинают находить бесконтактные безщеточные генераторы (ГТ-30П46, ГТ-30П48, ГТ-40П48, ГТ-60П48, ГТ-120ПЧ6, СГК-11/1,5 КИС, СГК-30/1,5).
Стабилизация напряжения генераторов переменного тока независимо от частоты вращения и величины нагрузки осуществляется так же, как и у генераторов постоянного тока, путем изменения тока возбуждения. Для регулирования напряжения синхронных генераторов используются угольные, транзисторные, тиристорные регуляторы и регуляторы на магнитных усилителях..
Для защиты сети от перенапряжения применяют автоматы защиты сети переменного тока АЗП1-3СД (для трехфазного), АЗП1-1СД, АЗП1-1СДТ (для однофазного).
В системах защиты по частоте в качестве чувствительных элементов используются резонансные контуры или дроссели насыщения, реагирующие на частоту и управляющие работой генераторов с помощью мостовой схемы или магнитного усилителя.
Включение синхронного генератора в сеть производится автоматически с помощью синхронизатора, состоящего из выпрямительного моста, конденсатора и ряда реле. Схема подключает генератор к сети, когда выполняются все перечисленные выше условия.
После включения генераторов на параллельную работу необходимо обеспечить автоматическое распределение между ними активных и реактивных мощностей (нагрузок).
Активной называется мощность, которая отбирается генераторами от привода и преобразуется в потребителях электрической энергии. Равномерное распределение активных мощностей достигается воздействием на привод через регуляторы скорости вращения.
Реактивной называется мощность, которая в течение одного полупериода отдается генератором в сеть, накапливается в магнитных полях индуктивных катушек (или емкостях), а в течение другого полупериода возвращается в генератор. Среднее значение мощности за период оказывается равным нулю. Равномерное распределение реактивных мощностей между генераторами достигается воздействием на возбуждение параллельно работающих генераторов через регуляторы напряжения. Для уравнивания токов возбуждения параллельно работающих генераторов в регуляторах напряжения имеются корректирующие обмотки.
Комбинированные устройства. В последнее время находят все большее применение комбинированные устройства, обеспечивающие включение генераторов в сеть, регулирование их напряжения, защиту от коротких замыканий и обрывов в цепи генератора, а также сигнализацию отключения генератора от бортсети. К ним относятся коробки типа КВР-1М, КВР-3-2Ф, КВР-11. Кроме гого, в системе защиты и регулирования напряжения генераторов переменного гока применяются программные механизмы (ПМК-14, ПМК-1113А), предназначенные для автоматического отключения генераторов от сети при коротких замыканиях внутри генераторов и на участках сети.
Особенности параллельной работы генераторов переменного тока. По сравнению с параллельной работой генераторов постоянного тока параллельная работа синхронных генераторов имеет ряд особенностей: при включении генератора переменного тока порядок следования фаз и ЭДС генератора должны соответствовать порядку следования фаз сети; ЭДС и частота по величине должны быть примерно равны напряжению и частоте сети; фазы ЭДС должны совпадать с фазой напряжения сети.
Основные ТТД синхронных генераторов типа СГК
Показатель |
Тип генератора |
|||
СГК-11/1,5КИС |
СГК-30/1,5 |
|||
однофазный |
трехфазный |
однофазный |
трехфазный |
|
Способ соединения обмотки |
- |
звезда |
звезда |
- |
Напряжение линейное, В |
120 |
37 |
208 |
120 |
Мощность при режиме, кВА продолжительность кратковременно (до 5 мин) |
11 - |
1,5 - |
17 24,5 |
1,5 1,5 |
Ток нагрузки, А |
92 |
23 |
47,4 |
12,5 |
Частота, Гц |
400 |
400 |
||
Коэффициент мощности |
0,8 |
0,85 |
||
Частота вращения, об/мин |
8000 |
8000 |
||
Масса генератора, кг |
36 |
37,5 |
||
Коммутационная, защитная аппаратура |
КЗУ-11/1,5; РНМ-154К |
КЗУ-30/1,5; БР-204К; РНУ-204К; ППЗ-43-100; ППЗ-43-33 |
||
Основные ТТД синхронных генераторов типа ГО и ГТ
Показатель |
Тип генератора |
||||
ГО-16ПЧ8 |
ГТ-16ПЧ8 |
ГТ-40ПЧ8 |
ГТ-60ПЧ8АТВ |
ГТ-120ПЧ6 |
|
Способ соединения обмоток |
звезда |
звезда |
звезда |
звезда |
звезда |
Напряжение линейное, В |
208 |
208 |
208 |
208 |
208 |
Мощность, кВА |
16 |
16 |
40 |
60 |
208 |
Ток нагрузки (фазы), А |
133 |
44,5 |
111 |
167 |
333 |
Коэффициент мощности |
0,85 |
0,85 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
Рабочая частота, Гц |
396-404 |
400 |
392-408 |
400 |
400 |
Частота вращения, об/мин |
7920-8080 |
8000 |
7840-8160 |
8000 |
6000 |
Напряжение возбуждения, В |
26-30 |
42 |
26-30 |
- |
43-49 |
Ток возбуждения, А |
25 |
2 |
самовозбуждение |
2,5 |
2,9 |
Масса генератора, кг |
27,5 |
16 |
47 |
59 |
85 |
Комутационная, защитная и регулирующая аппаратура |
РН-600, КВР-2, КОЧ-1А, АЗП1-1СД, ВС-33 |
- |
БРН-62, БРЧ-62, БТТ-62,БЗУ-62 |
БРН-208МТА, БЗУ-376СП, БТТ-40Б |
БРЗУ-115/ВА, БТТ-120 |
Основные ТТД синхронных генераторов типа СГС, СГО, СГК
Показатель |
Тип генератора |
||||
СГС-7, 5Б |
СГО-8 2с |
СГО-12, СГО-12МО |
СГК-30М |
СГО-30У |
|
Способ соединения обмоток |
звезда |
треугольник |
треугольник |
звезда |
звезда |
Напряжение линейное, В |
120 |
115 |
120 |
115 |
208 |
Мощность (длительно), кВА |
7,5 |
8 |
12 |
14 |
30 |
Ток нагрузки (фазы), А |
36 |
69,5 |
100 |
40,6 |
144 |
Коэффициент мощности |
0,85 |
0,85 |
0,8 |
0,85 |
0,9 |
Диапазон рабочих частот, Гц |
400-900 |
400-900 |
380-910 |
- |
398-428,5 |
Диапазон частоты вращения вала, об/мин |
4000-9000 |
4000-9000 |
3800-9100 |
7760-8240 |
7800-8750 |
Напряжение возбуждения, В |
28 |
26-30 |
26-30 |
- |
26-30 |
Ток возбуждения, А |
28 |
28 |
28,5 |
29 |
29 |
Масса генератора, кг |
16,1 |
31 |
33 |
25,5 |
29,8 |
Сила нажатия на коллектор, Н |
8,5-9,5 |
8,5-9,5 |
- |
13,5-15 |
8,5-9,5 |
Коммутационная, защитная и регулирующая аппаратура |
РН-600, КРЛ-31, ВС-30Б |
РН-600, КРП-31, АЗП-1СД, ВС-33 |
БРЗУ-30М, СП-20ТА |
РН-600 2с, КРН-0 2с, ПМК-14, КВП-1А 2с, АЗП1-1СД, ВС-30Б |
РН-600, КРЛ-26П, ВС-30Б, КПРГ-30Т |
(продолжение)
Показатель |
Тип генератора |
||||
СГС-30Т |
СГС-30-8 |
СГС-40У |
СГС-90 |
СГ-90/360 2с |
|
Способ соединения обмоток |
треугольник |
звезда |
звезда |
звезда |
треугольник |
Напряжение линейное, В |
208 |
208 |
208 |
360 |
306 |
Мощность (длительно), кВА |
30 |
30 |
40 |
75 |
75 |
Ток нагрузки (фазы), А |
83,4 |
83,5 |
111 |
120 |
120 |
Коэффициент мощности |
0,85 |
0,85 |
0,9 |
0,9 |
0,9 |
Диапазон рабочих частот, Гц |
225-450 |
368-580 |
378,5-417,5 |
375-450 |
375-450 |
Диапазон частоты вращения вала, об/мин |
4500-9000 |
5500-8700 |
7750-8350 |
7500-9000 |
7500-9000 |
Напряжение возбуждения, В |
26-30 |
26-30 |
26-30 |
- |
50 |
Ток возбуждения, А |
55 |
40 |
29 |
- |
3,5 |
Масса генератора, кг |
30,5 |
42 |
39,8 |
62 |
62 |
Сила нажатия на коллектор, Н |
8,5-9,5 |
13,5-15 |
5,2-6,2 |
5,2-6,2 |
5,2-6,2 |
Коммутационная, защитная и регулирующая аппаратура |
РН-600, КВР-3-2, КОЧ-1А, ВС-33А |
РН-600, КРН-0, КВП-1А, ВС-30Б |
РН-600, КРЛ-33А, ПМК-14, ВС-34, ТТ-33 |
РН-600, КПР-33А, ТГ-33, ТТИ-360, ПМК-14 |
РН-600, КРП-33А, ТГ-33, ТТИ-360, ПМК-14, ВС-34 |
Назначение: Синхронные генераторы переменного тока марки ГС-250 используются в качестве источника трехфазного переменного тока напряжением - 230 и 400 В, частотой 50 - Гц, номинальной частотой вращения вала 1500 об/мин.
|
||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
Синхронные генераторы переменного тока марки ГС-250 |
||||||||||||||
Тип двигателя |
Mощность (кВт) |
Коэффициент мощности |
Напряжение (В) |
Сила тока (А) |
КПД (%) |
Частота (Гц) |
Масса (кг) |
Цена руб./шт. |
|
|
|
|
|
|
ГС-250-12/4 |
12.0 |
0.8 |
220/440 |
37.7/21.7 |
84 |
50 |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
ГС-250-16/4 |
16.0 |
0.8 |
220/440 |
29 |
84 |
50 |
310 |
|
|
|
|
|
|
|
ГС-250-20/4 |
20.0 |
0.8 |
220/440 |
63.0/36.0 |
88 |
50 |
360 |
|
|
|
|
|
|
|
ГС-250-30/4 |
30.0 |
0.8 |
220/440 |
94.0/54.0 |
88.5 |
50 |
380 |
|
|
|
|
|
|
|
ГС-250-50/4 |
50.0 |
0.8 |
220/440 |
91.0 |
88 |
50 |
440 |
|
|
|
|
|
|
|
ГС-250-60/4 |
60.0 |
0.8 |
220/440 |
108.0 |
88 |
50 |
514 |
|
|
|
|
|
|
|
ДГФ-82/4б |
30.0 |
0.8 |
250 |
94.0/54.0 |
88 |
50 или 60 |
400 |
|
|
|
|
|
|
|