1.2.Синхронные генераторы

Для получения электроэнергии на электростанциях используются синхронные генераторы: на ТЭС и АЭС – турбогенераторы, на ГЭС – гидрогенераторы.

Турбогенератор — это генератор, непосредственно соединенный с паровой или газовой турбиной для производства злектроэнергии. Так как турбины, используемые на ТЭС, имеют наилучшие технико-экономические показатели при больших частотах вращения, то турбогенераторы должны быть быстроходными. Скорость вращения ротора определяется из условия

n = 60 f / р,

где f - частота переменного тока;

р - число пар полюсов.

Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным валом (рис.1.5). Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготовляется из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.

Рис. 1.5. Турбогенератор

Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности величиной 1,1-1,2 м. При частоте 3000 об/мин он выполняется двухполюсным. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, ограниченное допустимым прогибом вала и равное 6-6,5 м. Определяется оно из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.

Для атомных электростанций целесообразно применение более тихоходных, четырехполюсных турбогенераторов с номинальной частотой вращения 1500 об/мин. Это позволяет применить в выхлопных ступенях турбин лопатки бóльшей длины и таким образом увеличить мощность турбины. Но на блоках мощностью l000 МВт используются и двухполюсные генераторы.

Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60-600 об/мин). Частота вращения тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше мощность турбины. Гидрогенераторы поэтому являются тихоходными машинами и имеют большие размеры и массы, а также большое число полюсов.

 Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами и преимущественно с вертикальным расположением вала. Диаметры роторов мощных гидрогенераторов достигают 14-16 м, а диаметры статоров - 20-22 м. Бóльшая часть гидрогенераторов чаще всего выполняется с вертикальным расположением вала (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Гидрогенераторы: а – подвесной; б - зонтичный

Вертикальные гидрогенераторы имеют один опорный подшипник (подпятник). В гидрогенераторе подвесного типа (рис. 1.6, а) подпятник находится над ротором, а в гидрогенераторе зонтичного типа (рис. 1.6, б) - под ротором, в нижней опорной крестовине. Подвесное исполнение обеспечивает более высокую механическую устойчивость машины и более свободный доступ к подпятнику и другим частям агрегата. Зонтичное исполнение позволяет уменьшить массу агрегата, снизить его высоту и высоту здания злектростанции. Оно используется при больших диаметрах статора и нагрузках на пяту. У гидрогенераторов при наружном диаметре корпуса более 4 м по условиям перевозки корпус и сердечник статора выполняют разъемными, из нескольких секторов.

Только при небольшой мощности применяется горизонтальный вал. Капсульные гидрогенераторы (рис. 1.7) изготовляют как часть единого гидроагрегата, при этом корпус статора генератора является одновременно частью капсулы агрегата. Капсульное исполнение дает возможность увеличить пропускную способность турбины и мощность при заданном напоре. При строительстве ГЭС с такими генераторами существенно уменьшается общий объем бетонных работ. Мощность капсульных генераторов находится в пределах от 1,0 до 50 МВт.

Рис. 1.7. Капсульный гидрогенератор

К номинальным параметрам синхронных генераторов относятся: номинальное напряжение U_ном , номинальный ток I_ном , номинальная полная мощность S_ном = 3 U_ном I_ном , номинальная активная мощность P_ном = 3 S_ном cos  _ном , номинальный коэффициент мощности cos  _ном, номинальный ток ротора I_{рот. ном} (при S_ном , cos  _ном, U_рот = 0,95-1,05 Uном), коэффициент полезного действия  = 96,3-98,8 % (при S_ном и cos  _ном ).

Номинальные напряжения статорной обмотки образуют ряд, указанный в ГОСТ:

3,15; 6,3; 10,5; 18; 20; 21; 24 кВ.

Ряд номинальных мощностей турбогенераторов таков:

2,5; 4; 6; 12; 32; 63; 100; 160; 200; 300; 500; 800; 1000; 1200; 1600; 2000 МВт.

Для гидрогенераторов нет стандартного ряда мощностей, так как они зависят от напора и расхода воды на различных ГЭС.