2.5. Синхронные машины

Синхронной называется двухобмоточная электрическая машина переменного тока, одна из обмоток которой (обмотка статора) подключается к электрической сети переменного тока, а другая (обмотка возбуждения) – к источнику постоянного тока. Наибольшее распространение получили СМ с трёхфазной обмоткой статора, которая называется также обмоткой якоря. Обмотка возбуждения располагается на роторе и вместе с ним образует индуктор машины.

В качестве источника тока возбуждения используют генераторы постоянного тока или статические полупроводниковые системы возбуждения.

СМ по своему назначению делятся на генераторы, двигатели и синхронные компенсаторы. Начала и концы обмоток статора С1-С4, С2-С5, С3-С6, а обмотки возбуждения И1-И2.

Генератором называется ЭМ, преобразующая подводимую к её валу механическую энергию в электрическую. Если приводом является гидравлическая турбина, он называется гидрогенератором, если приводным двигателем является турбина, то такой генератор называется турбогенератором.

Гидрогенераторы выполняются, как правило, явнополюсными, с вертикальной осью вращения, мощностью до 700 МВА и частотами вращения от 50 до 500 об\мин (иногда до 1000 об\мин) и применяются на гидростанциях.

Турбогенераторы имеют, как правило, горизонтальное расположение вала, выпускаются мощностью до 1200 МВА и имеют скорость вращения 3000 об\мин, которая соответствует частоте 50 Гц при одной паре полюсов статорной обмотки.

СД общего назначения выпускаются мощностью от 100 до нескольких десятков тысяч киловатт и имеют скорость вращения от 100 до 3000 об\мин. Они изготовляются с обмоткой возбуждения на явнополюсном или неявнополюсном роторе и с роторами в виде постоянных магнитов или в виде зубчатого цилиндра.

Для привода станков, подъёмных кранов, лифтов насосов, вентиляторов и др.

3. Общие вопросы электроснабжения

3.1. Источники электроэнергии

Для индустриально развитой страны, такой, как Россия, характерна электри­фикация — широкое применение электрической энергии во всех областях производства и в быту. Электрификацию обеспечивает система электроснабжения. Основными энерге­тическими ресурсами страны в настоящее время служат природные запасы горючих ископаемых и гидравлические ресурсы. Вблизи этих источников энергии в большинстве случаев размещаются электрические станции. На них первичные виды энергии преобра­зуются в электрическую энергию, вырабатываемую генераторами переменного тока при напряжениях 6—35 кВ. Изготовление генераторов на более высокие напряжения затруднительно и практически нецелесообразно. Но при таких напряжениях экономичная передача электроэнергии возможна лишь близко расположенным потребителям. Для передачи электроэнергии на более значительные расстояния — порядка сотен километ­ров — нужны более высокие напряжения — порядка сотен тысяч вольт.

При данной мощности, чем выше напряжение линии электропередачи (ЛЭП), тем меньше должна быть сила тока, а вместе с ней уменьшается падение напряжения в линии и потери энергии на нагревание проводов, если считать постоянной величиной сопротив­ление линии. Таким образом, повышение напряжения линии передачи дает возможность при тех же относительных потерях передавать электроэнергию на более дальние расстоя­ния. По этой причине стремятся применять для линий передач все более высокие напря­жения.

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения создают для обеспечения питания приёмников электроэнергии, к которым относят: электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, осветительные установки и др.

Энергетической системой называют совокупность электростанций, подстанций и приёмников электроэнергии, связанных между собой линиями электрической сети.

Электрической системой называют часть энергетической системы, состоящую из генераторов, распределительных устройств, повысительных и понизительных подстанций, линий электрической сети и приёмников электроэнергии (12.1 Рисунки к лекциям).

Электрическими сетями называют части электрической системы, состоящие из подстанций и линий различных напряжений. Электрические сети подразделяют по напряжению.

Электрическая сеть служит для передачи электроэнергии от мест её производства к местам потребления и распределения между потребителями.

Электроснабжение предприятий разделяют на внешнее и внутреннее. Под внешним электроснабжением понимают комплекс сооружений, обеспечивающих передачу электроэнергии от выбранной точки присоединения к энергосистеме до приёмных подстанций предприятий или гражданских зданий.

Внутреннее электроснабжение – это комплекс электрических сетей и подстанций, расположенных, как правило, на территории предприятия и в его цехах.

Весьма приближенно для линий электропередачи средней длины можно считать экономи­чески целесообразным напряжение 1 кВ на 1 км длины линии, например для линии электропере­дачи длиной 200 км целесообразно применить рабочее напряжение 220 кВ. При выборе напряжения необходимо учесть и то, что оно должно соответствовать шкале стандартных напряжений.

Назначение электрической станции — выработка электрической энергии в больших количествах, что осуществляется путем преобразования различных видов энергии в элек­трическую.

В основном принято классифицировать электростанции в зависимости от вида энер­гии, на них преобразуемой, в соответствии, с чем они делятся на тепловые, гидроэлектри­ческие, атомные и - ветроэлектрические.

На тепловых станциях первичными двигателями служат паровые турбины, газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания. В зависимости от формы выработки энергии тепловые паротурбинные станции подразделяются на конденсационные и теплофика­ционные.

На конденсационных электрических станциях (КЭС) отработавший в турбине пар на­правляется в конденсатор, где охлаждается, обращаясь в жидкость — конденсат. На такой станции производственный цикл состоит из трех фаз: преобразования химической энергии топлива в энергию пара в котле, преобразования энергии пара в механическую в турбине и преобразования механической энергии в электрическую в генераторе.

Теплофикационные электроцентрали (ТЭЦ) вырабатывают одновременно тепловую и электрическую энергии. Носителем первой служит пар, который ТЭЦ передают по тру­бам на расстояние до 10—12 км для использования в быту (отопление, снабжение горячей водой) и для нужд промышленности.

Гидроэлектрические станции (ГЭС) преобразуют в электрическую энергию энергию водных потоков. Первичными двигателями на этих станциях служат гидравлические турбины, приводимые в движение потоком воды. Они вращают генераторы. ГЭС явля­ется комплексом гидротехнических сооружений и электроэнергетического оборудования.

Плотина создает необходимый напор — разность уровней между участком реки выше плотины (выше ГЭС) — это верхний бьеф и участком реки ниже плотины — нижним бьефом.

Атомные электростанции могут быть сооружены в любом гео­графическом районе, в том числе и труднодоступном, но при на­личии источника водоснабжения. Количество (по массе) потреб­ляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что об­легчает требования к транспортным связям. АЭС состоят из ряда агрегатов блочного типа, выдающих энергию в сети повышенно­го напряжения. Агрегаты АЭС, в особенности на быстрых нейт­ронах, неманевренны, так же как и агрегаты КЭС. По условиям работы и регулирования, а также по технико-экономическим со­ображениям предпочтительным является режим с относительно равномерной нагрузкой. АЭС предъявляют повышенные требова­ния к надежности работы оборудования. Коэффициент полезно­го действия составляет 35—38%. Практически АЭС не загрязняют атмосферу. Выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначи­тельны, что позволяет сооружать АЭС вблизи городов и центров нагрузки. Трудной проблемой является захоронение или восста­новление отработанных топливных элементов.

Гидроаккумулирующие электростанции предназначены для вы­равнивания суточного графика энергосистемы по нагрузке. В ча­сы минимальной нагрузки они работают в насосном режиме (пе­рекачивают воду из нижнего водоема и запасают энергию); в часы максимальной нагрузки энергосистемы агрегаты ГАЭС работают в генераторном режиме, принимая на себя пиковую часть нагруз­ки.

Солнечная энергетика – отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования солнечного излучения или солнечной радиации для получения электрической, тепловой или других видов энергии и использования их в народном хозяйстве.

Ветроэнергетика – отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, тепловой и электрической энергии. Обычно в ветроэнергетике используется рабочий диапазон скоростей ветра, не превышающих 25 м/с.