Синхронные генераторы

Синхронные генераторы — основное электрооборудование элек­тростанций. Выбранный тип генератора определяет конструкцию всей электростанции и особенности ее эксплуатации. Тип уста­навливаемых генераторов зависит главным образом от частоты вращения турбины.

Частота вращения роторов генераторов паротурбинных элект­ростанций (ТЭС, АЭС) при частоте электрического тока 50 Гц принята равной 3 000 мин^-1. Сравнительно редко частота враще­ния принимается равной 1 500 мин^-1. Частота вращения гидротур­бин обычно находится в пределах от 60 до 500 мин^-1. Частота вра­щения ротора генератора я, мин¹, частота переменного тока I, Гц, и число пар полюсов ротора р связаны соотношением

Следовательно, число пар полюсов ротора генератора паро­турбинной электростанции (турбогенератора) приF= 50 Гц и п = = 3 000 мин^-1 должно быть равно 1. На роторах гидрогенераторов при п равной 60 и 500 мин^-1 число пар полюсов р должно быть соответственно равно 50 и 6. Конструкция ротора генератора за­висит от числа пар полюсов.

Ротор турбогенератора неявнополюсной конструкции выпол­няется в виде стального цилиндра с продольными пазами, в ко­торые укладывают обмотку возбуждения из полосовой меди, изо­лированной миканитом. Обмотку возбуждения закрепляют в па­зах клиньями, а вне пазов (на лобовых частях) стальными бан­дажами или каппами. Из-за воздействия на ротор, вращающийся с большой частотой, центробежных сил ограничены его разме­ры: диаметр — не более 1250 мм, длина бочки ротора — не свы­ше 6,5 м.

Ротор гидрогенератора имеет несколько пар выступающих по­люсов, т. е. явнополюсную конструкцию. Синхронные двигатели и 142 компенсаторы с частотой вращения ниже 1500 мин ' тоже имеют явнополюсный ротор. Обмотка возбуждения явнополюсных синх­ронных машин выполняется в виде катушек, располагаемых на каждом полюсе и соединяемых последовательно.

На паротурбинных электростанциях принята конструкция тур­боагрегатов с горизонтальным валом, а на гидроэлектростанциях принято вертикальное расположение вала турбины и гидрогене­ратора, так как при большом диаметре явнополюсного ротора вер­тикальная конструкция обеспечивает лучшие условия работы под­шипников и меньшие размеры машинного здания. На рис. 7.1 и 7.2 показаны устройство соответственно турбогенератора и гидроге­нератора, а также пути прохождения через них охлаждающего воз­духа. Система охлаждения электрических машин необходима для отвода теплоты, возникающей в результате потерь мощности в стали и меди ротора и статора.

Рис. 7.1. Турбогенератор:

1 — статор; 2 — ротор; 3 — вал; 4 — кожух; 5 — фильтр; 6 — воздухоохладитель; 7 — уплотнения; А — область разрежения в системе вентиляции; Б -— область движения; В — камера горячего воздуха; Г — камера холодного воздуха; Д — каналы подвода воздуха к уплотнениям

Рис. 7.2. Гидрогенератор:

1 — статор; 2 — ротор; 3 — подпятник; 4 — спицы ротора; 5 — направляющий подшипник; 6 — нижняя опорная крестовина; D — диаметр ротора генератора

Для генераторов небольшой мощности (до 25 МВт на ТЭС) достаточна воздушная вентиляция (см. рис. 7.1). Воздух под дей­ствием центробежных сил вращающегося ротора проходит через каналы в стали статора и охлаждает обмотки и магнитопроводы ротора и статора. Нагревшийся воздух поступает через окна в кор­пусе статора в трубчатые воздухоохладители. По трубкам воздухо­охладителей протекает холодная вода. Охлажденный воздух снова засасывается ротором. Получается замкнутый цикл.

В турбогенераторах мощностью 25... 100 МВт систему вентиля­ции вместо воздуха заполняют водородом, имеющим большую теплоемкость. Переход на водородное охлаждение позволяет от того же турбогенератора получать мощность в 1,3 раза большую, чем при воздушном охлаждении (при соответствующем усилении турбины). Для современных сверхмощных генераторов применяют непосредственное охлаждение, при котором обмотки ротора и статора охлаждают маслом или дистиллированной водой. Охлаж­дающая жидкость поступает в полые стержни, составляющие об­мотку, и охлаждает их изнутри.

Благодаря такому интенсивному охлаждению обмоток удается получить генератор заданной мощности при уменьшенных разме­рах или при тех же размерах в 3 — 4 раза большую номинальную мощность генератора. Системы непосредственного охлаждения при различных комбинациях охлаждающего вещества (водород, мас­ло, вода) и разных конструкциях систем охлаждения стали и меди генератора позволили создать генераторы мощностью 300... 800 МВт при тех ограничениях их размеров, которые обусловлены центро­бежными силами в роторе.

Системы возбуждения синхронных машин обеспечивают пита­ние обмотки возбуждения постоянным током. Широкое примене­ние нашли системы возбуждения с генераторами постоянного тока (возбудителями) и с преобразователями переменного тока в по­стоянный (вентильное возбуждение). И та, и другая система име­ет несколько видов.