Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
»ектромагнитные нагрузки; по интенсивности нагрузок они превосходят все другие электрические машины. Поэтому в них выделяется большое количество тепла, что потребовало применения весьма интенсивного охлаждения.
Стремление получить максимальную мощность в заданных габаритах или минимальные габариты при заданной мощности, характерное для проектирования всех электрических машин, в синхронных машинах привело к появлению своеобразных конструкций, сильно отличающихся друг от друга и определяемых в основном типом первичного двигателя.
По конструкции крупные синхронные машины подразделяют на турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы и синхронные двигатели.
Рис.1.6 Схемы возбуждения синхронной машины:
1 обмотка якоря генератора, 2 ротор генератора, 3 обмотка возбуждения,
4 кольца, 5 щетки, 6 регулятор напряжэния, 7 возбудитель, 8 выпрямитель,
9 ротор возбудителя, 10 обмотка якоря возбудителя, 11 обмотка возбуждения
возбудителя, 12 под-возбудитель, 13 обмотка возбуждения подвозбудителя
Турбогенераторы. Эти машины, приводимые во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами, выполняют неявно-полюсными. Турбогенераторы, предназначенные для установки на тепловых электростанциях обычного типа, работают, как правило, при максимально возможной частоте вращения 3000 об/мин (имеют два полюса), что позволяет существенно уменьшить габариты и массу машины и паровой турбины. На атомных электростанциях реакторы вырабатывают пар с относительно низкими температурой и давлением. Поэтому для них более экономичными являются турбины и турбогенераторы с частотой вращения 1500 об/мин (имеют четыре полюса). Однако из-за этого значительно увеличивается диаметр ротора турбогенератора (при одинаковой мощности приблизительно в v2 раз).
Турбогенераторы выполняют с горизонтальным расположением вала ротора (рис.1.7). При мощности до 30 МВт (турбогенераторы типа Т2) они имеют поверхностное или косвенное (посредством обдува) воздушное охлаждение, а при больших мощностях (турбогенераторы типа ТВ и ТВ2) косвенное водородное.
Рис.1.7 Общий вид турбогенератора ТВВ-12002:
1 корпус, 2 камеры для сбора и распределения охлаждающего газа, 3 статор,
4 обмотка статора, 5 подшипник, 6 вал, 7 ротор
В турбогенераторах мощностью более 60 МВт применяют непосредственное внутреннее охлаждение проводов обмоток водородом, дистиллированной водой и трансформаторным маслом.
В турбогенераторах с косвенным водородным охлаждением избыточное давление водорода составляет (0,035 0,05)105 Па, при этом исключается проникновение воздуха внутрь корпуса через неплотности и масляные уплотнения концов вала. Смесь водорода с воздухом взрывоопасна при содержании водорода в смеси от 7 до 70%, поэтому содержание водорода в корпусе поддерживается на уровне примерно 97%. Несмотря на это, корпус машины с водородным охлаждением обычно рассчитывают так, чтобы давление, развивающееся при возможном взрыве водорода, не повредило машину.
В турбогенераторах с непосредственным (внутренним) охлаждением охлаждающее вещество циркулирует внутри проводников обмоток (рис.1.8, а) или по каналам, непосредственно соприкасающимся с проводниками (рис.1.8, б, в). При использовании для этой цели водорода избыточное давление в машине повышается до (34)105 Па, что обеспечивает значительное увеличение теплоемкости, коэффициента теплопередачи и способности к теплоудалению по сравнению с воздухом при атмосферном давлении (примерно в 34 раза). Еще большей способностью к теплоудалению обладают трансформаторное масло и вода (соответственно в 16,5 и в 125 раз больше, чем у воздуха).
Рис.1.8 Выполнение внутренних каналов в обмотках статора (а) и ротора (б, в)
в турбогенераторах с непосредственным охлаждением:
1 пазовая изоляция, 2 полые проводники, 3 каналы для прохода охлаждающего вещества, 4 изоляционные прокладки, 5 клин, 6 канал для забора и выброса охлаждающего газа из зазора между ротором и статором
В настоящее время в СССР применяют следующие системы непосредственного охлаждения турбогенераторов:
а) аксиальная система охлаждения обмоток статора, ротора и сердечника статора водородом повышенного давления, который подается с помощью центробежного компрессора, проходит по аксиальным каналам сердечника статора и полым проводникам обмоток и поступает в газоохладитель, охлаждаемый водой (турбогенераторы типа ТГВ-200; ТГВ-300). При водородном охлаждении газоохладители встраивают в корпус статора или в концевые части машины;
б) многоструйная радиальная система охлаждения водородом повышенного давления, в которой обмотка ротора имеет непосредственное охлаждение, а обмотка статора поверхностное (турбогенераторы типа ТВФ). При этом водород нагнетается двумя вентиляторами, установленными по концам вала, и разделяется на отдельные струи, которые охлаждают лобовые части обмоток статора и ротора, сердечник статора (проходя по радиальным каналам), обмотку ротора и наружные поверхности статора и ротора. Отдельные струи сходятся в центральной части машины и подаются оттуда в газоохладитель;
в) многоструйная радиальная система охлаждения сердечника статора и обмотки ротора водородом и одноструйная система