Охлаждение крупных синхронных машин

В крупных электрических машинах применяют замкнутую систему охлаждения (см.§18.2) с использованием водорода в каче­стве охлаждающего газа. Особые свойства водорода обеспечивают водородному охлаждению ряд преимуществ:

1.Технический водород более чем в десять раз легче воздуха, что способствует снижению потерь на вентиляцию, а следователь­но, повышает КПД машины. Например, в турбогенераторе мощно­стью 150 тыс. кВт потери на вентиляцию при воздушном охлаж­дении составляют 1000 кВт, а при водородном охлаждении турбогенератора такой же мощности эти потери составляют всего лишь 140 кВт, т. е. более чем в семь раз меньше.

2.Благодаря повышенной теплопроводности водорода, кото­рая в 6 —7 раз больше, чем у воздуха, он интенсивнее охлаждает машину. Это дает возможность при заданных габаритах изгото­вить машину с водородным охлаждением мощностью на 20 — 25% больше, чем при воздушном охлаждении.

3.Водородное охлаждение снижает опасность возникновения пожара в машине потому, что водород не поддерживает горения.

4.Водородное охлаждение увеличивает срок службы изоля­ции обмоток, так как при явлении короны благодаря отсутствию азота в машине не образуются нитраты — соединения, разъедаю­щие органические составляющие изоляционных материалов.

Эффективность водородного охлаждения повышается с рос­том давления водорода в машине. Но наряду с перечисленными достоинствами водородное охлаждение имеет и недостатки, сущ­ность которых сводится к тому, что водородное охлаждение ведет к усложнению и удорожанию как самой машины, так и ее экс­плуатации. Объясняется это, в первую очередь, необходимостью содержания целого комплекса устройств водородного хозяйства, обеспечивающего подпитку, очистку и поддержание требуемого давления водорода в системе охлаждения машины. Однако в ма­шинах большой единичной мощности (турбогенераторах, гидро­генераторах, синхронных компенсаторах) водородное охлаждение оправдано и дает большой экономический эффект.

Рассмотренные способы охлаждения машин являются кос­венными, так как происходят без непосредственного контакта ох­лаждающего вещества с наиболее нагретыми элементами машины - обмотками. Отбор теплоты от обмоток при этих способах ох­лаждения происходит через электрическую изоляцию (в лобовых частях) и сталь магнитопровода, что снижает эффективность про­цесса охлаждения. Поэтому более эффективным является не­посредственное охлаждение обмоток и других нагреваемых эле­ментов машины. Для осуществления этого способа охлаждения в проводниках обмотки и сердечниках делают внутренние каналы, по которым циркулирует охлаждающее вещество — водород, вода, масло. Непосредственный контакт охлаждающего вещества с про­водниками обмоток и внутренними слоями магнитопроводов по­вышает интенсивность теплоотвода и позволяет существенно уве­личить удельные электромагнитные нагрузки машины (плотность тока и максимальное значение магнитной индукции). Обычно не­посредственное охлаждение применяют в электрических машинах весьма большой мощности — турбо- и гидрогенераторах, что по­зволяет значительно увеличить единичную мощность этих машин.

Контрольные вопросы

1.Какие существуют способы возбуждения синхронных машин?

2.Объясните назначение тиристорного преобразователя в системе самовозбу­ждения синхронного генератора.

3.Объясните устройство явнополюсных и неявнополюсных роторов.

4.Объясните устройство синхронного двигателя серии СД112.

5.Какие применяются способы крепления полюсов в синхронных явнополюс­ных машинах?

6.Чем обеспечивается неравномерный воздушный зазор в синхронной машине?

7.Каковы достоинства и недостатки водородного охлаждения?

ГЛАВА 20