Синхронні генератори

На сучасних електростанціях використовуються трифазні синхронні генератори змінного струму частотою 50Гц, які призначені для перетворення механічної енергії первинного двигуна в електричну енергію. Для роботи вони з’єднуються безпосередньо з первинними двигунами електростанцій: паровими, газовими та гідравлічними турбінами. У першому випадку їх називають турбогенераторами, а у другому – гідрогенераторами.

Турбогенератори мають найкращі ТЕП у випадку високої частоти обертання турбін. Парові та газові турбіни випускають на великі частоти обертання. На теплових електростанціях, де спалюють звичайне паливо, частота обертання агрегатів становить, як правило, 3000 об/хв. , на АЕС – 1500 – 3000 об/хв.

Між швидкістю обертання ротора СГ і частотою струму в мережі існує зв’язок: , де - кількість пар полюсів. СГ на ТЕС мають два полюси ( =1).

Ротор турбогенератора має горизонтальне розміщення і виготовляється масивним із суцільної стальної поковки. Для роторів турбогенераторів великої потужності використовують хромонікелеву або хромонікелевомолібденову сталь. За умовами механічної міцності діаметр ротора при швидкості обертання 3000 об/хв. не перевищує 1,2-1,25м. Активна довжина ротора для забезпечення необхідної механічної жорсткості не повинна перевищувати 6,5м. На рис. 9.1 наведений загальний вигляд, а на рис. 9.2 – поперечний переріз двополюсного ротора турбогенератора.

Рис. 9.1 - Загальний вигляд ротора турбогенератора: 1-контактні кільця; 2-кільцеві бандажі; 3-ротор; 4-вентилятор; 5-вал	Рис. 9.2 - Поперечний переріз двополюсного ротора турбогенератора

Статор ТГ складається з корпуса та осердя. Корпус виготовляється зварним, закритим з торців з ущільненнями в місцях дотику з іншими частинами. Осердя статора набирається з ізольованих листків електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм. Листи набирають пакетами, між якими залишають вентиляційні канали.

На зовнішній поверхні ротора фрезерують пази прямокутної форми. В пазах ротора знаходиться обмотка збудження. Обмотка в пазах закріплюється за допомогою легких дюралюмінієвих дротів. Лобова частина обмотки захищена від зміщення бандажем . З обох сторін ротора на його валу встановлюються вентилятори, що забезпечують циркуляцію охолоджуючого газу в машині. В осьовому напрямку по всій довжині ротора висвердлюють центральний отвір, який служить для дослідження матеріалу в центральній частині поковки та для розвантаження поковки від небезпечних внутрішніх напружень.

В машинах з великим діаметром ротора осердям служить обід, що збирається на шпицях , котрі закріплюються на втулці ротора. Полюси, як і обід, роблять набірними із стальних листів і монтують на ободі ротора за допомогою Т подібних виступів, на полюсах окрім ОЗ розташована демпферна обмотка, яку набирають з мідних стержнів, що закладаються в пази на полюсних наконечниках і замикаються з торців ротора кільцями. Ця обмотка призначена для заспокоєння коливань ротора, котрі виникають при всякому збурені, що пов’язане з різкою зміною навантаження генератора.

Відповідно до стандарту введена стандартна шкала номінальних потужностей турбогенераторів: 2,5; 4; 6; 12; 32; 63; 110; 160; 220; 320; 500; 800; 1000; 1200МВт.

Гідравлічні турбіни мають відносно малу частоту обертання. Гідрогенератори ГЕС належать до тихохідних машин і виконуються з явно полюсними роторами і переважно з вертикальним розташуванням вала. На ГЕС частота обертання агрегатів становить, як правило від 50 до 750 об/хв. Діаметри роторів потужних ГГ досягають 14-16 м, а діаметри статорів 20-22 м.

Найбільшого розповсюдження набули вертикальні гідрогенератори підвісного типу, вертикальні гідрогенератори парасольного типу та горизонтальні гідрогенератори капсульного типу.

У вертикальних гідрогенераторах підвісного типу (рис. 9.3,а) підп’ятник розміщений над ротором у верхній частині агрегату на верхній хрестовині і весь агрегат ’’підвішений’’ до цієї хрестовини та до підп’ятника. У гідрогенераторах парасольного типу підп’ятник розміщений на нижній хрестовині (рис. 9.3,б) або на кришці турбіни і генератор у вигляді ’’парасолі’’ знаходиться над підп’ятником.

Рис. 9.3 - Підвісні (а) і парасольного типу (б) виконання гідрогенератора: 1,2-верхня та нижня хрестовини; 3-підп’ятник; 4-направляючі підшипники; 5-направляючий підшипник турбіни; 6-ротор; 7-статор; 8-турбіна

Гідрогенератори капсульного типу – малогабаритні герметичні генератори, що працюють безпосередньо у потоці води (рис. 9.4). Їх використовують на низьконапірних руслових або припливних гідроелектростанціях.

Рис. 9.4 - Генератор капсульного типу: 1-капсула; 2, 3-статор і ротор; 4-направляючий апарат турбіни; 5- турбіна; 6, 8-підшипники; 7-вал

Статор ГГ має принципово таку ж конструкцію як і статор ТГ, але на відміну від останнього виконується роз’ємним. Він поділяється по колу на 6 рівних частин, що полегшує його транспортування та монтаж.

Останнім часом застосовують капсульні ГГ з явнополюсним ротором.

Також можуть застосовуватись дизель-генератори. Дизель як поршнева машина має нерівномірний крутний момент тому ДГ оснащений маховиком і його ротор виконується з підвищеним маховим моментом.

Номінальні параметри генераторів: номінальна напруга (лінійна напруга статорної обмотки), номінальний струм статора (струм, протягом якого генератор може працювати тривалий час за номінальних параметрів охолодження), номінальна повна потужність (потужність, тривалу роботу якої для генератора визначено заводом-виробником: ), номінальна активна потужність (потужність, за якої він призначений для роботи у комплекті з турбіною: ), номінальний струм ротора (максимальний струм збудження генератора, за якого генератор віддає у мережу номінальну потужність у разі відхилення напруги статора на ±5% від номінального значення і номінального коефіцієнта потужності); номінальний коефіцієнт потужності (для генераторів до 125МВА , для турбогенераторів до 588МВА і гідрогенераторів до 360МВА , для потужніших генераторів ), номінальний ККД (визначається для кожного генератора за відношенням номінального навантаження до номінального коефіцієнта потужності і становить 96,6 - 98,75% ).

Крім основних параметрів СГ вказується також тип генератора, кількість фаз, схема з’єднання обмоток статора, напруга збудження, класи ізоляції обмоток статора і ротора, тиск охолоджуючого середовища.