|
Индукторные генераторы
В промышленности и на АЭС находят применение синхронные машины особой конструкции. Одной из таких машин является индукторный генератор, который служит источником электроэнергии переменного тока высокой частоты (400– 30000 Гц) и может использоваться в системах возбуждения крупных турбогенераторов, в установках индукционного нагрева и т.п.
Принцип действия индукторных генераторов основан на использовании зубцовых пульсаций магнитного потока. При этом магнитный поток возбуждения, индуктирующий переменную ЭДС, не изменяет своего направления, а меняется по величине от Фmin до Фmax.и неподвижен в пространстве.
В первом приближении различают два типа индукторных генератора — одноименнополюсные и разноименнополюсные. В том и другом случае ротор генератора представляет собой зубчатый цилиндр либо набранный из листов электротехнической стали, либо массивный. Статор как обычно набирается из листов электротехнической стали и в его пазах размещают витки обмотки переменного тока. Шаг витков обычно равен единице, т.е. на каждом зубце статора расположена определенная катушка обмотки переменного тока, в которой и наводится ЭДС.
В одноименнополюсных генераторах предусмотрено по два пакета стали на статоре и на роторе, соединенных между собой сердечниками как показано на рисунке 1. Обмотка возбуждения в этом случае представляет собой сосредоточенную кольцевую катушку, которую размещают на статоре между пакетами стали. Она должна быть подключена к источнику постоянного тока. Она создает магнитный поток, который замыкается по всему магнитопроводу создавая в пакетах ротора (и статора) полюсы всегда одной полярности.
Чтобы в обмотке возбуждения не индуцировалось ЭДС высокой частоты, необходимо обеспечить постоянство магнитного потока и соответственно магнитного сопротивления по всей длине магнитных силовых линий. Это достигается тем, что один пакет ротора смещен относительно другого пакета ротора на половину зубцового деления.
В разноименнополюсных индукторных генераторах имеется по одному пакету на статоре и роторе. При этом обмотка возбуждения — это сосредоточенная обмотка, уложенная в большие пазы статора, а обмотка переменного тока — устроена также, как в одноименнополюсных генераторах, и укладывается в малые пазы статора.
Зубцовые шаги статора и ротора выбираются так, чтобы суммарное магнитное сопротивление на пару полюсов возбуждения и соответственно суммарный магнитный поток машины, сцепленный с обмоткой возбуждения, не изменялись бы по мере вращения ротора. Это обеспечивает отсутствие ЭДС высокой частоты в обмотке возбуждения.
В то же время по мере вращения ротора его зубцы меняют свою полярность при переходе от одной катушки возбуждения к другой. Изменение направления ЭДС обмотки переменного тока и ее синусоидальность обеспечиваются также как в одноименнополюсных машинах — т.е. пульсацией магнитного потока по отношению к каждой катушке обмотки переменного тока и формой зубцов ротора. Применяется также и скос пазов.
Индукторная синхронная машина как и все электрические машины обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режимах генератора и электродвигателя. При этом можно получит очень малые значения частоты вращения в соответствии с формулой:
Обмотка возбуждения индукторного синхронного генератора может состоять из нескольких самостоятельных обмоток, которые получают питание из разных источников. Это необходимо для улучшения характеристик генератора.
Например, в индукторном генераторе ВГТ– 4500/500 применяемом в качестве возбудителя турбогенератора ТВВ– 320 — 2, основной ток возбуждения составляет 3000 А., а вспомогательные обмотки возбуждения имеют токи 160 А и 800 А. Естественно, что для выпрямления тока обмотки переменного тока индукторного генератора необходимо иметь полупроводниковые (кремниевые) выпрямители.
Индукторные машины не требуют применения щеточного контакта, т.е. являются бесщеточными.
Синхронные генераторы с постоянными магнитами
Этот тип машин по принципу действия не отличается от обычных С.Г. но у них на роторе нет обмотки возбуждения. Вместо нее устанавливают постоянные магниты. Это упрощает конструкцию и обслуживание машины, повышает ее надежность. Однако они имеют относительно большую массу, практически не обеспечивают регулирование и стабилизацию напряжения на выходе.
Применяются такие генераторы в установках маломощных передвижных электростанций, в автомобилях, в качестве тахогенераторов, а также в качестве подвозбудителей с системах возбуждения мощных турбогенераторов. В частности, для возбудителя индукторного типа ВГТ–4500 — 500 применяется подвозбудитель ГПСМ — 30/400 с постоянными магнитами на роторе. Мощность подвозбудителя 37,5 кВ.А. Частота вращения 3000 об/мин, напряжение 220 — 230 В, частота 400 Гц. Переменный ток через выпрямители подается в вспомогательную обмотку возбуждения индукторного возбудителя или С.Г. с самовозбуждением.
В отличие от обычных синхронных генераторов воздушный зазор в С.Г. с постоянными магнитами выбирают минимальным. Это определяется свойствами магнитотвердого материала ротора. Одним из способов уменьшения воздействия поля реакции якоря на поле постоянного магнита является применение полюсных наконечников из магнитомягкой стали.
Бесщеточные синхронные генераторы
Рассмотренные выше индукторные генераторы также относятся к бесщеточным машинам, однако их применение в качестве возбудителей мощных синхронных генераторов требует применения контактных колец и щеток у последних. Применение щеточного аппарата у С.Г. с мощностями 500, 800, 1000, 1200 МВт уже практически невозможно по условиям габаритов, охлаждения, очистки от пыли и др.
По этим причинам в качестве возбудителей мощных турбогенераторов стали применять бесщеточные системы возбуждения, состоящие из обращенного синхронного генератора переменного тока, вращающихся кремниевых выпрямителей и подвозбудителей, в качестве которых могут применяться С.Г. с постоянными магнитами или индукторные генераторы.
Структурная схема бесщеточной системы возбуждения показана на рисунке, где обозначены:
ПВ — подвозбудитель;
В — возбудитель, Выпр. — вращающиеся выпрямители;
СГ — синхронный генератор;
АРВ — система регулирования возбуждения;
ОВ — обмотка возбуждения перевозбцудителя (индукторного типа);
ВОВ; ООВ — вспомогательная и основная обмотки возбуждения возбудителя.
Основной возбудитель системы бесщеточного возбуждения ТГ представляет собой обращенный синхронный генератор переменного тока повышенной частоты, у которого обмотки возбуждения расположены на статоре и, следовательно неподвижны. Обмотка переменного тока (обмотка якоря) расположена на роторе и подключена к вращающимся выпрямителям. Выпрямленный ток поступает в обмотку возбуждения синхронного турбогенератора непосредственно.
Различают трехфазные и многофазные возбудители. У трехфазных возбудителей обмотка переменного тока собрана в звезду и подает питание на мостовую схему выпрямительного устройства. При этом каждая фаза имеет по нескольку параллельных ветвей, каждая из которых подключена к отдельной ветви мостовой схемы выпрямителя (всего 6 ветвей в фазе).
В многофазных возбудителях используют не три, а много фаз обмотки переменного тока. Например, шестнадцать фаз, которые включены на самостоятельные ветви мостовой схемы выпрямителя. Это решение позволяет увеличить быстродействие системы возбуждения С.Г. в переходных режимах.
Еще большее быстродействие обеспечивает тиристорное выпрямление переменного тока возбудителя, но при этом возникает потребность подачи импульсов управления на вращающиеся тиристоры, например, с помощью скользящего контакта щеток с кольцами на валу генератора.
|
