Неявнополюсные синхронные генераторы | Общие сведения об электрических машинах

Подробности

Категория: Электрические машины

• электродвигатель

Содержание материала

• Общие сведения об электрических машинах
• Нагрев вращающихся машин переменного тока
• Номинальные режимы работы
• Конструктивные исполнения электрических машин
• Регулирование скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей
• Изменение скорости вращения путем изменения первичного напряжения и другие
• Работа трехфазного асинхронного двигателя в неноминальных условиях
• Синхронные машины
• Неявнополюсные синхронные генераторы
• Системы возбуждения синхронных генераторов
• Машины постоянного тока
• Коллекторные машины постоянного тока
• Устройство и конструкция коллекторной машины постоянного тока
• Обмотки барабанных якорей
• Петлевые обмотки барабанных якорей
• Волновые обмотки барабанных якорей
• Комбинированная обмотка машин постоянного тока и выбор
• Характеристики генераторов постоянного тока
• Генератор смешанного возбуждения
• Сельсины
• Работа однофазных сельсинов в индикаторном режиме
• Поворотные трансформаторы
• Синхронные реактивные двигатели
• Однофазные реактивные двигатели
• Синхронный гистерезисный двигатель

Страница 9 из 25

В быстроходных агрегатах центробежные силы, пропорциональные квадрату угловой скорости, достигают такого значения, что выполнить ротор явнополюсным по условиям механической прочности, закрепить его полюса и обмотку возбуждения оказывается невозможно. Кроме того, в быстроходных машинах при выступающих полюсах значительно возрастают потери на трение ротора о частицы охлаждающей среды. Для быстроходных синхронных машин рациональным типом ротора является цилиндрический с пазами по внешней окружности цилиндра, в которые укладывается обмотка возбуждения (рис. 195, а). При обтекании обмотки возбуждения постоянным током ротор становится электромагнитом и называется неявнополюсным.

К неявнополюсным машинам относятся турбогенераторы; так называются синхронные генераторы, приводимые во вращение паровыми турбинами. Паровые турбины представляют собой высокоскоростные машины, технико-экономические показатели которых повышаются при возрастании их скорости вращения. Поэтому при непосредственном соединении с паровыми турбинами синхронные генераторы, как правило, выполняют двухполюсными, чтобы турбогенератор работал при скорости вращения 3000 об/мин — наибольшей возможной при 50-периодной частоте тока.
Развиваемые при такой скорости вращения центробежные силы таковы, что роторы турбогенераторов приходится выполнять массивными из цельных поковок высококачественной стали, например хромоникелевой или хромоникельмолибденовой.

В роторе фрезеруют пазы; примерно третья часть полюсного деления остается свободной от пазов, образуя так называемый большой зуб, через который проходит главная часть магнитного потока полюсов и наличие которого благоприятно влияет на пространственное распределение индукции поля полюсов в воздушном зазоре, приближая его к синусоидальному.

Рис. 195. Неявнополюсная синхронная машина (а) и неявнополюсный ротор (б).

Обмотку возбуждения, уложенную в виде концентрических катушек в пазы ротора, крепят при помощи клиньев, воспринимающих большие центробежные силы, действующие на обмотку возбуждения. Клинья выполняют из немагнитной стали или немагнитных сплавов для ослабления магнитного потока рассеяния паза. Лобовые части обмотки возбуждения закрывают бандажными кольцами (колпаками), выполненными также из прочной немагнитной стали. Бандажные кольца должны не только выдерживать действие центробежных сил, но и давление обмотки возбуждения, также подверженной действию центробежных сил. Внешний вид неявнополюсного ротора турбогенератора показан на рисунке 195, б.
Мощность (квт) синхронного генератора может быть выражена формулой
(240)

приходящийся па 1 см его окружности.

При определенных сложившихся в практике проектирования значениях А2 и В на первом этапе развития турбогенераторостроения увеличение единичной мощности достигалось главным образом путем увеличения объема активной части (бочки) ротора. Увеличение диаметра позволяет увеличить линейную нагрузку приблизительно пропорционально диаметру. Таким образом, мощность турбогенератора, согласно формуле (240), растет пропорционально кубу диаметра ротора. Нагрев ротора дошел до 100° С, причем следует иметь в виду, что нагрев по толщине ротора неравномерен, и, следовательно, ротор подвержен тепловым деформациям.
К настоящему времени диаметр поковок ротора достиг — 1,1 — 1,2 м, и пока нельзя рассчитывать на такое улучшение механических свойств стальных поковок, чтобы оказалось возможным значительно увеличить их диаметр. Увеличение длины активной части ротора также ограничено статическим прогибом и частотными характеристиками роторной системы турбоагрегата. Необходимо, чтобы частоты свободных колебаний ротора отличались от частот вблизи номинальной скорости вращения. Отсюда следует, что при увеличении диаметра D2 надо уменьшать отношение. Таким образом, длина ротора также достигла предельной.
Увеличение единичной мощности генераторов остается основным направлением развития современной техники генерирования электрической энергии; при этом обеспечивается высокий к. п. д., упрощаются конструкции электрических станций, достигается общая экономия капиталовложений, сокращаются затраты труда и удельные расходы стали, меди, изоляции.

Для повышения мощности, как видно из уравнения (240), следует увеличивать электромагнитные нагрузки А2 и В. Но повышение значения индукции В в зазоре выше 0,85 тл ограничено качественными характеристиками стали и прежде всего ее магнитной проницаемостью. Повышение линейной нагрузки А2 связано с увеличением плотности тока, что влечет пропорциональное квадрату плотности тока возрастание потерь и требует более интенсивного охлаждения.
К 1937 г. серия двухполюсных турбогенераторов была развита до мощности 100000 квт при воздушном охлаждении. Внедрение водорода в качестве охлаждающей среды благодаря его лучшим, чем у воздуха, физическим и термодинамическим свойствам (легче, выше теплопроводность) позволило повысить номинальную мощность генератора на 25—30% при той же затрате активных материалов. В 1946 г. в СССР был выпущен первый турбогенератор с водородным охлаждением мощностью 100 000 квт. При водородном охлаждении снизились потери на трение бочки ротора при его вращении. Отсутствие процесса окисления (нет озона) удлинило срок службы изоляции.

Рис. 196. Схема замкнутой системы вентиляции турбогенератора при воздушном охлаждении (поверхностном):

I — охладитель; 2 — фильтр; 3 — камера нагретого воздуха; 4 — камера холодного воздуха; А — область разрежения; Б — область давления; В — подвод воздуха на уплотнения.

Поскольку смесь водорода с воздухом взрывоопасна, конструкция генератора усложнилась; она должна была быть герметичной, исключающей возможность утечки водорода в окружающее пространство; первоначально поверхностное водородное охлаждение было осуществлено при избыточном давлении до 0,05 атм. Позднее давление водорода было повышено до 2—3 атм, поскольку повышение плотности газа увеличивает его теплоемкость и теплопередачу от поверхности к газу, и это открывает возможность дальнейшего повышения номинальной мощности (на—25%). Необходимость более тщательного изготовления корпуса статора и более совершенных уплотнений вала к этому времени технических затруднений не представляла. Некоторое увеличение потерь вентиляционных и на трение о бочку ротора мало влияло на к.           п. д. и также препятствием не являлось.

Поскольку доля температурного перепада от меди к охлаждающей среде, не зависящая от давления водорода, составляет для роторных катушек ~ 50%, для статорных — 75%, дальнейшее повышение давления водорода при поверхностном охлаждении уже не дает сколь-либо заметного выигрыша в мощности.
Дальнейший рост единичной мощности турбогенератора требует применения непосредственного охлаждения обмоток. Охлаждающая среда — водород под давлением в несколько атмосфер или жидкость (вода или масло) —пропускается сквозь внутреннюю полость стержней. Непосредственное соприкосновение охлаждающей среды с материалом обмоток устраняет температурный перепад в изоляции обмоток.

Применение непосредственного газового охлаждения меди позволяет поднять мощность машин на 100% и более. Завод «Электросила» выпустил турбогенератор типа ТВФ-200-2 мощностью 200 000 квт в размерах машины 100 000 квт с поверхностной системой охлаждения. Обмотка ротора выполнена с непосредственным охлаждением меди с забором водорода из зазора генератора.
Весьма эффективным является непосредственное жидкостное охлаждение (водой или маслом). Сечение охлаждающих каналов в обмотке может быть меньше, чем при продувании газа. Применение такого охлаждения для ротора конструктивно сложнее, чем для статора. Специфическими вопросами здесь являются подвод воды из внешней системы во вращающиеся части при соблюдении минимальных утечек, влияние центробежных сил на гидродинамическое состояние и теплоотдачу воды, создание теплостойких и механически прочных шлангов. Совершенствование системы полного водяного охлаждения в турбогенераторах (статора и ротора) открывает возможность изготовления машин мощностью до 1 000 000 квт.

В СССР турбогенераторы выпускаются серийно, начиная с мощности 750 квт; созданы турбогенераторы мощностью 300 000 (к концу 1967 г. их число доходило до 27) и 500 000 квт; проведено эскизное проектирование турбогенератора мощностью 750000—1 000000 квт, диаметр ротора 1,25 м. На рисунке 196 дана схема замкнутой системы вентиляции турбогенератора при воздушном охлаждении (поверхностном).

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Оборудование
• org/ListItem»> Эл. машины
• Способы возбуждения машин постоянного тока

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

Синхронные машины. Принцип работы. Явнополюсные и неявнополюсные машины

• admin
• 08.03.2023
• 0 comments

Синхронные машины это такие машины переменного тока, в которых частота движения ротора равно частоте тока в статоре. А, следовательно, определяется частотой питающей сети. Для производства электричество чаще всего используют синхронные генераторы. А синхронные двигатели отличаются тем, что у них скорость вращения постоянна и не зависит от нагрузки.

Все синхронные машины в принципе имеют одинаковую конструкцию. Они состоят из неподвижной части, которую называют статором. Он представляет собой корпус внутри, которого закреплён сердечник. Сердечник имеет цилиндрическую форму и набирается из тонких пластин для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезис. В сердечнике с внутренней стороны имеются пазы, в которые уложена обмотка статора. Сердечник вместе с обмоткой называется якорем.

Рисунок 1 — неподвижный якорь синхронной машины

 

Внутри статора находится ротор, представляющий собой цилиндрической формы сердечник из сплошной стали который находится на валу. На сердечнике ротора намотана обмотка возбуждения, которая запитывается постоянным током потому нет необходимости делать сердечник ротора из шихтованной стали. Так как магнитный поток ротора постоянный.

Рисунок 2 — ротор синхронной машины

Ток к ротору подводится через скользящие контакты в виде колец находящихся на валу, к которым прижаты графитовые щетки. Кольца изолированы друг от друга и от вала. А к ним подключены концы обмотки возбуждения. Сердечник ротора с обмоткой возбуждения называются индуктором.

Обмотка возбуждения размещается на роторе, так как ток возбуждения имеет малую величину по сравнению с током якоря. Иногда синхронные машины выполняют и наоборот. Это когда индуктор находится на статоре, а якорь на роторе. Ток возбуждения подводится к статору, а якорный ток, например для двигателя подводится к ротору.

Все синхронные машины можно разделить на два вида. Первый из них это синхронные машины, у которых ротор выполнен с неявно выряженными полюсами. Неявно выраженные полюса это когда обмотка ротора равномерно уложена в пазы  сердечника. Не имея при этом явно выраженных полюсов. Это, как правило, высоко оборотистые машины. Так как на высокой скорости вращения ротор с явно выраженными полюсами будет испытывать высокие динамические нагрузки.

Рисунок 3 — Ротор неявнополюсной машины

Синхронные машины с явно выряженными полюсами применяют на низких частотах вращения. Это, как правило, гидрогенераторы. Поскольку ротор вращается под напором столба воды, а создать на реке большой перепад воды достаточно сложно.

На роторе явно полюсной машины отчетливо выделяются магнитные полюса, на которые укладывается обмотка возбуждения.

 

Рисунок 4 — Ротор явнополюсной машины

Рассмотрим принцип действия синхронной машины на примере генератора переменного тока. К индуктору генератора подводится постоянный ток от внешнего источника тока. Этот ток создает основной магнитный поток, который пронизывает обмотки якоря. Обмотки якоря имеют одинаковое число витков и уложены друг относительно друга со смещением в 120 градусов.

При вращении ротора в обмотках статора наводится эдс вследствие электромагнитной индукции. Чтобы ток в обмотках якоря изменялся по синусоидальному закону, в явно полюсных машинах применяют полюсные наконечники особой формы. То есть воздушный зазор между полюсным наконечником и якорем не однородный, а изменяется с движением от середины к краю. Таким образом, магнитное поле в зазоре будет изменяться по закону близкому к синусоидальному.

Рисунок 5 — распределение поля в полюсном наконечнике явно полюсной машины

 

В неявнополюсных машинах для получения формы тока близкой к синусоидальной используют неоднородное распределение обмотки возбуждения в пазах индуктора.

Рисунок 6 — распределение поля в неявнополюсном индукторе

Когда синхронная машина работает в режиме электродвигателя, трех фазное напряжение подается на якорь. При этом обмотка индуктора замыкается накоротко, что обеспечивает асинхронный режим пуска синхронной машины. После разгона на индуктор подается постоянный ток, и машина входит в синхронизм.

Рабочие характеристики явнополюсных машин
title={Рабочие характеристики явнополюсных машин},
автор={Дж. Х. Уокер},
journal={Журнал Института инженеров-электриков},
год = {1953},
объем = {100},
страницы = {13-24}
}

• J. H. Walker
• Опубликовано 1 февраля 1953 г.
• Engineering
• Журнал Института инженеров-электриков

Используя хорошо известную двухосную теорию Блонделя, в статье на простой геометрической основе развиваются стационарные характеристики синхронных явнополюсных машин. Из них видно, что заметную экономию можно получить, связав коэффициент короткого замыкания и, следовательно, синхронное реактивное сопротивление генератора переменного тока с характеристиками стабильности, требуемыми нагрузкой. Также показано, что дополнительная экономия может быть достигнута как в генераторах переменного тока, так и в синхронных конденсаторах путем проектирования… 

Просмотр через Publisher

Эквивалентная схема для явнополюсной синхронной машины

C. B. Gray

Engineering

• 1968

Эквивалентная схема для ненасыщенной явнополюсной синхронной машины, работающей в сбалансированном устойчивом режиме -условия состояния выводятся из рассмотрения уравнений напряжения и тока, неявных в векторной диаграмме.

Новый метод измерения Xd и Xq, основанный на диаграмме P-Q явнополюсной машины с потерями

А. Фок, П. Харт

Математика

• 1984

Диаграмма P-Q явнополюсной синхронной машины с потерями получена из знакомой векторной диаграммы напряжения машины. Диаграмма содержит круг сопротивления с центром и диаметром, который…

Схема потока мощности для линии передачи, питаемой синхронным генератором с явными полюсами (,Bl),Cl «Yl),Dl «AI) = общие константы цепи линии передачи; = реактивное сопротивление последовательно включенной конденсаторной батареи; IJ = напряжение, ток, мощность, реактивная…

Расчет электромагнитного поля паза статора и моделирование работы явнополюсной синхронной машины

Дачжуан Цян, Минсин Юй, Ли Ян

Инженерное дело

39-я Китайская конференция по управлению (CCC)

• 2020

90 020 Явнополюсная синхронная машина представляет собой двигатель с простой конструкцией, быстрым откликом и диверсифицированным управлением, который широко применяется в промышленных приводах с постоянной скоростью…

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН

Г. Клемпнер, И. Керзенбаум

Физика

Справочник по большим гидрогенераторам

• 2020

электрическая машина,…

Динамический анализ синхронного двигателя с использованием векторных диаграмм

О. Лобоско

Информатика

IEEE International Electric Machines and Drives…

• 1999

Автор считает, что визуализация, полученная из геометрических конструкций, особенно полезна для целей обучения, поскольку в настоящее время широкое использование компьютеров для численного решения уравнений машин имеет тенденцию отвлекать внимание учащихся от реальных физических явлений, происходящих во время работы электрических машин.

Влияние насыщения на предел установившейся устойчивости турбогенераторов

D. Macdonald

Машиностроение

• 1999

Предел устойчивости при работе синхронных генераторов с недостаточным возбуждением выражается через реактивные сопротивления по двум осям. Эти реактивные сопротивления в прошлом, как правило, применялись для номинальных…

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЫ PQ ВОДОРОДНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ, ЧТОБЫ УСТАНОВИТЬ ИХ МАКСИМАЛЬНЫЕ РАБОЧИЕ ОБЛАСТИ И ИХ СПОСОБНОСТЬ ОБЕСПЕЧИВАТЬ СИСТЕМНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

D. Zlatanovici , П. Будулан, Р. Златановичи

Машиностроение

• 2004

Теоретическая диаграмма PQ представляет собой диаграмму зависимости реактивной мощности от активной мощности гидрогенератора, полученную из фазовой диаграммы синхронной машины с явно выраженными полюсами.…

Динамический анализ синхронного двигателя с использованием векторных диаграмм — интуитивный подход

900 10 О. Лобоско

Информатика

2001

Автор считает, что визуализация, полученная из геометрических построений, особенно полезна для целей обучения, поскольку в настоящее время широкое использование компьютеров для численного решения уравнений машин имеет тенденцию отвлекать внимание учащихся от реальных физических явлений, происходящих во время работы электрических машин.

Геометрическое построение пределов устойчивости синхронных машин

И. Кармайкл, Р. Гоув

Машиностроение

• 1965

В статье анализируются условия устойчивости синхронных генераторов или двигателей в установившемся режиме с использованием и без помощи оборудования для регулирования напряжения. Простой геометрический…

Стабильность энергосистемы

Э. Кимбарк

Информатика

• 1948

Анализ базовой структуры бесщеточного синхронного генератора

Развитие общества и повседневная жизнь людей неотделимы от электрической энергии. Бесщеточный синхронный генератор представляет собой источник переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую за счет вращения первичного двигателя. В этой статье Starlight Power представит анализ базовой структуры бесщеточного синхронного генератора.

Бесщеточные синхронные генераторы малого и среднего размера в основном бывают двух типов:

(1) Вращающийся якорь типа

Магнитный полюс неподвижен (неподвижная часть называется статором), обмотка якоря (индукционный проводник) вращается на роторе, а вращающийся выпрямитель используется для отвода переменного тока от ротора. Возбудитель переменного тока является таким двигателем.

(2) Тип вращающегося магнитного поля

Магнитный полюс установлен на роторе для вращения, а якорь намотан и собран на статоре, чтобы оставаться неподвижным. Переменный ток может выводиться напрямую по кабелю. Корпус бесщеточного генератора представляет собой двигатель такого типа. Такие моторы также можно разделить на:

Генератор с явными полюсами: он имеет явный магнитный полюс, а сердечник магнитного полюса покрыт обмоткой с сосредоточенным магнитным полюсом. Генератор неявных полюсов: явного магнитного полюса нет, а обмотки магнитного полюса разбросаны и встроены в паз железного сердечника ротора (магнитного полюса).

Малые и средние генераторы в основном относятся к промежуточному типу. Независимо от явнополюсного или неявнополюсного генератора, его конструкция может быть разделена на две части, а именно: статическая часть, включая статор (основание, сердечник статора, обмотка статора), торцевая крышка, крышка подшипника (гильза), статор возбудителя переменного тока и т. д.; Вращающаяся часть также называется ротором, включая вал, сердечник ротора (сердечник магнитного полюса), обмотку магнитного полюса, подшипник, вентилятор, якорь возбудителя, вращающийся выпрямитель и т. д.

Вышеприведенный контент представляет собой анализ базовой структуры бесщеточного синхронного генератора, и мы надеемся, что у большинства пользователей будет определенное понимание. Бесщеточный синхронный генератор широко используется в стране и за рубежом из-за его малых радиопомех, отсутствия щеток, меньшей нагрузки на техническое обслуживание, надежной работы, превосходной производительности и простоты реализации без присмотра.

Jiangsu Starlight Power Generation Equipment Co., Ltd. была основана в 1974 году и является одним из первых производителей генераторов и дизель-генераторных установок в Китае. Уставной капитал компании составляет 218,88 млн юаней. Компания занимает площадь 86 000 квадратных метров и площадь застройки 55 000 квадратных метров. Есть более чем 660 сотрудников, в том числе 456 профессиональных техников и 106 старших техников.