Лекции / Лекция 19 Конструкция синхронных машин
.pdf
ту напряжения 50 Гц при малой частоте вращения n1, необходимо иметь большое число пар полюсов p. Так, например, гидрогенераторы, установленные на Саяно-Шушенской ГЭС, имеют частоту вращения n = 142,8 об / мин и число пар полюсов p = 21. По этой причине
наружный диаметр ротора мощных гидрогенераторов может достигать 16 м при длине 1,75 м. С целью снижения механической нагрузки на вал в мощных гидрогенераторах вал ротора располагают вертикально. Внешний вид гидрогенератора с таким конструктивным исполнением показан на рис. 1.5.
Синхронные двигатели изготовляют, как правило, с горизонтальным расположением вала. При частоте вращения 3000 об/мин они имеют ротор с неявно выраженными полюсами, а при частоте вращения от 100 до 1000 об/мин – с явно выраженными полюсами.
В машинах небольшой |
4 |
|
мощности такое исполнение |
|
|
ротора иногда применяют и |
3 |
|
при частотах вращения 1500 |
||
2 |
||
об/мин. В явнополюсных |
||
двигателях в полюсные на- |
|
|
конечники укладывают ко- |
1 |
|
роткозамкнутую обмотку, |
Рис. 1.9. Устройство пусковой обмотки в |
|
называемую пусковой, ана- |
явнополюсных синхронных машинах |
|
логичную короткозамкнутой |
1 – сердечник полюса; 2 – короткозамыкаю- |
|
обмотке ротора в асинхрон- |
щие кольца; 3 – стержни пусковой обмотки; |
|
ных машинах (рис. 1.9). |
4 – полюсный наконечник. |
|
Она предназначена для |
|
осуществления асинхронного пуска синхронных двигателей и повышения устойчивости работы двигателя.
Синхронные компенсаторы выполняют только в явнополюсном исполнении с горизонтальным расположением вала.
Системы возбуждения синхронных машин. Системой возбуж-
дения называют совокупность электрических машин, аппаратов и устройств, предназначенных для питания обмотки возбуждения синхронных машин постоянным током и регулирования этого тока (тока воз-
буждения), причем ток возбуждения |
If |
|
Uf |
изменяют только изме- |
|
Rf |
|||||
|
|
|
|
||
нением напряжения возбудителя Uf |
. |
Система возбуждения должна |
|||
иметь очень высокую надежность в работе, так как от ее надежности зависит и надежность работы синхронной машины.
Системы возбуждения крупных синхронных машин достаточно сложны (рис. 1.10), их подразделяют на независимые системы возбуждения и системы с самовозбуждением, на щеточные и бесщеточные. Здесь приведены лишь простейшие принципиальные электрические схемы некоторых подобных систем возбуждения.
а
1
7
5
2 3 0
4
Iв
в
1
10
0
2 3
Iв
б
|
|
|
9 |
|
|
|
1 |
10 |
|
|
8 |
|
8 |
|
|
|
5 |
||
6 |
2 3 |
0 |
||
|
4
Iв
7
12
8
6 11
Рис. 1.10. Схемы возбуждения синхронных машин а – независимая щеточная; б – щеточная с самовозбуждением; в –
независимая бесщеточная. 1 – обмотка якоря; 2 – ротор генератора; 3 – обмотка возбуждения генератора; 4 – кольца; 5 – щетки; 6 – якорь возбудителя; 7 – обмотка возбуждения возбудителя; 8 – регулятор напряжения; 9 - понижающий трансформатор; 10 – выпрямитель; 11 – якорь подвозбудителя; 12 - обмотка возбуждения подвозбудителя.
В независимой щеточной системе возбуждения (рис. 1.10, а) в качестве возбудителя используются генератор постоянного тока, устанавливаемый на одном валу с ротором 2 синхронной машины. В этом случае напряжение от обмотки якоря возбудителя подают через щетки 5 на контактные кольца 4, расположенные на валу ротора 2, с которы-
ми соединена обмотка возбуждения 3 синхронной машины. Регулирование тока возбуждения синхронной машины осуществляют изменением тока в обмотке возбуждения 7 возбудителя, регулируя таким образом напряжение на его зажимах. Для этого в системе возбуждения установлен регулятор напряжения 8.
На рис. 1.10, б приведена щеточная система возбуждения, в которой обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря 1 через понижающий трансформатор 9 и управляемый или неуправляемый полупроводниковый выпрямитель 10. В синхронных генераторах такую систему называют системой с самовозбуждением, так как для питания обмотки возбуждения в этом случае используют часть электрической энергии, вырабатываемой самим генератором. Мощность электрической энергии, используемой для возбуждения синхронной машины, составляет, как правило, не больше 3 % от номинальной мощности синхронной машины. В такой системе возбуждения необходимость в применении понижающего трансформатора 9 обусловлена тем, что напряжение на зажимах якоря синхронной машины может достигать нескольких десятков киловольт, а напряжение, на которое рассчитана обмотка возбуждения, какправило, не превышает400В.
Примерная схема бесщеточной системы возбуждения показана на рис. 1.10, в. Здесь, в отличие от щеточной системы возбуждения (см. рис. 1.10, а), возбудителем является трехфазный синхронный генератор обращенного типа, в котором обмотка возбуждения расположена на статоре, а обмотка якоря 6 расположена на валу ротора синхронной машины и вращается вместе с ним. Напряжение от возбудителя подают на расположенный также на валу ротора вращающийся полупроводниковый выпрямитель 10. В нем это переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, которое и подводят к обмотке возбуждения синхронной машины. Источником напряжения для возбудителя служит генератор постоянного тока, расположенный на валу ротора и называемый подвозбудителем. Регулирование напряжения возбудителя и, следовательно, тока возбуждения синхронной машины осуществляют, как и в схеме рис. 1.10, а, изменяя ток в его обмотке возбуждения 7.