126. Влаштування синхронних генераторів
1. Статор. Статор синхронного генератора, як і інших машин змінного струму, складається з осердя, набраного з листів електротехнічної сталі, в пазах якого укладається обмотка змінного струму, та станини - чавунного або звареного з листової сталі кожуха.
У штамповані на внутрішній поверхні сердечника пази укладається обмотка статора. Ізоляція обмотки виконується особливо ретельно, тому що машині доводиться працювати зазвичай при високих напругах. Як ізоляцію застосовують міканіт та міканітову стрічку.
На фіг. 240 дано зовнішній вигляд статора синхронного генератора.
2. Ротор. Ротори синхронних машин по конструкції діляться на два типи:
а) явно полюсні (тобто з явно вираженими полюсами) та
б) неявнополюсні (тобто з неявно вираженими полюсами).
На фіг. 241 показані схеми пристрою синхронних генераторів з явнополюсним та неявнополюсним роторами.
Та чи інша конструкція ротора диктується міркуваннями механічної міцності. У сучасних генераторів, що обертаються від швидкохідних двигунів (парова турбіна), окружна швидкість ротора може досягати 100-160 м/с (у деяких випадках 170 м/с). Тому швидкохідні генератори мають неявно полюсний ротор. Швидкість обертання швидкохідних генераторів становить 3000 об/хв і 1500 об/хв.
Явнополюсний ротор є сталевим поковуванням.
До обода ротора прикріплюються полюси, на які надягаються котушки збудження, які послідовно з'єднуються між собою. Кінці обмотки збудження приєднуються до двох
кільцям, укріпленим на валу ротора. На кільця накладаються щітки, до яких приєднується джерело постійної напруги. На фіг. 242 показаний зовнішній вигляд ротора. Зазвичайпостійний струм для збудження ротора дає генератор постійного струму, що сидить на одному валу з ротором і називається збудником. Потужність збудника дорівнює 0,25-1% від номінальної потужності синхронного генератора. Номінальна напруга збудників 60-350 Ст.
На фіг. 243 показано схему збудження синхронної машини.
Є також синхронні генератори із самозбудженням. Постійний струм для збудження ротора виходить за допомогою селенових випрямлячів, що підключаються до статорної обмотки генератора. У перший момент слабке поле залишкового магнетизму ротора, що обертається, індукує в обмотці статора незначну змінну е. д. с. Селенові випрямлячі, підключені до змінної напруги, дають постійний струм, який посилює поле ротора, і напруга генератора збільшується.
Неявнополюсний ротор виготовляється з цілої сталевої ковки, що піддається складній термічній і механічній обробці. Наприклад наведемо дані ротора турбогенератора, виготовленого заводом «Електросила», потужністю 100 тис. кВт при n = 3000 об/хв. Діаметр ротора D = 0,99 м, довжина l = 6,35 м. Кільцева швидкість ротора 155 м/сек. Кування ротора в обробленому вигляді важить 46,5 т.
В осьовому напрямку по колу ротора фрезерують пази, куди укладається обмотка збудження. Обмотка в пазах закріплюється за допомогою металевих (сталевих чи бронзових) клинів. Лобові частини обмотки закріплюються бандажними металевими кільцями.
На фіг. 244 показаний загальний вигляд неявнополюсного ротора турбогенератора у готовому вигляді.
При конструюванні електричних машин і трансформаторів багато уваги конструктори звертають на вентиляцію машин. Для синхронних генераторів застосовується повітряне та водневе охолодження.
Повітряне охолодженняздійснюється за допомогою вентиляторів, укріплених на валу по обидва боки ротора (для генераторів потужністю від 1,5 до 50 тис. кВт) або розташованих під машиною в отворі фундаменту (для генераторів потужністю 100 тис. кВт).
Маси холодного повітря, що надходять для вентиляції, щоб уникнути забруднення машини пилом проходять через фільтри. При замкнутій системі вентиляції машина охолоджується одним і тим самим об'ємом повітря. Повітря, пройшовши через машину, нагрівається і надходить у охолоджувачі повітря, потім знову нагнітається в машину і т. д. Для цілей охолодження служить також система вентиляційних каналів, влаштованих в окремих частинах машини. Найбільш ефективним способом охолодження машини є водневе охолодження. Водень, що має в 7,4 рази більшу теплопровідність, ніж повітря, краще відводить тепло від нагрітих частин машини. Втрати на тертя повітря при повітряному охолодженні становлять близько 50°/о від
суми всіх втрат у машині. Водень має питому вагу в 14,5 рази менше, ніж повітря. Тому тертя про водень різко зменшується. Водень сприяє також збереженню ізоляції та лакових покриттів машини. Зовнішній вигляд синхронного явнополюсного генератора з збудником показаний на фіг. 245 а неявнополюсного синхронного генератора потужністю 50 тис. кВт-на фіг. 246.
Гідрогенератори обертаються гідравлічними турбінами. Ці турбіни найчастіше мають вертикальний вал із низьким числом оборотів. Тихохідний синхронний генератор має велику кількість полюсів і як наслідок – великі розміри.
Так, наприклад, гідрогенератор типу потужністю 50 тис. кВт, виготовлений заводом «Електросила» ім. С. М. Кірова, має загальну вагу 1142 м, діаметр статора 14 м, загальну висоту 8,9 м, число полюсів 96 м.
На фіг. 247показана схема синхронного генератора з збудником, що живить силове та освітлювальне навантаження. На фіг. 248 дана електрична схема з'єднань синхронного генератора з навантаженням.
Обмотки статорів синхронних генераторів виконуються так само, як обмотки статорів асинхронних двигунів.
Усі шість кінців трифазних обмоток генератора зазвичай виводяться з його щиток. З'єднуючи три кінці обмоток в одну загальну нульову точку і виводячи три початку обмоток у зовнішню мережу, ми отримаємо з'єднання зіркою обмоток (фіг. 249, а). З'єднуючи кінець першої обмотки з початком другої, кінець другої з початком третьої, кінець третьої з початком першої обмотки і зробивши від точок з'єднань три відведення у зовнішню мережу, отримаємо з'єднання обмоток трикутником (фіг. 249 б).