Синхронные генераторы

Основными элементами электростанций являются турбо- или гидроагрегаты, составными частями которых служат турбины (паровые, газовые или гидравлические) и электрические синхронные генераторы.

Принято генераторы, первичными двигателями которых являются паровые или газовые турбины, называть турбогенераторами, а генераторы с гидравлическими турбинами - гидрогенераторами.

Турбогенераторы

Турбогенератор (ТГ) является быстроходной (1500, 3000 об/мин) электрической машиной с неподвижным статором и вращающимся цилиндрическим ротором. Увеличение частоты вращения повышает экономичность работы паровых турбин и уменьшает габариты турбин и генераторов. Быстроходность обеспечивается конструкцией ротора.

Ротор турбоагрегатов выполняется неявнополюсным в виде цельной поковки из высококачественной легированной стали. В радиальные пазы ротора укладывается обмотка возбуждения из полосовой электролитической меди с изоляцией из слюды или микаленты.

Максимальный диаметр ротора (1,0-1,3 м) при высокой скорости вращения определяется механической прочностью поковки, а длина ограничена прогибом вала (до 12 м).

Статор выполняется шихтованным из листов стали толщиной 0,5 мм. Листы набираются в пакеты, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Обмотка (стержневая двухслойная с изоляцией из микаленты) укладывается в пазы во внутренней расточке.

Турбогенераторы выполняются с горизонтальным валом.

При частоте (f) 50 Гц турбогенераторы имеют одну пару полюсов (p) при номинальной частоте вращения (n) 3000 об/мин, так как

.

На АЭС чаще всего устанавливаются реакторы ВВЭР. Они сравнительно дешевы, но вырабатывают пар с пониженными параметрами, что приводит к необходимости увеличения выходного сечения цилиндров низкого давления и уменьшения скоростей лопаток последних ступеней для предотвращения эрозии, что возможно за счет перехода на скорость 1500 об/мин. Поэтому генераторы для АЭС могут иметь две пары полюсов (четырехполюсные).

Для турбогенераторов принята стандартная шкала мощностей: 2,5 - 4 - 6 - 12 - 32 - 63 - 100 - 160 - 200 - 300 - 500 - 800 - 1200 МВт.

Гидрогенераторы

Гидрогенераторы относятся к числу тихоходных электрических машин (60-750 об/мин) в зависимости от напора и расхода воды. Так как скорость вращения определяется потенциалом реки, где сооружается ГЭС, то генераторы могут иметь разное количество пар полюсов и мощность их не стандартизируется (8 -.640 МВт). Для ГЭС генераторы обычно изготавливаются по заказу.

В зависимости от расположения вала гидроагрегаты называют горизонтальными (малой мощности) и вертикальными (большой мощности). Большинство гидроагрегатов имеют вертикальное исполнение с размещением генератора над турбиной.

Основными элементами вала вертикальной машины являются подпятник и направляющие подшипники. Подпятник воспринимает нагрузку от веса генератора и рабочего колеса турбины, а также от вертикальной составляющей реакции воды. В мощных генераторах он погружается в масло. Радиальные усилия, действующие на ротор, воспринимаются двумя направляющими подшипниками, которые также обеспечивают вертикальное положение вала.

В зависимости от расположения подпятника различают гидрогенераторы подвесного (рис. 12, а) и зонтичного (рис. 12, б) типов:

а

б

Рис. 12. Гидрогенераторы подвесного и зонтичного типа:

1 - ротор, 2 – статор, 3 - верхняя крестовина, 4 - нижняя крестовина, 5 - верхний направляющий подшипник, 6 – подпятник, 7 - нижний направляющий подшипник

Подвесное исполнение обеспечивает более высокую механическую устойчивость и свободный доступ к подпятнику. Зонтичное - позволяет уменьшить размеры верхней крестовины и высоту здания электростанции, что важно при больших мощностях.

Ротор гидрогенератора принципиально отличается от ротора турбогенератора. Он выполняется явнополюсным в виде колеса, к ободу которого крепятся полюса. Полюса собираются из листовой стали. Обмотки возбуждения выполняются в виде катушек из голой шинной меди, которые надеваются на выступающие полюса. Вместо полосовой меди могут применяться трубки, одновременно используемые для охлаждения. Витки изолируют асбестом или миканитом. Чем меньше частота вращения, тем больше полюсов должно быть на роторе. Поэтому ротор может иметь диаметр 4-8 м.

Статор гидрогенератора конструктивно не имеет принципиальных отличий от статора турбогенератора.