Синхронный генератор

Используется для преобразования механической энергии первичного двигателя – турбины в электрическую энергию. Принцип работы синхронного генератора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который в самом общем виде устанавливает, что ЕДС определяется скоростью изменения магнитного потока Ф, который пронизывает контур проводника. Синхронный генератор переменного трехфазного тока (рисунок 3.1) состоит из неподвижного статора и вращающегося под действием турбины ротора.

Обычно ротор выполняется в виде электромагнита, имеющего одну или несколько пар полюсов. Магнитный поток создается обмоткой возбуждения, которая питается от специального источника постоянного тока – возбудителя через контактные кольца и щетки. В пазах статора, выполненного из листов электротехнической стали, размещаются медные стержни, соединяемые по торцам в три фазные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120 электрических градусов. При вращении ротора в каждом стержне наводится ЭДС, пропорциональная магнитной индукции, длине стержня и скорости вращения ротора.

Рисунок 3.1. Принципиальная схема синхронного генератора

Для получения синусоидальной ЕДС необходимо, чтобы распределение индукции по окружности было синусоидальным. Так как все стержни обмоток соединяются последовательно, то ЕДС на зажимах обмоток определяется суммой ЕДС каждого стержня. За один оборот ротора при одной паре полюсов происходит полный период изменения ЕДС.

Частота переменного тока f при вращении ротора со скоростью n оборотов в минуту и числе пар полюсов p определяется по формуле

f=pn/60.

Мощный синхронный генератор представляет собой сложное и громоздкое сооружение. Масса генератора мощностью 800 МВт составляет около 480 т, а ротора 80 т. Размеры ротора ограничены условиями механической прочности. Длина его не может превышать 8–10 м, а его диаметр 1,2–1,3 м при n=3000 об/мин. Ограничен и внешний диаметр конструкции статора, который не должен превышать железнодорожного габарита.

В этих условиях возможности роста единичной мощности генератора связаны с постоянным усложнением системы охлаждения его. Турбогенераторы мощностью 100 МВт охлаждались воздухом, для 150 МВт пришлось использовать водород, а при переходе на 200 МВт выполнять стержни полыми и прогонять уже и через них водород. В турбогенераторах 300 МВт для охлаждения обмоток статора стали применять дистиллированную воду. Сегодня реализована система охлаждения 3В, при которой воду используют для охлаждения обмоток статора, ротора и железа статора.

В перспективе полностью воздушное охлаждение будет освоено для турбогенераторов до 500 МВт, а водяное для ТГ АЭС до 1500 МВт. Мощность гидрогенераторов планируется увеличить до 800-1000 МВт.

Для освоения выпуска новых серий генераторов с высокими технико-экономическими показателями требуются самые современные технологии и новые материалы. Перспективно применение обмоток на основе высокотемпературной сверхпроводимости.