ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Синхронний генератор

У синхронному генераторі (СГ) відбувається перетворення механічної енер­гії на електричну. Ротор генератора з постійним магнітним полем приводиться в обертання первинним двигуном (паровою або гідравлічною турбіною, дизелем та ін.). Внаслідок електромагнітної індукції в обмотках статора (якоря) індуктуються змінні ЕРС. Оскільки в статорі трифазного генератора розміщуються три однакові, симетрично зміщені у просторі на 120 електричних градусів обмотки, їхні ЕРС однакові за своїми діючими і амплітудними значеннями і симетрично зміщені за фазою на 120°. Частота ЕРС якоря визначається швидкістю обертання і числом пар полюсів ротора (12.1). Частота струму стандартизована і повинна бути постій­ною. З виразу (12.1) видно, що для одержання заданої частоти змінного струму необхідно забезпечити постійну, таку що не залежить від навантаження і дорівнює т0 швидкість обертання. З цією метою первинні двигуни на електричних станціях обладнують автоматичним регулюванням швидкості.

Необхідна для заданої частоти швидкість обертання ротора тим менша, чим більше число пар полюсів р. Тому генератори, що працюють від тихохід­них первинних двигунів, роблять багатополюсними.

За родом первинного двигуна розрізняють два типи синхронних генера­торів - турбогенератори і гідрогенератори. Перші встановлюють на теплових електричних станціях, вони працюють від парових турбін, другі застосовуються на гідроелектростанціях. Потужності сучасних турбо - і гідрогенераторів часто досягають кількох сотень (500 і більше) тисяч кіловат.

Для парових турбін на теплових електростанціях характерна висока шви­дкість обертання (звичайно 3000 об/хв). Турбогенератор стандартної частоти f = 50 гц, який працює з такою швидкістю, повинен мати число пар полюсів
тобто його ротор повинен бути двополюсним. Крім того, при великій швидкості обертання дуже істотним є забезпечення механічної міцності ротора. Тому турбогенератори виготовляють з неявнополюсним ротором. Вони характе­ризуються порівняно невеликими радіальними і значними осьовими розмірами.

Гідрогенератори звичайно мають невеликі швидкості обертання (50 ^ 300 об/хв). Щоб одержати змінний струм стандартної частоти f = 50 Гц, гідрогенератори виконують на велику кількість пар полюсів. Так, при швидко­сті n = 50 об/хв число пар полюсів повинне дорівнювати

2л•f _ 2л-50-60

= 60

50-2л

Для їхнього розміщення доводиться збільшувати поперечні розміри гене­ратора. Гідрогенератори виконують явно полюсними, вони мають великі раді­альні розміри при помірних осьових. Як правило, їх виготовляють для вертика­льної установки. СГ виготовляють на напруги 0,4; 6,3; 10,5; 15; 20 кВ.

При холостому ході генератора струм якоря дорівнює нулю і магнітне поле створюється тільки обмоткою збудження ротора. За рахунок розподілу обмоток статора і ротора неявнополюсної машини, а також за рахунок додання особливої форми полюсним наконечникам явнополюсного ротора домагаються того, що зміна потокозчеплення обмоток якоря при обертанні ротора є практи­чно синусоїдальною. Це необхідно для одержання синусоїдальної ЕРС у якорі. Т ака форма кривої ЕРС є вимогою стандарту до генераторів змінного струму. В цьому випадку діюче значення ЕРС в обмотках якоря визначається з формули, аналогічної для обмоток асинхронної машини (11.7), тобто

E0 = 4,44f-wk^0 , (12.2)

де Е0 - ЕРС фазної обмотки якоря; f - частота ЕРС якоря; w - число витків фаз­ної обмотки; k - обмоточний коефіцієнт обмотки якоря; Ф0 - потік ротора, що проникає до осердя статора.

При постійній частоті f на вели­чину ЕРС якоря можна впливати пото­ком Ф0, що створюється струмом збу­дження ротора /зб. Залежність ЕРС яко­ря від струму збудження при номіналь­ній швидкості обертання і відсутності навантаження якоря (/ = 0) називається характеристикою холостого ходу. Звичайний її вигляд представлений на рис. 12.4. Оскільки Е0 = Ф0, то E0 = f (/зб) визначається властивостями магні-

Рис.12.4 - Характеристика тного кола машини і в іншому масштабі

холостого ходу СГ повторює криву Ф0 = ^/зб).

Характеристика холостого ходу може бути побудована за даними розра­хунку магнітного кола або на підставі досліду холостого ходу. Останній прово­дять при номінальній швидкості і відключеному навантаженні. Напруга на яко­рі вимірюється при поступовому зростанні струму збудження з нуля, а потім
при його зменшенні. Внаслідок гістерезису ці напруги можуть не збігатися. Для побудови характеристики холостого ходу приймають середні значення.