Цель работы: целью лабораторной работы является изучение методов подключения генератора к системе методом точной синхронизации в ручном режиме. Общие сведения При подключении синхронного генератора применяют два способа: точная синхронизация и самосинхронизация. Первый способ требует предварительную синхронизацию включаемого генератора, которая осуществляется следующим образом (Рис.8.1). Рис.8.1. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа Скорость машины Г доводится примерно до синхронного числа оборотов и ее возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на ее зажимах показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз машины должна соответствовать последовательности фаз сети. Перед подключением машины к сети необходимо более точное регулирование частоты вращения машины и фазы ее ЭДС. Для этой цели используют синхроскопы. В простейшем случае синхроскоп составляется из ламп накаливания. Чем меньше частота генератора отличается от частоты сети, тем медленнее будут происходить колебания света фазных ламп. Достигают совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут не менее 3...5 сек. Затем в момент полного затухания ламп осуществляют подключение генератора к сети. Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его скорость отличается от синхронной на 2...3%. Обмотка ротора во время такого включения должна быть замкнута накоротко или на некоторое сопротивление. Сейчас же после включения генератора на сеть в ротор подается постоянный ток возбуждения, и генератор сам доходит до синхронной скорости под действием электромагнитных сил. Вращающий момент синхронного двигателя при пуске равен 0, поэтому пуск двигателя состоит из двух этапов: первый этап - синхронный пуск с помощью короткозамкнутой обмотки, расположенной на роторе, и второй этап - втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источника постоянного тока и замыкается на активное сопротивление, превышающее активное сопротивление обмотки возбуждения в 10...15 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, т. к. вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значительную ЭДС, опасную для изоляции. Но с другой стороны, нецелесообразно было бы замыкать эту обмотку накоротко, т. к. в ней возникает значительный однофазный ток, который будет тормозить ротор по достижении им половины синхронной скорости. Обозначение Наименование Тип Параметры G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 0…250 В 3 А (якорь) 200 В ; 1 А (возбуждение) G3 Возбудитель машины переменного тока 209.2 0…40 В ; 3,5 А G4 Машина переменного тока (Синхронный генератор) 102.1 50 Вт; 230 В ~; cos = 1; 1500 мин1 G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 выходных сигналов M1 Двигатель постоянного тока 101.1 90 Вт; 220 В 0,76 А (якорь) 220 В; 0,2 А (возбуждение) А1 Трехфазная трансформаторная группа 347.2 3 х 80 ВА; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник) A2 Блок синхронизации 319 220 В ~; 10 А; синхроноскоп; 3 индикаторные лампы Р1 Указатель частоты вращения 506.2 0…2000 мин1 Р2 Измеритель напряжений и частот 504.1 0...500 В ~; 45...55 Гц, 220 В ~ Описание электрической схемы соединений Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как первичный двигатель М1 (см. Рис.8.2) с независимым возбуждением, присоединена к нерегулируемому выходу "ВОЗБУЖДЕНИЕ" источника G2, к регулируемому выходу "ЯКОРЬ" которого присоединена якорная обмотка этой же машины. Вход питания источника G2 присоединен с помощью электрического шнура к розетке "380 В" на тыльной стороне трехфазного источника питания G1. Обмотка ротора машины переменного тока, используемой как синхронный генератор G4, через гнезда "F1", "F3" присоединена к выходу возбудителя G3. Вход питания возбудителя присоединен с помощью электрического шнура к розетке "220 В~" трехфазного источника питания G1. Фазы статорной обмотки генератора G4 через блок синхронизации А2 и трехфазную трансформаторную группу А1 с напряжениями 127 В, присоединены к гнездам трехфазного источника питания G1. Частоту вращения генератора G4 можно контролировать с помощью указателя Р1, соединенного с выходом преобразователя угловых перемещений G5. Величину и частоту напряжения генератора G4 и сети можно контролировать с помощью измерителя напряжений и частот Р2. Указания по проведению эксперимента Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока (стр. 12). Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3 и блока синхронизации А2 переведите в положение "РУЧН.". Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора. Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки. Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2. Включите выключатель "СЕТЬ" указателя Р1. Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М1 (генератора G4) 1500 мин–1. Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3. Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G4 равным линейному напряжению сети. Включите выключатель "СЕТЬ" блока синхронизации А2. Обеспечьте условия синхронизации согласно табл. 8.1, после чего, нажатием на кнопку "ВКЛ." блока синхронизации А2, подключите генератор G4 к сети. Убедитесь, что генератор G4 вошел в режим синхронной работы с сетью о чем должно свидетельствовать постоянство напряжения между фазами генератора G4. По завершении эксперимента нажмите кнопку "ОТКЛ." блока синхронизации А2, поверните регулировочные рукоятки сначала возбудителя G3, а затем источника G2 против часовой стрелки до упора, отключите выключатели "СЕТЬ" возбудителя G3, источника G2, блока синхронизации А2 и указателя Р1, отключите источник G1 нажатием на красную кнопку – гриб и последующим отключением ключа – выключателя (см. Табл.8.1). Таблица 8.1 studfiles.net СИНХРОННЫЕГЕНЕРАТОРЫ 3.1.1. Общие сведения Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле, созданное обмоткой переменного тока, вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор, т. е. синхронно с ротором. В настоящее время подавляющее большинство электрической энергии переменного тока вырабатывается с помощью синхронных генераторов. Генераторы, приводимые во вращение гидротурбинами, называются гидрогенераторами. На тепловых станциях с помощью паровых турбин приводят во вращение турбогенераторы. Во всевозможных промышленных установках можно встретить синхронные генераторы, приводимые во вращение двигателями внутреннего сгорания. Во всех перечисленных случаях механическая энергия турбин или двигателей превращается в электрическую энергию переменного тока. Частота f1 энергии переменного тока, вырабатываемой синхронными генераторами, зависит от частоты вращения ротора n1 и числа пар полюсов р: f1=pn1/60. Однако в современной технике синхронные машины используют не только в качестве генераторов. В силовом электроприводе, в устройствах автоматики, в устройствах звукозаписи применяют большое количество синхронных машин, работающих в двигательном режиме,— синхронных двигателей. Основная особенность синхронного двигателя — при постоянной частоте тока питающей сети f1 его ротор вращается со строго постоянной (синхронной) частотой вращения n1=60 f1/ p 3.1.2. Конструкция синхронных генераторов Любая синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора (рис. 1). Статор и ротор разделены воздушным зазором, который у крупных По конструкции статор синхронной машины принципиальо не отличается от статора асинхронной машины. Сердечник статора 1 набирают из штампованных изолированных листов электротехнической стали. В пазах статора размещают распределенную обмотку переменного тока 2 (обычно трехфазную). На валу 4 укрепляют ротор 3 с обмоткой возбуждения. Рис.1. Устройство явнополюсной синхронной машины Концы этой обмотки подводят к контактным кольцам 5. Для подачи постоянного тока в обмотку возбуждения по контактным кольцам скользят щетки 6. Источником постоянного тока в рассматриваемой машине служит возбудитель 7, представляющий собой генератор постоянного тока, якорь которого укреплен на общем валу с ротором синхронной машины. Постоянный ток, проходя по обмотке возбуждения, создает магнитное поле ротора — поле возбуждения. Роторы синхронных генераторов бывают с явно выраженными и неявно выраженными полюсами. Явнополюсный ротор (рис.2) состоит из вала 1, на котором укреплены сердечники полюсов с полюсными катушками 2. Сердечники полюсов заканчиваются полюсными наконечниками 3, которые обычно обрабатывают таким образом, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором получался неравномерным. Он минимален под серединой полюса и максимален у его краев (рис.3, Синхронные машины с явно выраженными полюсами обычно многополюсные. Они, как правило, рассчитываются на небольшие частоты вращения. Так, гидрогенератор Куйбышевской ГЭС имеет 88 полюсов (2р=88) и вращается с частотой n1=68,3 об/мин. Рис. 2. Явнополюсный ротор Рис. 3. Распределение магнитной индукции в зазоре синхронной машины Гидрогенераторы всегда явнополюсные. Так как при малых частотах вращения n1 (которые развивает гидротурбина) гидрогенераторы должны выдавать электроэнергию промышленной частоты 50 Гц, то они должны иметь большое число пар полюсов: p = 60*50/ n1 Роторы гидрогенераторов имеют большой диаметр (для размещения полюсов) и малую длину. Турбогенераторы являются быстроходными синхронными машинами. Объясняется это высокой частотой вращения паровых турбин, к. п. д. которых возрастет с увеличением частоты вращения. Обычно турбогенераторы делаются двухполюсными (2р = 2) и имеют частоту вращения n1 = 3000 об/мин. При такой большой частоте вращения явнополюсная конструкция ротора непригодна из-за недостаточной механической прочности. Поэтому турбогенераторы имеют неявнополюсный ротор — кованый стальной цилиндр с профрезерованными продольными пазами для укладки обмотки возбуждения (см. рис. 7). Неявнополюсные роторы имеют сравнительно небольшой диаметр при значительной длине. В синхронных машинах применяются два способа возбуждения: электромагнитное возбуждение и возбуждение постоянными магнитами. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения постоянным током различают независимое возбуждение и самовозбуждение. При независимом возбуждении для получения постоянного тока применяют возбудитель В (см. рис. 1), который располагается на одном валу с синхронной машиной и представляет собой генератор постоянного тока, мощность которого не превышает 2-5% от мощности синхронной машины. При самовозбуждении для питания обмотки возбуждения постоянным выпрямленным током, получаемым от генератора, используются выпрямители. В случае возбуждения постоянными магнитами ротор не имеет обмотки возбуждения, а его полюсы представляют собой постоянный магнит. Это дает возможность получить машину без контактных колец, а следовательно, повысить ее надежность и к. п. д. На полюсных наконечниках явно выраженных полюсов ротора имеются пазы, в которых укладывают стержни демпферной (успокоительной) короткозамкнутой обмотки, выполняемой по типу короткозамкнутой обмотки ротора асинхронных машин. Эта обмотка служит для успокоения ротора (уменьшения качаний) в генераторах, а также для пуска в синхронных двигателях. Синхронные машины небольшой мощности иногда выполняют обращенными (по типу машин постоянного тока). У таких машин обмотка переменного тока размещается в пазах ротора и выводится к трем контактным кольцам, а обмотка возбуждения размещается на явно выраженных полюсах статора. Мощными эти машины не делаются, так как при такой конструкции через контактные кольца приходится пропускать большой переменный ток (основной ток машины) при высоком напряжении, тогда как в машинах обычного исполнения через контактные кольца ротора проходит небольшой по величине ток возбуждения при напряжении до 440 В. Синхронные двигатели малых мощностей весьма разнообразны по конструкции. 3.1.3. Принцип действия синхронного генератора Синхронные генераторы в зависимости от типа обмотки статора могут быть одно-, двух- и трехфазными. Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы. На рис.4 представлена электромагнитная схема такого генератора. Трехфазная обмотка статора состоит из трех однофазных обмоток, равномерно распределенных по статору и сдвинутых в пространстве на 120° относительно друг друга (рис.4). Посредством первичного двигателя, в качестве которого применяются турбины (паровые или гидравлические), двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели, ротор генератора приводится во вращение с частотой n1. Рис. 4. Электромагнитная схема синхронного генератора vunivere.ru Электротехническим устройством специального использования, работающим в автономном режиме от механического двигателя, является синхронный генератор. Прибор нашел применение в частном хозяйстве. Он используется для выработки электротока промышленной частоты. Кроме того, изобретение работает как генератор тока сварочного оборудования. Машина синхронного действия монтируется в дизельные и бензиновые электростанции. Синхронный генератор. Устройство Электрическая машина состоит из: 1. Статора. 2. Ротора. 3. Обмоток генератора. 4. Системы токового компаундирования. 5. Переключателя обмотки статора. 6. Выпрямителя сварочного тока. 7. Кабелей. 8. Сварочного устройства. 9. Обмоток ротора. 10. Регулируемого источника тока (постоянного). Синхронный генератор используется в режимах: генератора тока 50 Гц., сварочного синхронного генератора, прибора с повышенной частотой. Изобретение дает возможность создавать малогабаритные электрические агрегаты универсального применения. Синхронный генератор приводит в действие оборудование в местах с отсутствием централизованных электросетей. Его можно использовать в фермерских хозяйствах вдали от населенных пунктов. Характеристики синхронного генератора рассчитаны на создание электрогенератора с новыми потребительскими возможностями. Это значит, что при реализации данного изобретения, одно и то же устройство можно эксплуатировать как источник электропитания частотой 50 Гц и более, а также как поставщик тока, выпрямленного для дуговой сварки, он наделен круто подающей внешней характеристикой рабочей зоны. При этом обеспечиваются сварочные свойства, не уступающие трехобмоточным коллекторным сварочным генераторам постоянного тока. Как работает синхронный генератор? Принцип действия основан на электромагнитной индукции. Происходит преобразование энергии механической в электрическую. Электромашина работает как генератор (в его режиме). При этом частоты вращений магнитных полей статора и ротора одинаковые. На обмотки ротора подается напряжение, образуется магнитное поле. Вращаясь, оно проникает через обмотку статора и образует в ней ЭДС. Ротор бывает фазного и короткозамкнутого типа, в зависимости от вида обмотки. Вспомогательная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует магнитное поле на роторе, которое наводит ЭДС. В момент запуска электрической станции ротор создает магнитное поле слабого напряжения. С усилением оборотов, ЭДС в обмотке возбуждения увеличивается. Обмоточное напряжение проникает на ротор через авторегулировочный блок. Контроль над выходящим напряжением осуществляется за счет изменения магнитного поля. Стабильность обеспечивается изменением магнитного поля ротора регулированием тока в его обмотке. Такой метод регулировки обеспечивает стабилизацию выходного напряжения прибора. Преимущества и недостатки синхронного генератора К первым относится постоянство исходящего напряжения. Минусом является возможность перегрузки при повышенной нагрузке. Регулятор может повысить силу тока в обмотке ротора. К недостаткам генератора синхронного типа можно также причислить наличие щеточного устройства. С течением времени оно будет нуждаться в обслуживании. В наше время этот недостаток удалось устранить. Современные генераторы синхронного типа выпускают без щеточного узла. Оборудование нового поколения имеет длительный срок службы, надежность в работе в трудных условиях производства. Встроенные датчики и электроника обеспечивают функционирование в режиме реального времени. Новейшие технологические решения обеспечивают синхронному генератору высокую эффективность. Продукцию используют в промышленности и в оборудовании судов. fb.ru Электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называют генераторами. Трехфазные синхронные генераторы являются единственным типом источников энергии, устанавливаемых на всех электрических станциях переменного тока, как малых, так и мощных систем. Наименование синхронные они получили благодаря синхронному вращению магнитных полей ротора и статора. Принцип действия синхронного генератора основан на индуктировании э.д.с. в обмотке якоря в результате пересечения ее витков постоянным магнитным полем, создаваемым индуктором. При этом э. д. с. пропорцио-нальна числу витков W, частоте вращения ротора n, числу пар полюсов р и магнитному потоку индуктора Фm: Е = 4,44 W f Фm ( 1 ) . Частота переменной э. д. с: f = p · n / 60 , ( Гц ) ( 2 ). Стандартная частота переменной э.д.с. в России как и большинстве стран мира принята 50 Гц. Поэтому при p = 1 ротор должен вращаться с п = 3000 об/мин.; при р = 2 — п = 1500 мин -1, при р = 3 — п = 1000 мин -1 и так далее. Вследствие этого э. д. с. генератора регулируют магнитным потоком Ф индуктора. В генераторах основного исполнения ( в лаборатории, аудитория № 111 смотреть на разобранный генератор, установленный на столе) статор имеет чугунную станину, внутри которой установлен кольцевой магнитопровод, набранный из листов электротехнической стали. В пазах магнитопровода размещены одинаковые обмотки, смещенные по окружности статора одна относительно другой на 120 градусов. Эти обмотки называют фазными обмотками, а начала и концы соединены в лобовой части обмоток по схеме „звезда» или „треугольник». На клеммный щиток выведены соответственно 4 или 3 провода фаз генератора. На роторе располагается обмотка возбуждения индуктора, укрепляемая на полюсах магнитопровода, набранного из листов электротехнической стали. Она питается постоянным током через щетки и контактные кольца от небольшого генератора постоянного тока (возбудителя), прикрепленного к одному из подшипниковых щитов генератора. (На электростанциях может быть отдельное исполнение возбудителя). Кроме того, на роторе генераторов небольшой мощности имеется крыльчатка для охлаждения обмоток и магнитопроводов. Ротор может иметь явно выраженные или неявно выраженные полюса. Явнополюсными выполняют роторы тихоходных генераторов, предназначенных для работы с гидротурбинами. Неявнополюсными изготовляют роторы быстроходных (1500 - 3000 мин -1.) генераторов для паровых турбин и двигателей внутреннего сгорания. На рис. 1 представлены роторы синхронных машин неявно полюсный (а) и явно полюсный (б):1 – сердечник ротора; 2 – обмотка возбуждения. Синхронный генератор с самовозбуждением типа ПСГС - 6,25 имеет неподвижную магнитную систему (индуктор) и вращающийся якорь с обмоткой переменного трехфазного тока, подведенной к контактным кольцам. Станина выполнена из стальной трубы и представляет ярмо магнитной системы. К нему болтами прикреплены четыре полюса индуктоа. Они собраны из листов электротехнической стали толщиной 2 мм и скреплены между собой штифтами. Сердечники полюсов изолированы асбестовой бумагой, пропитанной в бакелитовом лаке. Катушки шунтовой обмотки возбуждения намотаны изолированным медным проводом круглого сечения, соединены Рис. 2. Монтажная электрическая схема генератора ПСГС-6,25. между собой последовательно, а концы — выведены на клеммное плато. Выводная коробка с клеммным плато расположена на станине. Для поглощения помех радиоприему, создаваемых генератором во время работы, применены конденсаторы. На внутренней стороне крышки выводной коробки наклеена монтажная схема генератора. На ступице переднего подшипникового щита скомплектована траверса и прикреплена к ней при помощи болтов. К штырям траверсы прикреплены щеткодержатели. Их можно опускать вниз по мере изнашивания контактных колец. На двух штырях траверсы собрана выпрямительная схема для питания цепей возбуждения. Она состоит из диодов, собранных по 3-фазной мостовой двухполупериодной схеме выпрямления (схема Ларионова). На каждом штыре закреплено по 6 диодов типа Д-205. На диоды напряжение подается с контактных колец через угольные щетки. Выпрямленное напряжение поступает на клеммное плато, а с него через регулировочный реостат на обмотки возбуждения полюсов индуктора. Якорь состоит из цилиндрического сердечника — магнитопровода, 3-х фазной обмотки переменного тока, от которой выведены концы и соединены с контактными кольцами, центробежного вентилятора и вала с насаженными на него шариковыми подшипниками. Сердечник якоря набран из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм, собран на валу, имеющем призматическую шпонку (она исключает проворачивание сердечника на валу). От продольного перемещения вдоль оси вала сердечник запрессован между якорными фланцами и закреплен упорным кольцом. Обмотка переменного тока уложена в полузакрытых пазах якоря и закреплена в них текстолитовыми клиньями. На лобовые части обмотки с каждой стороны наложено по одному бандажу, состоящему из проволочных витков, спаянных между собой. Техническая характеристика генератора ПСГС-6,25.: Ѕном =6,25 кВА; Uном =230 В; Iном =15,7 А; к.п.д.=76%; cosφ=0,8; f =0,8; nном =1500 мин-1. Такими генераторами оснащены передвижные автомастерские для выработки электроэнергии в полевых условиях с целью выполнения ремонт-ных работ с применением электроинструмента, а также аварийного электроснабжения маломощных энергопотребителей (зернотоков, ферм и др.) Рис. 3. Конструкция синхронного генератора малой мощности: 1 — кольца контактные; 2 — щеткодержатели; 3 — обмотка возбуждения ротора; 4 — полюсный наконечник; 5 — статор; 6 — вентилятор; 7 — вал ротора. Лабораторная работа №1 Подключение к сети синхронного генератора методом точной синхронизации. Схема генератора синхронного
Лабораторная работа №1 Подключение к сети синхронного генератора методом точной синхронизации
Перечень аппаратуры
Синхронные генераторы. Конструкция синхронных генераторов. Принцип действия синхронного генератора
синхронных машин обычно значительно больше, чем у асинхронных машин, одинаковых по мощности.
). Делается это для того, чтобы кривую магнитной индукции Bo в воздушном зазоре, имеющую форму трапеции при равномерном зазоре 1, максимально приблизить к синусоиде 2.
Синхронный генератор
Трехфазные синхронные генераторы
Похожие статьи:
poznayka.org
Назначение и устройство синхронных генераторов
Строительные машины и оборудование, справочник
Категория:
Передвижные электростанции
Назначение и устройство синхронных генераторовСинхронный генератор состоит из двух основных частей: неподвижного статора (якоря) с помещенной в нем обмоткой и подвижного (вращающегося) ротора (индуктора) с обмоткой возбуждения. Назначение обмотки возбуждения состоит в том, чтобы создать в генераторе первичное магнитное поле для наведения в обмотке статора электродвижущей силы (э. д. е)… Если ротор сихронного генератора привести во вращение с некоторой скоростью V и возбудить от источника постоянного тока, то поток возбуждения будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах обмотки будут индуктироваться переменные э. д. с. При подключении нагрузки к данной обмотке в ней возникнет вращающееся магнитное поле. Это поле статора генератора будет вращаться в направлении, вращения поля ротора и с такой же скоростью, как поле ротора, в результате чего образуется общее вращающееся магнитное поле.
Скорость вращения магнитного поля синхронного генератора зависит от числа пар полюсов. При заданной частоте чем больше число пар полюсов, тем меньше скорость вращения магнитного поля, т.е. скорость вращения магнитного поля обратно пропорциональна числу пар полюсов. Так, например, при заданной частоте /=50 гц скорость вращения магнитного поля равна 3000 об/мин при числе пар полюсов р= 1, 1500 об/мин при р = 2V 1000 об/мин при р = 3 и т. д.
Статор генератора (рис. 1, а) состоит из сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали. Для ограничения вихревых токов листы стали изолированы пленкой лака толщиной 0,08-0,1 мм и прочно спрессованы в виде пакета, называемого пакетом активной стали. В каждом листе стали, выштампованы фигурные вырезы, благодаря чему в пакете, собранном из таких листов, образуются пазы, в которые и укладывается обмотка. Пазы для повышения электрической прочности обмотки и предохранения ее от механических -повреждений изолированы листами электрокартона с лакотканью или миканита. Пакет активной стали укреплен в чугунной или стальной станине генератора.
Рис. 1. Устройство и схема возбуждения синхронного генератора: а — статор, б — явнополюсный ротор (без обмотки полюсов), в — неявнополюсный ротор; 1 — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), 3- контактные кольца, 4 — полюс, 5 — полюсная катушка индуктора, 6 — возбудитель, 7 — шунтовой регулятор, 8 — щетки
Ротор синхронного генератора конструктивно может быть выполнен явнополюсным и неявнополюсным.
Явнополюсный ротор (рис. 1, б) имеет выступающие или, как говорят, явновыраженные полюсы. Такие роторы применяют в тихоходных генераторах со скоростью вращения не более 1000 об/мин. Сердечники полюсов этих роторов набирают обычно из листов электротехнической стали толщиной 1-2 мм, которые прочно скрепляют в пакет стяжными шпильками. На валу ротора полюсы крепят болтами или при помощи Т-образного хвостовика полюса, укрепляемого в специальных пазах, профре-зерованных в стальном теле ротора.
Обмотку возбуждения наматывают изолированным медным проводом соответствующего сечения. В роторах синхронных генераторов, предназначенных для работы в электроустановках, где в качестве первичных двигателей применяются дизели, предусматривается так называемая успокоительная обмотка. Успокоительная или как еще ее называют демпферная обмотка служит для успокоения свободных колебаний, возникающих при внезапных изменениях режима работы синхронных генераторов (резкие сбросы нагрузки, падение напряжения, изменение тока возбуждения и др.), особенно в тех случаях, когда несколько генераторов работают параллельно на общую сеть.
Неявнополюсным называют ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов. Такие роторы выполняют обычно двух- или четырехполюсными.
Явнополюсные роторы для быстроходных машин не применяют из-за сложности изготовления крепления полюсов, способных выдерживать большие центробежные усилия.
Неявнополюоный ротор (рис. 1, в) состоит из вала и стальной поковки с профрезерованными в ней пазами, в которые уложена обмотка возбуждения. В остальном неявнополюсный ротор конструктивно выполнен так же, как и явнополюсный.
Конструкция проводников роторной обмотки выбирается в зависимости от типа ротора: для обмоток явнополюсных роторов применяют прямоугольные или круглые изолированные провода, а также голые медные полосы, гнутые на ребро и изолированные полосками миканита; обмотки неявнополюсных роторов выполняют из изолированных витков плоской твердокатаной меди, укладываемых в изолированные пазы роторов.
Концы обмотки ротора (индуктора) выведены и присоединены к контактным кольцам на валу ротора. К индуктору подводится постоянный ток от какого-либо внешнего источника. В качестве источника тока возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет применяют полупроводниковые выпрямители, а для более мощных генераторов — специальные машины постоянного тока (возбудители), помещаемые обычно на общем валу с ротором генератора или механически соединяемые с генератором посредством полумуфт. Возбудитель представляет собой генератор постоянного тока, мощность которого, как правило, составляет 1-3% номинальной мощности питаемого им генератора. Номинальное напряжение возбудителей невелико и у синхронных генераторов средней мощности не превышает 150 в. Постоянный ток для возбуждения синхронных генераторов может быть получен с помощью ртутных, полупроводниковых или механических выпрямителей. Для возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет чаще всего применяют селеновые или германиевые выпрямители.
Ток возбуждения в проходит от источника до индуктора по следующему пути: источник постоянного тока — неподвижные щетки на контактных кольцах, контактные кольца ротора — обмотки полюсов индуктора. Этот путь показан схематически на рис. 1, а. Синхронный генератор обладает свойством обратимости, т.е. может работать и в качестве электродвигателя, если обмотку его статора присоединить к сети трехфазного переменного тока.
Читать далее: Схема включения и принцип работы синхронного генератора
Категория: - Передвижные электростанции
Главная → Справочник → Статьи → Форум
stroy-technics.ru
Принцип действия и устройство синхронного генератора трехфазного тока
В судовых электрических станциях переменного тока применяются синхронные генераторы трехфазного тока с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением имеют навешанный возбудитель (электрическая машина постоянного тока) в автоматическим и ручным регулятором напряжения. У самовозбуждающихся генераторов возбуждение осуществляется через полупроводниковый выпрямитель от статора генератора; саморегулирование напряжения осуществляется статическими приборами.
Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания.
Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов. Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки. Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более.На рис. 7.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.
Рис.7.1Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой
Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:
Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:
где n — частота вращения ротора генератора,Ф — магнитный поток,c — постоянный коэффициент.При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное напряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря.Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить, при увеличении — размагнитить. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.Простейший генератор трехфазного тока по конструкции аналогичен трехфазного токагенератору однофазного тока, только его якорь имеет не одну, а три обмотки АХ, BY, CZ, сдвинутые в пространстве друг относительно друга (рис. 7.2). При вращении якоря в этих обмотках наводятся э. д. с. одинаковой частоты, но имеющие разные фазы. Если амплитуды э. д. с. трех обмоток генератора равны друг другу, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными э. д. с. равен -j= 120°, то трехфазная система э. д. с. называется симметричной.
Рис.7.2
morez.ru
Схемы возбуждения синхронных генераторов
Для нормальной работы обмотки ротора синхронных генераторов должны получать питание от возбудителей. Изменяя величину тока возбуждения регулируют напряжение синхронного генератора и реактивную мощность, отдаваемую им в сеть.
Характеристики системы возбуждения определяются сочетанием свойств источника питания обмотки возбуждения и устройств автоматического регулирования. Системы возбуждения должны обеспечивать:
1) надежное питание обмотки ротора синхронной машины во всех режимах, в том числе и при авариях;
2) устойчивое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки в пределах номинальной;
3) достаточное быстродействие;
4) форсировку возбуждения;
5) быстрое гашение магнитного поля возбуждения при оперативном отключении генераторов от сети (применяются автоматы гашения поля – АГП).
Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения. При прохождении по этой обмотке постоянного тока возникает магнитодвижущая сила (МДС) возбуждения, которая наводит в магнитной системе машины магнитное поле.
В соответствии с ГОСТ 533-76, ГОСТ 5616-81 и ГОСТ 609-75 турбо- и гидрогенераторы, а также синхронные компенсаторы могут иметь только обладающую наибольшей надежностью прямую систему возбуждения или систему самовозбуждения.
Предельная мощность электромашинных возбудителей при частоте вращения 3000 об/мин составляет примерно 600 кВт. Поэтому электромашинные системы возбуждения не могут применяться в турбогенераторах мощностью 200 МВт и выше, у которых мощность возбуждения превышает 1000 кВт.
По мере освоения производства и повышения надежности полупроводниковых выпрямителей все большее распространение получают вентильные системы возбуждения с диодами или тиристорами.
До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителями В (рисунок 5.6, а), обмотка возбуждения которого (ОВ) получала питание постоянного тока от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ). Ротор синхронной машины и якоря возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щетки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя (r1) и подвозбудителя (r2).
Рисунок 5.6 – Контактная (а) и бесконтактная (б) системы
электромагнитного возбуждения синхронных генераторов
В синхронных генераторах большой мощности – турбогенераторах – иногда в качестве возбудителя применяют генераторы переменного тока индукторного типа. На выходе такого генератора включают полупроводниковый выпрямитель. Регулировка тока возбуждения синхронного генератора в этом случае осуществляется изменением возбуждения индукторного генератора.
Получила применение в синхронных генераторах бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе.
В качестве возбудителя и в этом случае применяют генератор переменного тока (рисунок 5.6, б),у которого обмотка 2,в которой наводится ЭДС (обмотка якоря), расположена на роторе, а обмотка возбуждения 1 расположена на статоре. В результате обмотка якоря возбудителя и обмотка возбуждения синхронной машины оказываются вращающимися, и их электрическое соединение осуществляется непосредственно, без контактных колец и щеток. Но так как возбудитель является генератором переменного тока, а обмотку возбуждения необходимо питать постоянным током, то на выходе обмотки якоря возбудителя включают полупроводниковый преобразователь 3, закрепленный на валу синхронной машины и вращающийся вместе с обмоткой возбуждения синхронной машины и обмоткой якоря возбудителя. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя осуществляется от подвозбудителя (ПВ) — генератора постоянного тока.
Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронной машины позволяет повысить ее эксплуатационную надежность и увеличить КПД.
В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рисунок 5.7, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь (ПП) преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины.
Рисунок 5.7 – Принцип самовозбуждения синхронных генераторов
На рисунок 5.7, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подается в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на выходе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения и тиристорного преобразователя ТП от перенапряжений и токовой перегрузки.
В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.
Похожие статьи:
poznayka.org
Поделиться с друзьями: