Как найти номинальный ток в генераторе

Примеры решения задач

Пример 1. Генератор постоянного тока параллельного возбуждении имеет номинальную

мощность P

2

=10 кВт; номинальное напряжение U = 230 В; частоту вращения n =1450 об/мин;

сопротивление обмоток цепи обмотки возбуждения R

В

=150 Ом; сопротивление обмоток

якоря R

Я

= 0,3 Ом; КПД в номинальном режиме η = 86,5 %. Падением напряжения в

щеточном контакте пренебречь.

Определить: ток генератора, ток в цепи возбуждения, ток в цепи якоря, ЭДС якоря, электро

магнитный момент, электромагнитная мощность, мощность приводного двигателя.

Генератор работает при номинальной нагрузке.

Решение:

Ток генератора:







Ток в обмотке возбуждения: I

В

=







Ток в цепи якоря: I

Я

= I + I

В

= 43,5 +1,5 = 45А.

ЭДС якоря: E =U + I

Я

R

Я

= 230 + 45 0,3 = 243,5 В.

Электромагнитная мощность: P

эм

= E I

Я

= 243,5 45 =10957 Вт .

Электромагнитный момент: M

эм

= 9,55











Мощность приводного двигателя: P

1

=









Пример 2. В генераторе постоянного тока независимого возбуждения с номинальным

напряжением U = 440 В установился ток I = 64 А при частоте якоря n = 2800 об/мин. В новом

режиме работы нагрузка и магнитный поток не изменились, но частота якоря стала

n* = 740 об/мин.

Определить напряжение и ток в генераторе в новом режиме.

Решение:

В генераторе независимого возбуждения ток генератора равен току якоря, т.е. I = I

Я

.

В номинальном режиме:

Напряжение на нагрузке U = I R

Н

.

ЭДС якоря E =U + I R

Я

= I R

Н

+ I R

Я

, с другой стороны E = С

Е

п Ф.

Получили: I R

Н

+ I R

Я

= С

Е

п Ф.

В новом режиме, соответственно:

E* =U* + I* R

Я

= I* Rн + I* R

Я

= С

Е

п* Ф.

Возьмем отношение, полученных уравнений и получим:

I*=

 





 A и

U* =

 





 B

Пример 3. В электродвигателе постоянного тока с параллельным возбуждением, имеющим

номинальные данные: мощность на валу P

2

=130 кВт ; напряжение U = 220 В; ток,

потребляемый из сети I = 640 А; частоту вращения n = 600 об/мин; сопротивление цепи

обмотки возбуждения R

В

= 43 Ом; сопротивление обмотки якоря R

Я

= 0,007 Ом.

Определить номинальные суммарные и электрические потери в обмотках.

Решение:

Ток в обмотке возбуждения: I

В

=







Ток в цепи якоря: I

Я

= I I

В

= 640-5,116 = 634,884 A.

Электрические потери мощности

в цепи якоря: ΔP

эл

Я

= I

Я

2

R

Я

= 634,884

2

0,007 = 2821,544 Вт;

в обмотке возбуждения:

ΔP

эл B

= I

B

2

R

B

=U I

B

= 220 5,116=1125,52 Вт .

Суммарные потери мощности:

ΣΔP = ΔP

эл B

+ ΔP

эл Я

=1125,52 + 2821,544 = 3947,064 Вт .

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №11

«Расчет параметров генераторов постоянного тока»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: рассчитать ток генератора в
номинальном режиме, ЭДС генератора, номинальное изменение напряжения, ток в
обмотке возбуждения, ток в цепи якоря при номинальной нагрузке.
  

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

  В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС . При
подключении к генератору нагрузки в цепи яко­
ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

                                                   
.                                  (11.1)

Здесь

                                    
                                (11.2)


сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки
якоря , обмотки добавочных полюсов ,
компенсационной
обмотки , последовательной
обмотки
возбуждения  и переходного щеточного контакта .

При отсутствии в машине
каких-либо из указан­
ных обмоток в (11.2) не входят
соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение
при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент . Если генератор ра­ботает в режиме х.х. , то
для вращения его
якоря нужен
сравнительно небольшой момент холо­
стого
хода . Этот момент обусловлен тормозными
моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При неизменной частоте
вращения  вра­щающий момент приводного двигателя  уравнове­
шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом
х.х.
 и электромагнитным моментом М, т.
е.

                                                   
.                               (11.3)

Выражение (11.3) — уравнение
моментов для генератора
при
. Умножив члены уравнения (11.3) на угловую
скорость
вращения якоря , получим уравнение мощностей:

                                             
,                              
(11.4)

где  —  подводимая от
приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая);  — мощ­ность х.х., т. е. мощность, подводимая к
генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке);  — электромагнитная мощность генератора.

Механическая мощность,
развиваемая приво
дным
двигателем
, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность , передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь.

Так как генераторы обычно
работают при неизменной частоте
вращения, то их характеристики рассматривают при условии . Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого
хода
— зависимость
напряжения
на выходе
генератора в режиме х.х.  от тока возбуждения :

 при  и .

Нагрузочная характеристика
зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения :

 при  и .

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U
от тока нагрузки :

  при  и ,

где  
регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­
дения.

Регулировочная
характеристика

зависимость тока возбуж­дения
 от тока нагрузки  при неизменном напряжении на выходе генератора:

 при  и .

Вид
перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов
постоянного тока.

При
оценке свойств генераторов постоянного тока используется понятие номинального
изменения напряжения на выходе генера­тора при сбросе нагрузки:                (11.5)

Обычно для генератора независимого возбуждения .

Характери­стика  показывает, как следует менять
ток в цепи возбуж­дения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на
его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной .

При работе
генератора без нагрузки в цепи возбуждения уста­навливают ток , при котором напряжение на
выводах генератора
становится равным номинальному.

В генераторе
постоянного тока независимого возбуждения ток в обмотке  возбуждения
определяется по формуле:                 
Iв= Uном /rв.                 (11.6)

Ток в цепи якоря при номинальной нагрузке: Iаном= Iном+ Iв.             (11.7)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1.     
Решить
задачу №1. Генератор постоянного тока независимого возбуж­дения мощностью Рном
и напряжением
Uном имеет
сопротивление обмоток в цепи якоря, приведенное к рабочей температуре,
Σr ; в
генераторе применены электрографитированные щетки марки ЭГ (∆
Uщ
=

2,5 В). Определить номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки.
Значения параметров приведены в табл.
11.1.

Таблица 11.1

Параметр

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

Рном
,
кВт

20

45

15

90

80

30

18

Uном,
В

230

460

230

460

460

230

230

Σr,
Ом

0,12

0,22

0,15

0,12

0,11

0,08

0,13

Решение:

– определить ток в номинальном режиме Iаном;

– определить ЭДС генератора Ea,
выразив его из уравнения
напряжений (10.18)
;

определить
номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки ∆
Uном.

2.     
Решить
задачу №2. Генератор постоянного тока параллельного возбуж­дения имеет
номинальные данные: мощность Рном, напряжение
Uном, частота
вращения
nном,
сопротивление обмоток в цепи якоря, приве­денное к рабочей температуре,
Σr, падение
напряжения в щеточном контакте пары щеток ∆
Uщ
= 2 В, сопротивление цепи обмотки воз­буждения
rв, КПД в
номинальном режиме ηном, ток генератора
Iном, ток в
цепи возбуждения
Iв, ток в
цепи якоря
Iаном, ЭДС
якоря
Еаном, электромагнитная
мощность Рзм, электромагнитный момент при но­минальной нагрузке Мном,
мощность приводного двигателя Р1ном.

    Значения перечисленных параметров
приведены в табл. 11.2. Тре­буется определить значения параметров, не указанных
в таблице.

Таблица 11.2

Параметр

Варианты

1

2

3

4

5

Рном , кВт

10

18

45

Uном, В

230

230

460

230

nном , об/мин

1450

1500

1000

Σr , Ом

0,3

0,15

rв , Ом

150

100

92

ηном , %

86,5

88

88

Iном , А

87

97,8

Iв ,А

4

Iаном ,А

75

Еа, В

480

240

477

Рзм.ном,
кВт

55

Мном, Н•м

280

525

Р1ном , кВт

23

21

3.     
Оформить отчет по практической работе.

4.     
Ответить на контрольные вопросы.

5.     
Сделать вывод о проделанной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.    Что происходит в цепи яко­ря при подключении
к генератору нагрузки?

2.    Чем якорь генератора приводится во вращение и что происходи на валу в
этот момент?

3.    Во что в генераторе преобразуется механическая мощность, развиваемая приводным двигателем?

4.    Что такое регулировочная характеристика?

5.    Что такое нагрузочная характеристика?

Генераторы переменного тока

Если для получения электрического напряжения используется прополочная рамка, вращающаяся в магнитном поле, то напряжение индукции не постоянно, а зависит от мгновенного положения рамки в магнитном поле.

В соответствии с формулой №1 напряжение индукции пропорционально скорости изменения магнитного потока. Согласно выражению

, магнитный поток пропорционален площади сечении магнитного поля, пересекающего рамку, т.е.

Аналогичное выражение справедливо для вращающейся катушки.

u мгновенное значение напряжения индукции, Вольт
Um амплитуда напряжения, т.е. максимальное напряжение, возникающее дважды за оборот катушки, Вольт
φ = ωt угол поворота катушки, отсчитываемый, от начального положения, перпендикулярного направлению магнитного поля, радиан
S площадь витка, метр 2
N число витков катушки, штук
T период вращения катушки, секунд
f частота вращения, Герц
t время, секунд

Переменное напряжение

Переменное напряжение Напряжение индукции меняется во времени по синусоидальному закону. В течение периода оно дважды меняет знак. Поэтому его называют переменным напряжением.

Амплитуда, или максимальное значение напряжения индукции, определяется формулой

Тогда для мгновенного напряжения имеем

Величина ω=2πf называется угловой частотой.

Частота переменного тока промышленной сети f = 50 Гц, и соответственно ω = 100π 1/с.

Переменный ток

Если к клеммам вращающейся катушки присоединить внешнюю электрическую цепь, то в ней возникает электрический ток, сила которого изменяется по синусоидальному закону во времени и меняет свой знак (направление) дважды за период. Такой ток называется переменным током.

i мгновенное значение силы тока, Ампер
Im амплитуда тока, Ампер
ω=2πf угловая частота, радиан/секунда

Если цепь тока содержит реактивные элементы, то между напряжением и током возникает разность фаз.

График зависимости напряжения u от времени t (или от φ = ωt) представляет собой синусоиду.

В любом генераторе переменного тока имеются магнит, создающий требуемое магнитное поле (чаще всего электромагнит; в генераторах малой мощности используются постоянные магниты), вращающиеся обмотки и контактные кольца. Для получения достаточно высокого напряжения применяют обмотки с большим числом витков и железные сердечники.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, неподвижная часть — статором.

В генераторах большой мощности обмотки, в которых индуцируется напряжение, располагаются на статоре, а магниты — на роторе (машина с внутренними полюсами). При этом контактные кольца служат лишь для подвода небольшой мощности к электромагнитам.

Источник

Технические характеристики и конструкции современных генераторов

Синхронные генераторы

Для выработки электроэнергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Различают турбогенераторы (первичный двигатель — паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель — гидротурбина).

Для синхронных электрических машин в установившемся режиме работы имеется строгое соответствие между частотой вращения агрегата n, об/мин, и частотой сети f, Гц:

где р — число пар полюсов обмотки статора генератора.

Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000 и 1500 об/мин), так как при этом турбоагрегаты имеют наилучшие технико-экономические показатели. На тепловых электростанциях (ТЭС), сжигающих обычное топливо, частота вращения агрегатов, как правило, составляет 3000 об/мин, а синхронные турбогенераторы имеют два полюса. На АЭС применяют агрегаты с частотой вращения 1500 и 3000 об/мин.

Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным валом. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготовляется из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.

Ротор выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности 1,1-1,2 м при 3000 об/мин. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, равное 6-6,5 м. Определяется оно из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.

Рис.1. Общий вид современного турбогенератора
1 — обмотка статора; 2 — ротор; 3,4 — соединительные муфты;
5 — корпус статора; 6 — сердечник статора; 7 — возбудитель;
8 — контактные кольца ротора и щетки; 9 — подшипники генератора;
10 — подшипники возбудителя

В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения (рис.1). В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть обмотки, не лежащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали. По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа), обеспечивающие циркуляцию охлаждающего газа в машине.

Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготовляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в местах стыка с другими частями (рис.1). Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная.

Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60-600 об/мин). Частота вращения тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше мощность турбины. Гидрогенераторы поэтому являются тихоходными машинами и имеют большие размеры и массы, а также большое число полюсов.

Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами и преимущественно с вертикальным расположением вала. Диаметры роторов мощных гидрогенераторов достигают 14-16 м, а диаметры статоров — 20-22 м.

Рис.2. Общий вид современного вертикального гидрогенератора

В машинах с большим диаметром ротора сердечником служит обод, собираемый на спицах, которые крепятся на втулке ротора. Полюсы, как и обод, делают наборными из стальных листов и монтируют на ободе ротора с помощью Т-образных выступов (рис.2). На полюсах помимо обмотки возбуждения размещается еще так называемая демпферная обмотка, которая образуется из медных стержней, закладываемых в пазы на полюсных наконечниках и замыкаемых с торцов ротора кольцами. Эта обмотка предназначена для успокоения колебаний ротора агрегата, которые возникают при всяком возмущении, связанном с резким изменением нагрузки генератора.

В турбогенераторах роль успокоительной обмотки выполняют массивная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.

Статор гидрогенератора имеет принципиально такую же конструкцию, как и статор турбогенератора, но в отличие от последнего выполняется разъемным. Он делится по окружности на две-шесть равных частей, что значительно облегчает его транспортировку и монтаж.

В последние годы начинают находить применение так называемые капсульные гидрогенераторы, имеющие горизонтальный вал. Такие генераторы заключаются в водонепроницаемую оболочку (капсулу), которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через турбину. Капсульные генераторы изготовляют на мощность несколько десятков мегавольт-ампер. Это сравнительно тихоходные генераторы (n = 60-150 об/мин) с явнополюсным ротором.

Среди других типов синхронных генераторов, применяемых на электростанциях, надо отметить так называемые дизель-генераторы, соединяемые с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Это явнополюсные машины с горизонтальным валом. Дизель как поршневая машина имеет неравномерный крутящий момент, поэтому дизель-генератop снабжается маховиком или его ротор выполняется с повышенным маховым моментом.

Номинальные параметры генераторов

Завод-изготовитель предназначает генератор для определенного длительно допустимого режима работы, который называют номинальным. Этот режим работы характеризуется параметрами, которые носят название номинальных данных генератора и указываются на его табличке, а также в паспорте машины.

Номинальное напряжение генератора — это линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.

Номинальным током статора генератора называется то значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в паспорте генератора.

Номинальная полная мощность генератора определяется по следующей формуле, кВА:

Номинальная активная мощность генератора — это наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой он предназначен в комплекте с турбиной.

Номинальная активная мощность генератора определяется следующим выражением:

Номинальные мощности турбогенераторов должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 533-85Е. Шкала номинальных мощностей крупных гидрогенераторов не стандартизирована.

Номинальный ток ротора — это наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.

Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 MBА, 0,85 для турбогенераторов мощностью до 588 MBА и гидрогенераторов до 360 MBА, 0,9 для более мощных машин. Для капсульных гидрогенераторов обычно cosφном ≈ 1.

Каждый генератор характеризуется также КПД при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. Для современных генераторов номинальный коэффициент полезного действия колеблется в пределах 96,3-98,8%.

Источник

РАЗДЕЛ 4

ОСНОВНОЕ ОБОУДОВАНИЕ

ЛЕКЦИИ 14, 15, 16

ТЕМА 4.1. (6 часов)

Синхронные генераторы

4.1.1. Синхронные генераторы

4.1.3. Системы возбуждения генераторов

4.1.4 Гашение поля генераторов

4.1.5. Включение генераторов на параллельную работу

4.1.6. Режимы работы синхронных генераторов

4.1.7. Автоматическое регулирование возбуждения

На электростанциях применяются синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Основными типами современных синхронных генераторов являются турбогенераторы и гидрогенераторы, первичным двигателем которых соответственно является паровая (газовая) или гидравлическая турбина.

Характерной особенностью турбогенераторов, в отличие от гидрогенераторов, является большая скорость вращения, они относятся к категории быстроходных машин. Быстроходные генераторы являются более экономичными в работе и имеют меньший расход активных материалов на единицу мощности, так как с увеличением скорости вращения размеры и вес, как генератора, так и паровой турбины уменьшаются. Все современные турбогенераторы имеют одинаковую скорость вращения 1500 и 3000 об/мин при частоте 50 Гц и числе пар полюсов или . Роторы таких генераторов выполняются с неявно выраженными полюсами в виде цельных поковок из высококачественной легированной стали. В роторе фрезерованы пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения.

Сердечник статора выполняют из тонких стальных листов, которые набирают пакетами с каналами для вентиляции. Во внутренней части пакетов имеются пазы, в которые укладывают обмотку статора.

Турбогенераторы выполняют исключительно с горизонтальным валом, в то время как гидрогенераторы средней и большой мощности имеют обычно вертикальное расположение вала, явнополюсной ротор и относительно низкую скорость вращения в пределах 100—750 об/мин., что объясняется конструктивными особенностями гидротурбин.

Номинальные параметрыгенераторов. Каждый синхронный генератор характеризуется следующими основными номинальными параметрами: напряжением, мощностью, током статора, током ротора, частотой, коэффициентом мощности — cos φ и КПД.

Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. ГОСТ устанавливают номинальные напряжения генераторов на 5 % выше соответствующих номинальных напряжений электрических сетей для компенсации потерь напряжения в сетях при их нормальной нагрузке.

Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора.

Для трехфазного генератора номинальная мощность определяется по формуле

Номинальная полная мощность генератора определяется по формуле

Для номинальных мощностей турбогенераторов ГОСТом установлен стандартный ряд от 2,5 до 1200 МВт. Мощности гидрогенераторов оптимизированы по конкретным значениям напоров и расходов воды на ГЭС и ГАЭС.

Номинальный ток статора определяется по формуле

Номинальный ток ротора — это ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности.

Номинальный коэффициент мощности — cos φ у большинства синхронных генераторов равен 0,8 и 0,85. У генераторов мощностью 800—1200 МВт он равен 0,9.

Коэффициент полезного действия характеризует генератор при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный КПД колеблется в пределах 97,5—98,9 %. Чем мощнее генератор, тем выше его КПД. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора уменьшается.

Источник

1.2.1 Технические характеристики и конструкции сг

Рис.
2.1

1.2.2 Номинальные параметры генераторов

Завод-изготовитель
предназначает генератор для определенного
длительно допустимого режима работы,
который называют номинальным.

Этот режим работы
характеризуется параметрами, которые
носят название номинальных данных
генератора и указываются на его табличке,
а также в паспорте машины.

Номинальное
напряжение генератора

– это линейное (междуфазное) напряжение
обмотки статора в номинальном режиме.

Номинальным
током

статора
генератора называется то значение тока,
при котором допускается длительная
нормальная работа генератора при
нормальных параметрах охлаждения
(температура, давление и расход
охлаждающего газа и жидкости) и номинальных
значениях мощности и напряжения,
указанных в паспорте генератора.

Номинальная
полная мощность

генератора определяется по следующей
формуле, кВА:

Номинальная
активная мощность

генератора – это наибольшая активная
мощность, для длительной работы с которой
он предназначен в комплекте с турбиной.
Она определяется следующим выражением:

Номинальный
ток ротора

– это наибольший ток возбуждения
генератора, при котором обеспечивается
отдача генератором его номинальной
мощности при отклонении напряжения
статора в пределах
номинального
значения и при номинальном коэффициенте
мощности.

Номинальный
коэффициент мощности

согласно
ГОСТ принимается равным:


0,8 для генераторов мощностью до 125 МВА;


0,85 для турбогенераторов мощностью до
588 МВА и гидрогенераторов до 360 МВА;


0,9 для более мощных машин, для капсульных
гидрогенераторов обычно
.

Каждый
генератор характеризуется также КПД
при номинальной нагрузке и номинальном
коэффициенте мощности. Для современных
генераторов номинальный КПД колеблется
в пределах
.

1.2.3 Возбуждение синхронных генераторов

Обмотки
роторов синхронных генераторов получают
питание от специальных источников
постоянного тока, называемых возбудителями.

Рис.
2.2
Принципиальная
схема независимого электромашинного
возбуждения турбогенератора

Рис.
2.3
Принципиальная
схема высокочастотного возбуждения
турбогенератора

1.2.4 Основные характеристики синхронного генератора

Характеристика
холостого хода

U1=
f(
If
) при
I1
= 0
и п
=
const
определяет состояние магнитной цепи
генератора. Для получения характеристики
холостого хода ротор генератора вращают
с номинальной частотой. Ток возбуждения
генератора If
изменяют от нуля до некоторого
максимального значения, соответствующего
U1=1,3
Uн,
а затем обратно от максимума до нуля.
Вследствие явления гистерезиса и
остаточного намагничивания характеристика
холостого хода имеет вид узкой петли
(Рис. 2.4) За характеристику холостого
хода принимают среднюю линию. Точка
пересечения этой характеристики с осью
ординат определяет остаточную ЭДС
генератора Еост.
По характеристике холостого хода
определяется степень насыщения
магнитопровода при номинальном
напряжении:

Рис.
1.2.
1

Характеристика
короткого замыкания

I1=
f(
If
)
снимается
при замыкании всех трёх фаз обмотки
якоря накоротко (U1=0)
и при номинальной частоте вращения
п=п1=
const.
Опыт начинается с наибольшего тока
I1=1,2
Iн,
постепенно
снижаемого до нуля.

Характеристика
короткого замыкания совместно с
характеристикой холостого хода
используется для определения полного
индуктивного сопротивления якоря по
продольной оси
.

Внешние
характеристики

это
зависимость напряжения генератора от
тока якоря U1=
f(
I1)
при постоянных токе возбуждения, частоте
вращения и угле нагрузки ( If=const,
n=const,

=const).
Внешние характеристики показывают, как
изменяется напряжение генератора при
увеличении нагрузки с заданным
,
если ток возбуждения остается неизменным.

Регулировочные
характеристики

это
зависимость тока возбуждения от тока
якоря If=
f(
I1)
при постоянных напряжении генератора,
частоте вращения и угле нагрузки (
U1=const,
n=n1=const,

=const).
Регулировочная
характеристика показывает, как нужно
регулировать ток возбуждения генератора,
чтобы при изменении нагрузки его
напряжение оставалось неизменным.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Notio.

Подробности
Категория: Генерация

Страница 5 из 40

ГЛАВА ВТОРАЯ
ОСНОВНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
2-1. СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
а) Технические характеристики и конструкции современных турбогенераторов

На тепловых электростанциях (ТЭС) применяются синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Основной тип современных синхронных генераторов — турбогенераторы, первичным двигателем которых является паровая турбина.
Характерной особенностью турбогенераторов в отличие от гидрогенераторов является большая частота вращения; они относятся к категории быстроходных машин. Быстроходные генераторы являются более экономичными в работе и имеют меньший расход активных материалов на единицу мощности, так как с увеличением частоты вращения размеры и масса как генератора, так и паровой турбины уменьшаются. Все современные турбогенераторы имеют частоту переменного тока 50 Гц при частоте вращения 3000 об/мин (1500 об/мин).
Основными элементами турбогенератора являются ротор и статор.
Ротор, приводимый во вращение турбиной, выполняется в виде цельной поковки из высококачественной легированной стали. В бочке ротора выфрезеровываются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения генератора. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая в машине магнитное поле возбуждения. При 3000 об/мин и частоте трехфазного тока 50 Гц ротор выполняется двухполюсным или говорят, что он имеет одну пару полюсов р=1. 
Сердечник статора выполняют из тонких стальных листов, которые набирают пакетами с каналами для вентиляции. Во внутренней расточке статора имеются пазы, в которые укладывают трехфазную обмотку статора. В обмотке статора при вращающемся роторе под действием поля возбуждения индуктируется трехфазная э. д. с., которая после включения генератора в сеть определяет прохождение трехфазного тока нагрузки.
Турбогенераторы выполняют исключительно с горизонтальным валом, в то время как гидрогенераторы имеют обычно вертикальное расположение вала.
Номинальные параметры турбогенераторов. Каждый синхронный генератор характеризуется следующими номинальными параметрами: напряжением, мощностью, током статора, током ротора, частотой и коэффициентом мощности cosφ.
Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. ГОСТ устанавливает номинальные напряжения генераторов на 5% выше соответствующих номинальных напряжений электрических сетей для компенсации потерь напряжения в сетях при их нормальной нагрузке.
Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора.
Для трехфазного генератора номинальная мощность определяется по формулам:
полная мощность, кВ-А,

активная мощность, кВт,

В приведенных формулах напряжение U выражено в киловольтах, а ток I — в амперах.
Номинальный ток статора, А, определяется по формуле

Номинальный ток ротора — это тот наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.
Номинальная частота трехфазного переменного тока принята в СССР 50 Гц.
Номинальный — коэффициент мощности у большинства синхронных генераторов равен 0,8—0,9.
Каждый генератор характеризуется также коэффициентом полезного действия при номинальной нагрузке его и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный к. п. д. колеблется в пределах 96,3—99,0%. Чем мощнее генератор, тем выше его к. п. д. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности к. п. д. генератора уменьшается.
Допустимые температуры нагрева обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. По ГОСТ 533-68 для изоляции класса В (на асфальтобитумных лаках) допустимая температура обмотки статора должна находиться в пределах 105° С, а ротора — 130° С. При более теплостойкой изоляций обмоток статора и ротора, например классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева их увеличиваются.

Таблица 2-1
Технические данные турбогенераторов

  1. В обозначении систем возбуждения буквы означают: М — от машинного возбудителя постоянного тока: ВЧ — от машинного возбудителя переменного тока 500 Гц; ИС — от ионного или тиристорного возбудителя по схеме самовозбуждения; ИН —от ионного или тиристорного возбудителя по схеме независимого возбуждения; МР — от машинного возбудителя постоянного тока, соединенного с валом генератора через редуктор; БЩ — бесщеточное.
  2. В обозначении охлаждения обмоток буквы обозначают: ВЗ — воздушное; КВР — косвенное водородом; НВ — непосредственное водой; НВР — непосредственное (внутреннее) водородом; НМ — непосредственное маслом.

В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет; это вызвано целым рядом факторов: загрязнением, увлажнением, окислением кислородом воздуха, воздействием электрического поля и динамических нагрузок и т. д. Но главной причиной старения изоляции является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок ее службы. Опытным путем установлено, что срок службы изоляции класса В при температуре нагрева ее 120° С составляет около 15 лет, а при нагреве до 140° С срок ее службы сокращается почти до 2 лет. Она становится хрупкой, а электрическая прочность резко уменьшается. Но та же изоляция при температуре нагрева 105° С (т. е. в пределах ГОСТ) стареет значительно медленнее и срок службы ее увеличивается до 30 лет. Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток и стали свыше допустимых температур.
Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью температурных индикаторов, в качестве которых используются термосопротивления (обычно медные катушки). Они закладываются заводом-изготовителем на дно паза (для измерения температуры стали) и между стержнями (для измерения температуры меди) в местах предполагаемого наибольшего нагрева машины. Принцип измерения основывается на изменении сопротивления медного провода термосопротивлений при нагреве. Показания температуры в этих местах замеряются с помощью логометра, устанавливаемого на щите управления.
Температуру нагрева обмотки ротора измеряют косвенно —  по изменению омического сопротивления обмотки при нагреве (с помощью амперметра и вольтметра в цепи возбуждения).
Средняя длительная температура обмоток и стали генераторов зависит от нагрузки генератора и условий его охлаждения. Согласно ГОСТ 533-68 охладители должны обеспечивать номинальную мощность генератора и возбудителя при температуре воды на входе в охладитель +33° С.
Технические данные и характеристики турбогенераторов приведены в табл. 2-1.

Еще по теме:

Добавить комментарий