Како су распоређени синхрони турбо и хидрогенератори?

У хидроелектранама генераторе покрећу водене турбине које се ротирају брзином од 68 до 250 о/мин.У термоелектранама електричну енергију генеришу турбинске јединице које се састоје од парне турбине и турбогенератора. За боље коришћење енергије паре, турбине се граде као брзе турбине са брзином ротације од 3000 о/мин.Термоелектране су доступне иу великим индустријским предузећима.

Алтернатори су једноставнијег дизајна и могу се израдити са знатно већом снагом од ДЦ генератора.

Већина синхроних машина користи обрнути дизајн у поређењу са ДЦ машине, тј. систем побуде се налази на ротору а намотај арматуре на статору. Ово је због чињенице да је лакше напајати релативно ниску струју на калем побуде кроз клизне контакте него на напајање струјом на радни калем. Магнетни систем синхроне машине је приказан на сл. 1.

Полови побуде синхроне машине се налазе на ротору.Полна језгра електромагнета се израђују на исти начин као у машинама једносмерне струје. На стационарном делу, статору, налази се језгро 2, од изолованих лимова електро челика, у чијим каналима се налази радни калем за наизменичну струју – најчешће трофазну.

Пиринач. 1. Магнетни систем синхроне машине

Када се ротор ротира, у намотају арматуре се индукује наизменична емф, чија је фреквенција директно пропорционална брзини ротора. Наизменична струја која тече кроз радни калем ствара сопствено магнетно поље. Ротор и поље радне завојнице ротирају се истом фреквенцијом — синхроно… У моторном режиму, обртно радно поље носи са собом магнете побудног система, ау генераторском режиму, обрнуто.

Погледајте овде за више детаља: Намена и распоред синхроних машина

Размислите о пројектовању најмоћнијих машина — турбо и хидрогенератора... Турбинске генераторе покрећу парне турбине, које су најекономичније при великим брзинама. Због тога се турбински генератори израђују са минималним бројем полова побудног система — два, што одговара максималној брзини ротације од 3000 обртаја у минути на индустријској фреквенцији од 50 Хз.

Главни проблем инжењеринга турбогенератора је стварање поуздане машине са граничним вредностима електричних, магнетних, механичких и термичких оптерећења. Ови захтеви остављају печат на целокупну конструкцију машине (сл. 2).

Пиринач. 2. Општи поглед на турбински генератор: 1 — клизни прстенови и апарат за четке, 2 — лежај, 3 — ротор, 4 — роторска трака, 5 — намотај статора, 6 — статор, 7 — намотаји статора, 8 — вентилатор.

Ротор турбинског генератора је израђен у облику чврстог ковања пречника до 1,25 м, дужине до 7 м (радни део). Укупна дужина отковака, узимајући у обзир осовину, износи 12 — 15 м. На радном делу се глодају канали у којима се поставља побудни калем. Тако се добија цилиндрични биполарни електромагнет без јасно дефинисаних полова.

У производњи турбинских генератора користе се најновији материјали и дизајнерска решења, а посебно директно хлађење активних делова млазовима расхладног средства - водоника или течности.Да би се добила велика снага потребно је повећати дужину. машине, што јој даје веома посебан изглед.

Хидрогенератори (сл. 3) се по конструкцији значајно разликују од турбинских генератора. Ефикасност рада хидрауличне турбине зависи од брзине протока воде, тј. напор. Немогуће је створити висок притисак на равним рекама, стога су брзине ротације турбине веома ниске - од десетина до стотина обртаја у минути.

Да би се добила индустријска фреквенција од 50 Хз, такве машине мале брзине морају бити направљене са великим бројем полова. За смештај великог броја стубова потребно је повећати пречник ротора хидрогенератора, понекад и до 10-11 м.

Пиринач. 3. Уздужни пресек кишобран генератора водоника: 1 — главчина ротора, 2 — обод ротора, 3 — стуб ротора, 4 — језгро статора, 5 — намотај статора, 6 — попречна греда, 7 — кочница, 8 — потисни лежај, 9 — чаура ротора.

Изградња моћних турбо и хидрогенератора је инжењерски изазов.Неопходно је решити низ питања механичких, електромагнетних, термичких и вентилационих прорачуна и обезбедити обрадивост конструкције у производњи. Само моћни дизајнерски и производни тимови и компаније могу да се носе са овим задацима.

Структуре различитих типова су веома занимљиве. синхроне микромашине, у којој се широко користе перманентни магнет и реактивни системи, тј. системи у којима радно магнетно поље није у интеракцији са магнетним пољем побуде, већ са феромагнетним истакнутим половима ротора, који немају намотај.

Ипак, главна технолошка област у којој синхроне машине данас немају конкуренцију је енергетика. Сви генератори у електранама, од најјачих до мобилних, базирају се на синхроним машинама.

Што се тиче синхрони мотори, онда је њихова слаба тачка проблем покретања. Сам по себи, синхрони мотор обично не може да убрза. Да би то урадио, опремљен је посебним стартним намотајем који ради на принципу асинхроне машине, што компликује дизајн и сам процес покретања. Због тога су синхрони мотори генерално доступни у средњим и високим називним снагама.

На слици испод приказана је конструкција турбинског генератора.

Ротор 1 генератора је израђен од челичног ковања, у коме су изрезани жлебови за побудни калем, који покреће посебна машина једносмерне струје 10, која се назива ексцитер. Струја до намотаја ротора се доводи преко клизних прстенова затворених кућиштем 9, на које су спојене жице намотаја ротора.

Када се окреће, ротор производи велику центрифугалну силу.У жљебовима ротора, намотај се држи металним клиновима, а челични причврсни прстенови 7 су притиснути на предње делове.

Статор је састављен од штанцаних лимова 2 специјалног електро челика, који су ојачани у оквиру 3 завареним од челичног лима. Сваки лист статора састоји се од неколико делова, који се називају сегменти, који су причвршћени са 4 вијка.

У каналима статора положен је калем 6, у чијим жицама се индукују електромоторне силе када се ротор ротира. Електромоторне силе серијски повезаних жица за намотаје се повећавају и на прикључцима 12 се ствара напон од неколико хиљада волти. Када струје теку између жица за намотаје, стварају се велике силе. Због тога су предњи делови намотаја статора повезани прстеновима 5.

Ротор се окреће у лежајевима 8. Између лежаја и основне плоче положена је изолација за прекидање струјног кола, кроз коју се могу затворити струје лежаја. Други лежај је направљен заједно са парном турбином.

За хлађење генератора, статор је подељен у засебне пакете, између којих се налазе вентилациони канали. Ваздух покрећу вентилатори 11 постављени на ротор.

Да би се моћни генератори охладили, потребно је кроз њих гурнути огромну количину ваздуха, достижући десетине кубних метара у секунди.

Ако се расхладни ваздух узима из просторија станице, онда ће уз присуство најнезначајнијих количина прашине (неколико милиграма по кубном метру) у њему, генератор за кратко време бити контаминиран прашином. Због тога се турбински генератори граде са затвореним вентилационим системом.

Ваздух, који се загрева приликом проласка кроз вентилационе канале генератора, улази у посебне хладњаке ваздуха који се налазе испод кућишта турбинског генератора.

Тамо загрејани ваздух пролази између ребрастих цеви хладњака ваздуха, кроз које протиче вода, и хлади се. Ваздух се затим враћа у вентилаторе, који га покрећу кроз вентилационе канале. На овај начин се генератор непрекидно хлади истим ваздухом и прашина не може да уђе у генератор.

Брзина дуж обима ротора турбинског генератора прелази 150 м / с. При овој брзини, велика количина енергије се троши на трење ротора у ваздуху. На пример, у турбогенератору снаге 50.000 кВВт, губици енергије услед трења ваздуха износе 53% збира свих губитака.

Да би се смањили ови губици, унутрашњи простор снажних турбинских генератора није испуњен ваздухом, већ водоником. Водоник је 14 пута лакши од ваздуха, односно има сличну мању густину, због чега се губици ротора због трења значајно смањују.

Да би се спречила експлозија оксиводоника, насталог од мешавине водоника и кисеоника у ваздуху, унутар генератора се поставља притисак виши од атмосферског. Због тога атмосферски кисеоник не може продрети у генератор.

3Д модел генератора парне турбине:

Образовна трака коју је направила фабрика школског прибора 1965:
Синхрони генератори