Глава 5

Глава 5.2. Генераторы и синхронные компенсаторы

Область применения

5.2.1. Настоящая глава правил распространяется на стационарную установку в специальных помещениях (машинных отделениях) или на открытом воздухе генераторов для тепловых и гидроэлектростанций, а также синхронных компенсаторов. Эти установки также должны соответствовать требованиям, приведенным в п. 5.1, кроме 5.1.2, 5.1.14, п. 8, 5.1.17, 5.1.31-5.1.33. Установка вспомогательного оборудования генераторов и синхронных компенсаторов (электродвигатели, КРУЭ, распределительные щиты и др.) должна соответствовать требованиям соответствующих глав правил.

Общие требования

5.2.2. Генераторы, синхронные компенсаторы и их вспомогательное оборудование, устанавливаемые на открытом воздухе, должны иметь специальную конструкцию.

5.2.3. Конструкция генераторов и синхронных компенсаторов должна обеспечивать нормальную работу и в течение 20-25 лет с возможностью замены изнашивающихся и вышедших из строя деталей и узлов с использованием основных грузоподъемных механизмов и средств малой механизации без полной разборки машины.

Конструкция водородного генератора и системы его водоснабжения должны обеспечивать полное удаление воды и отсутствие застойных зон при ремонте в любое время года.

5.2.4. Генераторы и синхронные компенсаторы должны быть оборудованы контрольно-измерительными приборами в соответствии с главой 1.6, устройствами управления, сигнализации, защиты в соответствии с 3.2.34-3.2.50 и 3.2.72-3.2.90, устройствами АГП для защиты ротора от перенапряжения, АРВ по 3.3.52-3.3.60, а также в качестве автоматики агрегата для обеспечения автоматического пуска, работы и остановки агрегата. Кроме того, турбогенераторы мощностью 100 МВт и более и синхронные компенсаторы с водородным охлаждением должны быть оборудованы средствами дистанционного контроля вибрации подшипников. Турбо- и водородные генераторы мощностью 300 МВт и более должны быть также оснащены осциллографом с записью предаварийного процесса.

5.2.5. Щиты управления, релейной защиты, автоматики, возбуждения и непосредственного водяного охлаждения гидрогенератора следует, как правило, размещать в непосредственной близости от него.

5.2.6. Электрические и механические параметры мощных турбо- и водородных генераторов в целом следует принимать как оптимальные, когда речь идет о нагрузочной способности. При необходимости обеспечения устойчивости работы параметры генераторов могут быть приняты отличными от оптимальных по нагрузочной способности, когда это обосновано технико-экономическими расчетами.

5.2.7. Напряжение генератора следует принимать на основании технико-экономических расчетов по согласованию с изготовителем и в соответствии с требованиями действующего ГОСТа.

5.2.8. Установка дополнительного оборудования для использования водородных генераторов в качестве синхронных компенсаторов должна быть обоснована технико-экономическими расчетами.

5.2.9. Для монтажа, демонтажа и сборки генераторов, синхронных компенсаторов и их вспомогательного оборудования должны быть предусмотрены стационарные, передвижные или инвентарные подъемно-транспортные устройства и механизмы.

5.2.10. При использовании выносных кранов для ГЭС следует принимать простые меры по предотвращению воздействия дождя и снега на оборудование при длительном нахождении помещений и мест установки открытыми.

5.2.11. Электростанции должны иметь помещения для хранения запасных стержней обмотки статора. Помещения должны быть сухими, отапливаемыми, с температурой не ниже плюс 5°С, оборудованными специальными стеллажами.

Охлаждение и смазка

5.2.12. При питании морской водой или агрессивной пресной водой газоохладители, теплообменники и маслоохладители трубопроводы и арматура к ним должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов

5.2.13. Генераторы и синхронные компенсаторы с открытой системой охлаждения и гидрогенераторы мощностью 1 МВт и более с частичным отбором воздуха на отопление должны быть оборудованы фильтрами для очистки поступающего извне воздуха, а также устройствами для быстрого прекращения подачи в в случае возгорания генератора или синхронного компенсатора.

5.2.14. Для генераторов и синхронных компенсаторов с замкнутой системой воздушного охлаждения необходимо принять следующие меры:

1. Холодильные и горячие камеры должны иметь плотно закрывающиеся застекленные смотровые люки.

2. Двери в камеры холодного и горячего воздуха должны быть стальными, плотно закрывающимися, открывающимися наружу и иметь самозапирающиеся замки, открываемые без ключа изнутри камер.

3. Внутри камер с холодным и теплым воздухом освещение должно быть оборудовано выключателями, расположенными снаружи.

4. Тепловой ящик, а также конденсаторы и водоводы паровых турбин, если они расположены в камерах охлаждения, должны быть покрыты теплоизоляцией для предотвращения нагрева холодного воздуха и конденсации влаги на поверхности труб.

5. В камерах холодного воздуха должны быть установлены кюветы для удаления конденсата воды на воздухоохладителях. Для турбогенераторов конец трубы, ведущей воду в сливной канал, должен быть оборудован гидрозатвором, а также рекомендуется установка сигнализатора, реагирующего на появление воды в сливной трубе.

6. Корпус, стыки, воздуховод и другие места должны быть тщательно герметизированы, чтобы исключить подсос воздуха в закрытую систему вентиляции. В дверях камер холодного воздуха турбогенераторов и синхронных компенсаторов должен производиться организованный подсос воздуха через фильтр, который устанавливается в зоне разрежения (после воздухоохладителя).

7. Стены камер и воздуховодов должны быть герметичными, они должны быть окрашены светлой огнезащитной краской или облицованы глазурованной плиткой или негорючими пластиковыми покрытиями. Полы камер и фундаменты должны иметь покрытие, не допускающее образования пыли (например, цементное с мраморной плиткой, керамической плиткой).

5.2.15. Турбогенераторы и синхронные компенсаторы с водородным охлаждением должны быть оснащены:

1. Централизованная установка подачи водорода с механизированной загрузкой и разгрузкой газовых баллонов, трубопроводов подачи газа и узлами контроля параметров газа (давление, чистота и др.) в генераторе и синхронном компенсаторе.

Для подачи водорода из газгольдеров в машинное отделение подведена магистраль (при необходимости можно проложить две магистрали). Расположение газопроводов выполнено кольцевым. Для синхронных компенсаторов создается линия.

Для предотвращения образования взрывоопасной газовой смеси на линиях подачи водорода и на линиях подачи воздуха должна быть предусмотрена возможность создания видимых разрывов перед турбогенератором и синхронным компенсатором.

2. Установка централизованной подачи инертного газа (углекислого газа или азота) с механизацией загрузки и выгрузки газовых баллонов для вытеснения водорода или воздуха из генератора (синхронный компенсатор), для очистки и тушения пожара в основном маслобаке турбине, в опорных подшипниках к генератору и в проводниках.

3. Основные, резервные и турбогенераторы, кроме того, и источники аварийного маслоснабжения водородных уплотнений, дроссельный бак для снабжения маслом торцевых уплотнений в течение времени, необходимого для аварийного отключения генератора с нарушением вакуума турбины, для турбогенераторов мощностью 60 МВт и более. Резервный и аварийный источники маслоснабжения должны включаться автоматически при отключении рабочего источника маслоснабжения, а также при падении давления масла.

4. Автоматические регуляторы давления масла на водородных уплотнениях для турбогенераторов. В системе маслоснабжения перепускные клапаны регуляторов должны быть регулирующими, а не запорными, для предотвращения скачков давления масла при переходах с ручного на автоматическое управление и наоборот.

5. Устройства для осушки водорода, включаемые в контур циркуляции водорода в генераторе или синхронном компенсаторе.

6. Предупреждающая сигнализация, срабатывающая при неисправности газомасляно-водородной системы охлаждения и отклонении ее параметров (давление, чистота водорода, перепад давления масло-водород) от заданных значений.

7. Реле КИПиА контроля и управления системой газомасляного водородного охлаждения, при этом размещение газовых и электрических приборов на одном закрытом щите не допускается.

8. Вентиляционные установки в местах скопления газа в главном маслобаке, маслокамерах на сливе, коренных подшипниках турбогенератора и т.д.

Фундаменты турбогенераторов и синхронных компенсаторов не должны содержать замкнутых пространств, в которых возможно скопление водорода. При наличии объемов, ограниченных строительными конструкциями (балки, ригели и др.), где возможно скопление водорода, должен быть обеспечен свободный выход водорода вверх из наиболее высоких точек этих объемов (например, путем прокладки труб).

9. Дренажные устройства для отвода воды и масла из кузова.

Дренажная система должна исключать возможность перетекания горячего газа в холодные газовые пространства.

10. Индикатор появления жидкости в корпусе турбогенератора (синхронный компенсатор).

11. Источник сжатого воздуха с избыточным давлением не менее 0,2 МПа с фильтром и осушителем воздуха.

5.2.16. Генераторы и синхронные компенсаторы с водоохлаждаемыми обмотками должны быть оснащены:

1. Трубопроводы подачи и отвода дистиллята из материалов, устойчивых к коррозии.

2. Основной и резервный дистиллятные насосы.

3. Механические, магнитные и ионообменные фильтры дистиллята и устройства для очистки дистиллята от газовых примесей. Дистиллят должен быть свободен от примесей солей и газов.

4. Расширительный бак с защитой дистиллята от внешней среды.

5. Основной и резервный теплообменники для охлаждения дистиллята.

В качестве воды первичного охлаждения в теплообменниках используется: для гидрогенераторов и синхронных компенсаторов — техническая вода, для турбогенераторов — конденсат от конденсатных насосов турбин, а в качестве резервной технической воды или циркуляционных насосов газоохладителей генераторов.

6. Предупредительная сигнализация и защита при отклонении от нормальной работы системы водяного охлаждения.

7. Реле КИПиА контроля и управления системой водяного охлаждения.

8. Устройства обнаружения утечек водорода в тракт водяного охлаждения обмоток статора.

9. Контрольные патрубки с кранами, выведенными из высших точек в слив и аккумуляторы давления дистиллята, для отвода воздуха из системы водяного охлаждения в обмотку статора при заливке дистиллята.

5.2.17. В каждой системе трубопроводов, подводящих воду к газоохладителям, теплообменникам и маслоохладителям, должны быть установлены фильтры с возможностью их очистки и промывки без нарушения нормальной работы генератора и синхронного компенсатора.

5.2.18. Каждая секция газоохладителей и теплообменников должна иметь вентили для отсоединения ее от напорного и сливного коллекторов и распределения воды по отдельным секциям.

На общем трубопроводе, отводящем воду из всех секций охладителей к каждому генератору, должен быть установлен вентиль для регулирования расхода воды через все секции охладителя. Для турбогенераторов рекомендуется, чтобы управление маховиком этого клапана было доведено до уровня пола машинного отделения.

5.2.19. Каждая секция газоохладителей и теплообменников в высшей точке должна быть оборудована вентиляционными отверстиями.

5.2.20. В системе газового или воздушного охлаждения турбогенераторов и синхронных компенсаторов температуру охлаждающей воды необходимо регулировать с помощью рециркуляционных устройств.

5.2.21. Схема подачи охлаждающей воды должна обеспечивать автоматическое включение резервного насоса при отключении рабочего насоса, а также при падении давления в охлаждающей воде. Синхронные компенсаторы должны иметь резервное питание от постоянно надежного источника охлаждающей воды (система технической воды, баки и т.п).

5.2.22. Расходомеры должны быть установлены на подающих линиях технического водоснабжения генераторов.

5.2.23. На месте присоединенной к турбогенератору турбины, охлаждаемой водой или водородом, должны быть установлены: манометры, показывающие давление охлаждающей воды в напорном коллекторе, давление водорода в корпусе турбогенератора, давление углерода диоксид (азот) в газопроводе генератора; сигнализаторы снижения давления воды в напорном коллекторе; пост газового контроля; щиты управления газонефтяными и водяными системами.

5.2.24. На месте установки насосов газоохладителей, теплообменников и маслоохладителей на напорном коллекторе и на насосах должны быть установлены манометры.

5.2.25. Гильзы для ртутных термометров должны быть встроены в напорные и сливные трубы газоохладителей, теплообменников и маслоохладителей.

5.2.26. Для синхронных компенсаторов, установленных на открытом воздухе, должна быть обеспечена возможность слива воды из системы охлаждения при остановленном агрегате.

5.2.27. Газовая система должна удовлетворять требованиям нормальной работы водородного охлаждения и замены теплоносителя в турбогенераторе и синхронном компенсаторе.

5.2.28. Газовая сеть должна быть выполнена из бесшовных труб с использованием газонепроницаемых фитингов. Газопроводы должны быть доступны для осмотра и ремонта и защищены от механических повреждений.

5.2.29. Трубопроводы циркуляционных систем смазки и водородных уплотнений турбогенераторов и синхронных водородных компенсаторов должны быть выполнены из бесшовных труб.

5.2.30. Для турбогенераторов мощностью 3 МВт и более подшипники со стороны, противоположной турбине, намагничивающие подшипники и водородные уплотнения должны быть электрически изолированы от корпуса и маслопроводов.

Конструкция изолированного подшипника и водородных уплотнений должна обеспечивать периодическую проверку их изоляции в процессе эксплуатации агрегата. Для синхронного компенсатора подшипники должны быть электрически изолированы от корпуса компенсатора и маслопроводов. Для синхронного компенсатора с непосредственно подключенной намагниченностью может быть изолирован только один подшипник (на противоположной стороне намагничивания).

Для гидрогенераторов упорные подшипники и подшипники, расположенные над ротором, должны быть электрически изолированы от корпуса.

5.2.31. На каждом маслопроводе гальванически развязанных подшипников к турбогенераторам, синхронным компенсаторам и горизонтальным гидрогенераторам следует устанавливать по два гальванически развязанных фланцевых соединения.

5.2.32. Подшипники для турбогенераторов, синхронные компенсаторы и их намагничивания, а также водородные уплотнения, масляные ванны подшипников и нажимные подшипники для гидрогенераторов должны быть спроектированы таким образом, чтобы они исключали возможность разбрызгивания масла и проникновения масла и его паров на обмотки, контактные кольца и коллекторы.

Сливные трубы для подшипников с циркуляционной смазкой и водородных уплотнений должны иметь смотровые окошки для наблюдения за струей вытекающего масла. Для освещения очков следует использовать светильники, подключенные к сети аварийного освещения.

5 2.33. Для турбогенераторов с непосредственным водородным охлаждением обмоток следует устанавливать автоматические газоанализаторы для контроля наличия водорода в корпусах подшипников и закрытых проточных каналах.

5.2.34. Смешанные системы охлаждения генераторов и синхронных компенсаторов должны соответствовать требованиям 5.2.13-5.2.15.

Системы возбуждения

5.2.35. Требования 5.2.36-5.2.52 распространяются на стационарные установки систем намагничивания турбо- и водородных генераторов и синхронных компенсаторов.

5.2.36 Система возбуждения — совокупность оборудования, устройств и устройств, соединенных с соответствующими цепями, обеспечивающих необходимое возбуждение генераторов и синхронных компенсаторов в нормальных и аварийных режимах, заданных ГОСТ и техническими условиями.

В систему возбуждения генератора (синхронного компенсатора) входят: намагничиватель (генератор постоянного тока, генератор переменного тока или трансформатор с преобразователем), автоматический регулятор намагничивания, коммутационная аппаратура, средства измерений, средства защиты ротора от перенапряжений и защиты оборудование системы возбуждения от повреждений.

5.2.37. Электрооборудование и оборудование систем возбуждения должны соответствовать требованиям ГОСТ на синхронные генераторы и компенсаторы и техническим условиям на это оборудование и оборудование.

5.2.38. Системы возбуждения, где действующее значение рабочего напряжения или длительного перенапряжения (например, при форсированном возбуждении) превышает 1 кВ, должны выполняться в соответствии с требованиями настоящих Правил для электроустановок выше 1 кВ. При определении перенапряжений для систем намагничивания арматуры также учитываются перенапряжения подключения.

5.2.39. Системы возбуждения должны быть оснащены аппаратурой управления, защиты, сигнализации и КИП в объеме, обеспечивающем автоматический пуск, работу на всех предусмотренных режимах, а также отключение генераторов и синхронных компенсаторов на электростанциях и трансформаторных подстанциях без постоянного дежурства персонала.

5.2.40. Пульты и пульты управления, блоки управления и сигнализация системы охлаждения, а также преобразователи тока для тиристоров или других полупроводниковых возбудителей должны располагаться в непосредственной близости друг от друга. Допускается установка теплообменников в другом помещении, при этом щит управления теплообменником должен быть установлен рядом с ним.

Консоль (панель), с которой можно управлять намагничиванием, должна быть оборудована блоками управления намагничиванием.

5.2.41. Выпрямительные блоки систем возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов должны быть оборудованы сигнализаторами и защитами, срабатывающими при повышении температуры теплоносителя или арматуры выше допустимого уровня, а также оборудованы устройствами контроля температуры теплоносителя и силы тока установка. При наличии в выпрямительной установке нескольких групп выпрямителей необходимо проверить силу тока каждой группы.

5.2.42. Системы возбуждения должны быть оборудованы устройствами контроля изоляции, позволяющими проводить измерение изоляции в процессе эксплуатации, а также сигнализировать о снижении сопротивления изоляции ниже нормы. Для бесщеточных систем возбуждения такую ​​сигнализацию допустимо не выполнять.

5.2.43. Цепи систем возбуждения, подключенные к анодам и катодам выпрямителей, должны быть выполнены с уровнем изоляции, соответствующим испытательным напряжениям анодных и катодных цепей.

Присоединения анодных цепей к выпрямителям, катодных цепей отдельных групп, а также других цепей при наличии нескомпенсированных пульсирующих или переменных токов необходимо выполнять кабелем без металлических оболочек.

Цепи напряжения обмотки возбуждения генератора или синхронного компенсатора для измерения и подключения АРН должны быть выполнены отдельным кабелем с повышенным уровнем изоляции без ввода через обычные ряды клемм. Подключение к обмотке возбуждения должно производиться через рубильник.

5.2.44. При использовании агрегатов АГП с разрывом цепи ротора, а также при использовании статических намагничивателей с преобразователями обмотка ротора должна быть защищена разрядником многократного действия. Допускается использование дивертора одинарного действия. Разрядник должен быть подключен параллельно ротору через активное сопротивление, рассчитанное на длительную работу при пробое разрядника в режиме с напряжением возбуждения, равным 110 % от номинального.

5.2.45. Разрядники, указанные в 5.2.44, должны иметь оперативную сигнализацию.

5.2.46. Система возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов должна быть спроектирована таким образом, чтобы:

1. Отключение любого из коммутационных узлов в цепях управления АРН и намагничивания не вызывало паразитных сил в процессе пуска, останова и работы генератора на холостом ходу.

2. Исчезновение напряжения рабочего тока в цепях АРН и управления намагничиванием не привело к нарушению работы генератора и синхронного компенсатора.

3. Возможность проведения ремонтных и других работ на выпрямителях и их вспомогательном оборудовании при работе турбогенератора на резервном генераторе. Это требование не распространяется на бесщеточные системы возбуждения.

4. Исключена возможность повреждения системы возбуждения при коротком замыкании в цепях ротора и на контактных кольцах. При использовании статических преобразователей допускается защищать их автоматическими выключателями и предохранителями.

5.2.47. Тиристорные системы возбуждения должны обеспечивать возможность гашения поля генераторов и синхронных компенсаторов путем перевода преобразователя в преобразовательный режим.

В системах намагничивания со статическими преобразователями, выполненными по схеме самовозбуждения, а также в системах намагничивания с возбудителями электрических машин необходимо использовать устройство АГП.

5.2.48. Все системы намагничивания (основная и резервная) должны иметь устройства, обеспечивающие при подаче импульса на гашение поля полное девозбуждение (гашение поля) синхронного генератора или компенсатора независимо от работы АГС.

5.2.49. Система водяного охлаждения возбудителя должна обеспечивать полный слив воды из системы, вентиляцию воздуха при заполнении системы водой и периодическую очистку теплообменников.

закрытие и открытие вентилей системы охлаждения на одном из намагничиваний не должно вызывать изменения режима охлаждения другого намагничивания.

5.2.50. Пол в помещениях выпрямителей с системой водяного охлаждения должен быть спроектирован таким образом, чтобы в случае протечек воды было невозможно попадание на проводники, коммутационное оборудование и другое электрооборудование, которые размещаются под охлаждением система.

5.2.51. Возбудители постоянного тока электрических машин (основные при работе без АВР и резервные) должны иметь релейную форсировку намагничивания.

5.2.52. Турбогенераторы должны иметь резервное возбуждение, схема которого будет обеспечивать переключение с рабочего возбуждения на резервное и наоборот без отключения генераторов от сети. Для турбогенераторов мощностью 12 МВт и менее потребность в резервном возбуждении определяется главным инженером энергосистемы.

Резервные генераторы на ГЭС не устанавливаются.

5.2.53. На турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмотки ротора переключение с рабочего возбуждения на резерв и обратно должно осуществляться внешне.

5.2.54. Система возбуждения гидрогенератора должна обеспечивать возможность его начального возбуждения при отсутствии переменного тока в системе собственных нужд гидроэлектростанции.

5.2.55. По требованию потребителя система намагничивания должна быть рассчитана на автоматическое управление при отключении синхронных генераторов и компенсаторов, находящихся в резерве, и пуске резервных.

5.2.56. Все системы возбуждения в момент отказа АЭП должны иметь средства, обеспечивающие нормальное возбуждение, девозбуждение и гашение поля синхронной машины.

Принцип действия

Понять принцип работы устройства не так уж и сложно. Он заключается во вращении магнитной рамки для создания электрического поля. При вращении рамки появляются магнитные линии, которые начинают пересекать контур. Соединения способствуют образованию электрического тока.

Чтобы узнать, куда движутся токи электрической энергии, нужно воспользоваться правилом буравчика. Следует отметить, что на некоторых участках течение противоположное. Направления постоянно меняются, когда вы достигаете следующего полюса, который находится на магните. Это явление называется переменным током, и это условие можно проверить, подключив рамку к отдельному магнитному кольцу.

Связь между величиной тока в раме и частотой вращения ротора системы пропорциональна. Чем больше вращается рама, тем большую мощность может выдать генератор. Этот показатель характеризуется частотой вращения.

По установленным стандартам оптимальная скорость в большинстве стран не должна превышать 50 Гц. Это означает, что ротор должен совершать 50 колебаний в секунду. Для расчета параметра необходимо согласиться с тем, что поворот рамки приводит к изменению направления потока.

Если вал успевает повернуться один раз в секунду, это означает, что частота электрического тока равна 1 Гц. Поэтому для достижения цифры 50 Гц необходимо обеспечить правильное количество оборотов кадра в секунду.

В процессе эксплуатации число полюсов электромагнита часто увеличивается. Их можно задержать, уменьшив скорость вращения ротора.

Зависимость в этом случае обратно пропорциональна. Следовательно, чтобы получить частоту 50 Гц, необходимо уменьшить скорость прибл. Два раза.

Кроме того, стоит отметить, что в некоторых странах установлены другие нормы вращения ротора. Стандартный показатель частоты составляет 60 Гц.

Характеристики

Чтобы оценить работу генератора, нужно посмотреть на его характеристики. Принципиально они такие же, как и для станции, вырабатывающей постоянный ток. Важнейшими параметрами оценки являются несколько факторов.

• На холостом ходу. Он представляет собой зависимость ЭДС от силы движущихся токов, ответственных за возбуждение демпферной катушки. С его помощью можно определить способность цепей намагничиваться.
• Внешние характеристики. Он включает в себя параллельное соединение между напряжением катушки и током нагрузки. Значение зависит от типа нагрузки, применяемой к устройству. Среди причин, которые могут вызвать изменения, можно назвать увеличение или уменьшение ЭДС устройства, а также падение напряжения на обмотках установленной катушки, которая находится внутри устройства.
• Корректирование. Представляет взаимосвязь между токами возбуждения и токами нагрузки. Обеспечение работоспособности и защиты синхронных устройств достигается за счет контроля этого показателя. Этого легко добиться, если постоянно регулировать ЭДС.

Еще один важный параметр – мощность. Определить значение можно с помощью показателей по ЭДС, напряжению и угловому сопротивлению.

Видео версия

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По типу генераторы делятся на турбинные, дизельные и гидравлические в зависимости от способа приведения их во вращение.

Они также используются в качестве электродвигателей, выдерживающих значительные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторы, компрессоры, силовые агрегаты и другое оборудование. Отдельная категория электродвигателей используется в прецизионном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Устройство и назначение

Конструкция таких устройств предполагает всего два основных элемента:

• ротор;
• статор.

При этом на валу ротора располагаются дополнительные элементы. Это могут быть магниты или обмотка возбуждения. Магниты имеют зубчатую форму, полюса для приема и передачи тока направлены в разные стороны.

Основной задачей генератора является преобразование энергии в электрическую энергию. С его помощью можно обеспечить необходимое количество мощности зависимым устройствам, чтобы их можно было использовать.

Типы синхронных двигателей

В целом синхронные двигатели делятся на несколько категорий в зависимости от их конструктивных особенностей.

Итак, чтобы получить поток возбуждения, используйте:

• обмотка на роторе
  — для обеспечения электромагнитного взаимодействия питание обмотки осуществляется от внешнего источника;
• магнитный ротор
  – вспомогательное магнитное поле ротора создается установленными на нем постоянными магнитами;
• реактивный ротор
  — форма магнитопровода индуктора выполнена таким образом, что силовые линии якоря разрываются до достижения синхронного вращения.

В зависимости от конструкции ротора различают явнополюсные и неявнополюсные синхронные двигатели.

По режиму работы они могут использоваться как электродвигатель, генератор или синхронный компенсатор.

Разновидности синхронных машин

К основным типам синхронных электрических машин относятся: ударные генераторы, водородные генераторы, машины двойного действия, турбогенераторы, синхронные компенсаторы. В ударных генераторах синхронный генератор рассчитан на кратковременную работу машины в режиме короткого замыкания. Генератор водорода представляет собой синхронный генератор, который вырабатывает электрическую энергию от гидротурбины. В машинах двойного действия несинхронные режимы создаются путем питания обмоток статора и ротора токами различной частоты. В турбогенераторах генератор приводится в движение газовой или паровой турбиной с высокими скоростями вращения ротора. Синхронный компенсатор предназначен для выработки реактивной мощности в режиме холостого хода.

Читайте также: 15 маркировок на автоматических выключателях — что они означают, расшифровка надписей ABB, Schneider Electric, Legrand, IEK

Построение вращающейся части (ротора) синхронного мотора

Как и большинство двигателей, трехфазный электродвигатель содержит вспомогательные детали, такие как:

1. Статор или якорь (здесь расположены катушки);
2. Ротор или индуктор (здесь крепится обмотка или магниты, за счет которых образуется силовое поле).

Сначала к подвижному элементу крепятся два кольца для протекания тока. Так как у нас постоянный импульс электрического тока, то на одном кольце допускается минус, а на другом плюс. Щеточный блок размещается на специальном держателе.

В зависимости от назначения роторы синхронных двигателей делятся на два типа:

1. Неявный полюс (по внешнему виду — как овальный блок, в разрезе которого расположены провода обмотки). Применяется при высоких скоростях вращения, свыше 1500 оборотов в минуту, и небольшом количестве постов.
2. Выдающиеся посты (высоко заметные посты). Они используются при малых скоростях, но большом количестве полюсов.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного двигателя требуется дополнительное поле, независимо от влияния со стороны сети. При этом на этапе запуска запуск является асинхронным процессом до тех пор, пока устройство не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь в обмотках возникает ток и в железе ротора возникает ЭДС, вызывающая асинхронное движение до тех пор, пока обмотки возбуждения не будут находиться под напряжением.

Еще одним распространенным вариантом запуска является использование дополнительных генераторов, которые могут размещаться на оси или устанавливаться отдельно. Этот метод обеспечивает дополнительную пусковую мощность за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видно на рисунке 9, первый оборот двигателя М осуществляет генератор Г, который предназначен для вывода агрегата на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически путем установки рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения на обмотку возбуждения.

Кроме того, на практике применяется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рис. 10 показан метод тиристорного преобразователя и с установкой поворотных выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае пуск синхронного двигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD тиристоры VS открываются. В цепь обмотки возбуждения введен резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона двигателя ЭДС скольжения будет пропорционально уменьшаться и стабилитроны VD будут заблокированы, цепь будет заблокирована, а обмотка возбуждения будет питаться постоянным напряжением через UD.

Режимы работы

Большинство электрических машин имеют обратимую функцию, и синхронные агрегаты не являются исключением. Их также можно использовать в качестве электропривода или генератора для выработки электроэнергии. Оба режима различаются способом воздействия на электрическую машину — подачей напряжения на рабочие обмотки или приведением ротора в движение за счет механической силы.

Генераторный режим

Синхронные генераторы используются для выработки электроэнергии в сети. В большинстве случаев для этой цели применяют электрические машины с фазными обмотками на статоре, что значительно упрощает процесс снятия тока и его дальнейшую передачу в сеть. Физически генерация происходит под действием электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Линии электропередач попеременно пересекают витки фаз и наводят в них ЭДС взаимной индукции, в результате чего на клеммных проводах появляется напряжение.

Частота результирующего напряжения напрямую зависит от частоты вращения вала и рассчитывается по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n — частота вращения вала, измеряемая в оборотах в минуту, p — число пар полюсов.

Синхронный компенсатор

Ввиду физических характеристик синхронного электродвигателя, при работе агрегата на холостом ходу он использует реактивную мощность из сети, что позволяет значительно улучшить cosφ системы, практически приблизив его к 1. На практике используется режим синхронного компенсатора как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров сетевого напряжения.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим реализуется при подаче на обмотки якоря трехфазного рабочего напряжения. После этого электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал начинает вращаться. Однако на практике с режимом двигателя все не так просто, так как мощные устройства не могут самостоятельно получить необходимый скоростной ресурс. Поэтому при запуске используются специальные методы и схемы подключения.