Демпферная обмотка генератора назначение

Демпферная обмотка генератора назначение

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИНХРОННЫХ МАШИН

Сердечник статора представляет собой полый цилиндр, набранный из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. На внутренней поверхности этого цилинд­ра выштамповывают пазы для укладки обмотки якоря. Электротехническую сталь поставляют в виде листов или лент шириной не более 1 м. При внешнем диаметре сердечника менее 1 м его собирают из цельных кольцевых плас­тин, а при большем диаметре каждый кольцевой слой со­ставляют из отдельных пластин, называемых сегментами (рис. 3). Сердечник размещают в станине (корпусе) ста­тора.

Пазы, как правило, имеют прямоугольное сечение. В эти пазы укладывают двухслойные петлевые обмотки, а в более мощных машинах — одновитковые стержневые волновые обмотки. Толщина и структура изоляции пазов и проводников зависит от индуктируемой ЭДС. При большом сече­нии проводников обмоток фаз для уменьшения добавочных потерь от вихревых токов их разбивают на ряд элементар­ных проводников, которые по длине обмотки транспониру­ют между собой. Статор синхронной машины в собранном виде показан на рисунке.

По выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные.

Явнополюсный ротор синхронных машин имеет высту­пающие полюсы, сердечник которых в мощных машинах на­бирают из пластин конструкционной стали толщиной 1- 2 мм, а в машинах небольшой мощности — из электротех­нической стали толщиной 0,5-1 мм. На рис. 4 показаны различные способы крепления полюсов.

В машинах неболь­шой мощности полюсы крепят болтами к валу (рис. 4, г), а в тихоходных машинах большой мощности — к ободу ро­тора (рис. 4, в). В мощных и относительно быстроход­ных машинах полюсы крепят к ободу ротора с помощью хвостов, имеющих Т-образную форму или форму ласточки­на хвоста (рис. 4, а и б). Такое крепление хотя техноло­гически сложнее, но является более прочным, чем крепле­ние болтами.

Обмотку возбуждения в мощных машинах для лучшего охлаждения выполняют из неизолированных медных шин большого сечения, намотанных на ребро. Между соседними витками укладывают изоляционные прокладки, пропитан­ные в смоле. Катушку запекают и устанавливают на полю­се, на который по периметру предварительно наносят корпусную изоляцию. В машинах небольшой мощности катуш­ки обмотки возбуждения выполняют из изолированных проводников прямоугольного или круглого сечения.

На полюсах ротора часто укладывают демпферную об­мотку. Ее размещают в пазах полюсных наконечников. Медные стержни этой обмотки, уложенные в пазы, по тор­цам замыкают пластинами или кольцами так, что образу­ется клетка. Демпферные обмотки делятся на продоль­ные и продольно-поперечные.

Продольная обмотка получается путем замыкания с торцов стержней отдельно каждого полюса (рис. 5). В продольно-поперечной обмотке соединяются по торцам стержни всех полюсов (рис. 6). Демпферная обмотка об­разует контуры, оси которых совпадают в первом случае только с продольной осью (с осью полюсов), а во втором случае — как с продольной, так и с поперечной осью.

Демпферная обмотка выполняет ряд функций. В гене­раторах она ослабляет влияние несимметричной нагрузки и снижает амплитуду колебаний ротора, возникающих в не­которых случаях при параллельной работе. В двигателях она является пусковой обмоткой, а также снижает амплитуду колебаний ротора при пульса­ции нагрузки.

Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т. е. имеющих большое число полюсов. Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным валом широко используют в качестве двигателей и генераторов. Общий вид ротора явнополюсной машины показан на рис. 7. Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами (рис. 8).

В зависимости от мощности турбины и напора воды час­тота вращения гидрогенераторов колеблется от 50 до 600 об/мин. Для того чтобы при таких частотах вращения получить переменное напряжение частотой 50 Гц, гидрогенераторы должны иметь несколько десятков полюсов.Гидрогенераторы выполняют на большие мощности. В конструктивном отношении гидрогенераторы имеют ряд особенностей. Важным узлом у них является упорный подшипник или подпятник. Он удерживает массу вращающихся частей ротора и турбины и воспринимает давление воды на лопасти турбины. Подпятник представляет собой особый вид подшипника скольжения. Он состоит из вра­щающейся части — пяты, выполненной в виде диска, укрепленного на роторе, и неподвижной части, находящейся под пятой (собственно подпятник).

Для уменьшения потерь в пяте между ее трущимися поверхностями (пяты и собст­венно подпятника) создается слой смазки достаточной тол­щины.

Для восприятия радиальных усилий, действующих на ротор гидрогенератора, на его валу устанавливают один или два направляющих подшипника. Один подшипник устанавливают при жестком фланцевом соединении валов гидрогенератора и турбины. Вторым направляющим под­шипником в этом случае является направляющий подшип­ник турбины. Подпятник и направляющие подшипники размещаются на крестовинах, которые служат для восприятия и передачи вертикальных и радиальных усилий на фунда­мент или на корпус статора. Различают верхнюю и ниж­нюю крестовины.

В зависимости от расположения подпятника гидрогене­раторы подразделяются на подвесные и зонтичные. В под­весном гидрогенераторе (рис. 9, а) подпятник расположен над ротором на верхней крестовине и весь агрегат «подвешен» к этой крестовине и к подпятнику.

В зонтич­ном гидрогенераторе подпятник расположен на нижней крестовине (рис. 9, б) или на крышке турбины и генера­тор в виде зонта находится над подпятником. При зонтич­ном исполнении гидрогенератор имеет меньшие массу и вы­соту, чем при подвесном исполнении, за счет уменьшения размеров верхней крестовины, имеющей больший диаметр, чем нижняя.

Механическая прочность различных деталей гидрогене­раторов рассчитывается по так называемой угонной часто­те вращения, которая в 2-3 раза больше номинальной и может иметь место в результате разгона ротора при ава­рийном отключении генератора от сети.

Неявнополюсные роторы (рис. 10 и 11) применя­ют в синхронных машинах большой мощности, имеющих частоту вращения п = 1500÷3000 об/мин. Изготовление ма­шин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по услови­ям механической прочности ротора и крепления полюсов и обмотки возбуждения.

Неявнополюсные роторы имеют главным образом син­хронные генераторы, предназначенные для непосредствен­ного соединения с паровыми турбинами. Такие машины на­зывают турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/мин и два полюса, а для атомных станций — 1500 об/мин и четыре по­люса.

Из-за больших центробежных сил, действующих на об­мотку возбуждения, ее крепление в пазах производят с по­мощью немагнитных металлических клиньев. Немагнитные клинья ослабляют магнитные потоки пазового рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и приводить к уменьшению полезного потока. Пазы большого зубца за­крывают магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закрепляют роторными бандажами. Обмотка ротора имеет изоляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяют к контактным кольцам на роторе.

Вдоль оси ротора по всей его длине просверливают цент­ральное отверстие, которое служит для исследования ма­териала центральной части поковки и для разгрузки по­ковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 12 дан общий вид турбогенератора. В турбогенераторах функ­цию демпферной обмотки выполняют массивное тело рото­ра и клинья.

Кроме турбогенераторов с неявнополюсным ротором вы­пускают быстроходные синхронные двигатели большой мощности — турбодвигатели.

Демпферная (пусковая) обмотка

Демпферная обмотка полюсов синхронных машин выполняет ряд функций. В генераторах она служит для снижения уровня динамических перенапряжений в обмотке ротора при несимметричных коротких замыканиях, гашения обратного синхронного поля, улучшения формы ЭДС и симметрии напряжений при несимметричных нагрузках отдельных фаз, успокоения качаний и повышения динамической устойчивости работы. Генераторы малой мощности (до 100 кВт) обычно не имеют демпферной обмотки.

Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.

Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2 )

.(11-53)

Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или целесообразно выбирать . При целесообразно принимать в генераторах , а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях — несократимая дробь.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)

(11-54)

Количество стержней демпферной обмотки на полюс выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)

; (11-55)

принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)

(11-56)

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)

(11-57)

Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина и высота (рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5—2 мм.

Рис. 11-13. Эскиз полюсного

наконечника с пазами демпферной обмотки:

1 — полюс; 2 — стержень демпферной обмотки;

3 — короткозамыкающий сегмент.

Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие . При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом

Предварительная длина стержня демпферной обмотки

(11-58)

затем ее уточняют при проработке конструкции машины.

Размеры короткозамыкающих сегментов выбирают такими, чтобы их высота , толщина а площадь поперечного сечения составляла около половины суммарной площади поперечного сечения стержней одного полюса (мм 2 ), т. е.

(11-59)

Окончательно размеры сегмента в поперечном сечении а также его площадь в этом сечении следует выбрать по приложению 2.

Площадь поперечного сечения перемычки между сегментами разных полюсов принимают не менее 0,5 , а площадь контакта между перемычкой и сегментом — не менее 5 .

Демпферная обмотка генератора назначение

Синхронный 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.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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.

К выбору демпферной обмотки ударного генератора Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Г. А. Сипайлов, Л. В. Лоос

Текст научной работы на тему «К выбору демпферной обмотки ударного генератора»

К ВЫБОРУ ДЕМПФЕРНОЙ ОБМОТКИ УДАРНОГО ГЕНЕРАТОРА

Г. А. СИПАЙЛОВ, Л, В. ЛООС

Представлена научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники

Ударный генератор представляет собой однофазный синхронный генератор типа турбогенератора. Нормальным режимом работы ударного генератора является внезапное включение на нагрузку в момент перехода э. д. с. генератора через нуль и отключение при первом же переходе тока через нуль. Ударный генератор, как и все однофазные синхронные генераторы, имеет демпферную обмотку по продольной и лоперечной осям.

Однако назначение демпферной системы ударного генератора не ограничивается лишь демпфированием обратного поля реакции якоря, как у однофазных синхронных генераторов. Демпферная обмотка ударного генератора служит также для уменьшения сверхпереходного индуктивного сопротивления статорной обмотки. Так как демпферная обмотка ударных генераторов занимает до 40% площади паза ротора [1Д, то правильный выбор ее имеет важное значение.

Вопросам теории и расчета демпферных обмоток синхронных машин посвящено много работ [2]» [3] и др. Однако в большинстве случаев рассматривается демпферная обмотка применительно к яв-нополюсным синхронным машинам.

Выбор демпферной обмотки ударного генератора в отличие от выбора ее для однофазных явно- и неявнополюсных синхронных генераторов, предназначенных для работы в продолжительном режиме, имеет ту о.собенность, что нормальный режим работы ударного генератора, с точки зрения установившихся понятий электротехники, является аварийным.

Характер электромагнитных процессов, происходящих при коротком замыкании или внезапном включении ударного генератора на нагрузку, индуктивность которой по своему значению близка к индуктивности рассеяния обмотки статора генератора, отображают дифференциальные уравнения, составленные для контуров статора и ротора. Исследования этих процессов по дифференциальным уравнениям находятся в соответствии с современными представлениями о переходных процессах в синхронных машинах с успокоительными контурами на роторе, т. к. в этом случае учитываются изменения потоков рассеяния между контурами [4].

Применение моделирующих устройств решает задачу максимального соответствия действительным процессам.

Исследования влияния различных параметров ударного генератора на амплитуду и на форму кривой ударного тока были проведены на математической модели электромагнитных процессов ударного генератора, созданной на базе ИПТ-5 [5].

При исследованиях за исходные принимались следующие значения параметров в относительных единицах:

М = 1,0; Lc — 1,05; LB = 1Д; LDd = LDd — 1,03; rc = 0.005; rB = 0,005; rDi=rDg= 0,005-

M — взаимоиндуктивиость между обмотками;

L—полные индуктивности обмоток;

г — активные сопротивления обмоток; индексы при L и г обозначают; с — обмотка статора, Ъ — обмотка возбуждения, Dd—демпферная обмотка по продольной оси, Dq— демпферная обмотка по поперечной оси. При этом за единицу тока в каждом случае принималась такая его величина, которая соответствовала значениям параметров, равных исходным.

ГЕНЕРАТОР БЕЗ ДЕМПФЕРНОЙ ОБМОТКИ

Исследование однофазной синхронной машины без демпферной обмотки на роторе представляет, в основном, теоретический интерес. Эти исследования помогают более наглядно оценить роль активного сопротивления обмотки статора, индуктивности обмотки возбуждения и т. д. в получении импульса тока необходимой величины.

Дифференциальные уравнения переходных процессов для случая синхронной машины без демпферных обмоток имеют вид:

+М cos toi h (»M sin o) t. к — * — dt

Система уравнений (1) не интегрируется в общем виде, численные же методы ее решения довольно трудоемки. Применение аналоговой вычислительной машины позволяет решить эту задачу.

Методика решения дифференциальных уравнений, отображающих электромагнитный переходный процесс ударного генератора, имеющего на роторе, наряду с обмоткой возбуждения, демпферную обмотку по продольной и поперечной осям, приведена в [5]. Пользуясь этой методикой, можно решить систему уравнений (1) ; для этого необходимо отключить от схемы решения (рис. 2) Г5] усилители 9. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16.

В табл. 1 приведены результаты, показывающие степень влияния активного сопротивления обмотки статора на величину токов в обмотке статора и в обмотке возбуждения; при этом за единицу при-

няты значения токов при о = —__ _ —0.

‘Г и Г5 л и ц а 1

?> о о, 1)025 0,005!) 0,0075

I J О,Ой 0,92 0,81)

В ударных генераторах уменьшение максимального тока статора за счет активного сопротивления будет меньше 5 —

В табл. 2 приведены результаты, пока сь;гающ’ие степень влияния индуктивности цепи ротора или в рассматриваемом случае индуктивности рассеяния обмотки возбуждения на величину токов в обмотках статора и ротора.

L а 1X5 и 1.2 u 1,4 1,1) 4

/ с 1,04 1 (1.92 0,87 0,83 0,79 (Mit

/ в 1.05 i 0,0! 0,78 0,74 0,(17 0,5.

С увеличением индуктивности цепи ротора амплитуды токов в обмотках статора и ротора уменьшаются, при этом ток в обмотке возбуждения приближается к постоянному, соответствующему холостому ходу. В частности, это видно из осциллограмм, приведенных на рис. 1, снятых для двух значений индуктивностей ¿к при прочих неизменных параметрах, равных исходным.

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что отклонение кривой тока статора от синусоиды тем больше, чем меньше общий коэффициент рассеяния, то есть чем более совершен-

Рис. 1. Осциллограммы токов статора и ротора при отсутствии

демпферной обмотки: а) /Л> ^1,05; б) Ь —4,0.

на магнитная связь между обмотками. Удельный вес высших гармонических в кривых токов статора и ротора однофазного сзянхронного генератора без демпферных обмоток велик.

Существует известное средство избавления от высших гармонических в кривой тока путем введения в цепь ротора дроссельной катушки. Однако такой способ не может быть рекомендован для ударного генератора, так как при этом увеличивается его сверхпереходное реактивное сопротивление-

Для уничтожения высших гармонических в кривых тока необходимо создать на роторе многофазную обмотку, способную реагировать на вращающиеся относительно ротора магнитные поля вращающимися же полями.

Для лучшего выяснения возможностей демпфйрования рассматривается как раздельное, так и совместное действие демпферных обмоток по продольной и поперечной осям

ГЕНЕРАТОР С ДЕМПФЕРНОЙ ОБМОТКОЙ ПО ПОПЕРЕЧНОЙ ОСИ

При исследовании однофазной синхронной машины с демпферной обмоткой по поперечной оси все параметры оставались постоянными, изменялась лишь индуктивность демпферной обмотки по поле-речной оси в пределах:

Р*н с. 2. Осциллограммы токов статора и ротора при наличии демпферной обмотки только по поперечной оси. а) ^ =1,03; б) р =1,2;

Результаты этих исследований представлены в табл. 3.

/с J 0,95 0,93 0,90 0,80

В результате исследований выяснено, что индуктивность демпферной оъмотки по поперечной оси влияет как па амплитудное значение тока статора, так и на его форму. При малых значениях рассеяния демпферной обмотки ударный ток имеет остроугольную вершину (рис. 2а). При увеличении рассеяния демпферной обмотки вершина кривой ударного тока становится плавной (рис. 26, 2в).

ГЕНЕРАТОР С ДЕМПФЕРНОЙ ОБМОТКОЙ ПО ПРОДОЛЬНОЙ И ПОПЕРЕЧНОЙ ОСЯМ

При наличии полной демпферной обмотки исследовалось раздельное влияние изменения индуктивности обмотки по продольной и поперечной осям на величину и форму тока короткого замыкания. Степень влияния индуктивности Ьщ на величину тока статора при наличии демпферной обмотки по продольной оси показана в табл. 3. В этом случае индуктивность демпферной обмотки по поперечной оси

изменялась в пределах 1,03 — 1,4 при всех прочих постоянных параметрах.

Ьв 1,03 1,05 1,1 1,15 1,2 1,4

Т 1 0,97 0,8а 0,87 0,85 0.8,’3

Из табл. 4 следует, что демпферная обмотка по поперечной оси оказывает наиболее сильное влияние на величину тока статора в том случае, когда ее индуктивность изменяется в пределах К^щ LB , то дальнейшее увеличение индуктивности LDg

лишь в небольшой степени влияет на величину тока.

Увеличение индуктивности как и в случае генератора без

демпферной обмотки по продольной оси, приводит к сглаживанию вершины кривой ударного тока.

На рис. 3 представлена осциллограмма для двух значений индук-тивностей Ьщ при прочих постоянных параметрах.

При исследовании влияния демпферной обмотки по продольной оси на величину ударного тока ее индуктивность изменялась в пределах L^ = 1,03 г 1,4 при прочих параметрах постоянных, равных исходным. Результаты исследования представлены в табл. 5.

Т а б л и ц а 5

LDd w U>5 U U ГГ

/с 1,0 0,90 0,82 0,74 0,63

Из табл. 5 следует, что с увеличением рассеяния демпферной обмотки по продольной оси амплитуда тока статора существенно уменьшается. Поэтому, с точки зрения увеличения амплитуды тока, следует стремиться к возможно меньшим значениям индуктивности рассеяния демпферной обмотки по продольной оси. Однако, с другой стороны, уменьшение рассеяния демпферной обмотки означает уменьшение высоты меди, занимаемой этой обмоткой, что ведет к возрастанию ее активного сопротивления. При этом постоянная времени демпферной обмотки уменьшается, что приводит к заметному затуханию тока уже к концу первого полупериода э. д. с.

Для количественной оценки влияния активного сопротивления демпферной обмотки на проникновение потока реакции якоря в контур обмотки возбуждения были проведены опыты, в которых активное сопротивление изменялось в широких пределах

при этом другие параметры оставались неизменными.

Из представленной на рис. 4а осциллограммы токов, снятой при ^Dd

0, следует, что ток в обмотке возбуждения за время импульса практически не изменяется, то есть в случае, когда демпферный контур является сверхпроводящим, поток реакции якоря не проникает в обмотку возбуждения. Но если активное сопротивление демпферного контура велико, например о= 0,1, то, как это следует из приведенной на рис. 46 осциллограммы, в момент короткого замыкания ток в обмотке возбуждения сильно изменяется.

Рис. 4. Осциллограмма токов статора и ротора при полной демпферной обмотке: а) о=0; б) о=.-ОД.

Максимальные значения токов в обмотке возбуждения, полученные при различных активных сопротивлениях демпферных контуров, представлены в табл. 5; при этом за единицу тока принят номинальный ток возбуждения.

й 0 0,004 0,008 0,012 0,01(1 002 0,05 0Л 1 1 1,02 1,05 1,07 1,08 1,10 1,15 1,6

При проектировании демпферной системы необходимо стремиться к тому, чтобы отношение между активным сопротивлением обмотки и ее индуктивностью не превосходило величины В Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

§87. Устройство синхронной машины

Конструктивная схема машины. В зависимости от расположения якоря синхронные машины выполняют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой и средней мощности (рис. 285) выполняют с неподвижным якорем для удобства отвода электрической энергии от обмотки якоря или ее подвода к ней. Поскольку мощность возбуждения невелика, подвод постоянного тока к расположенной на роторе обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. В синхронных машинах с неподвижным якорем якорь 3 выполнен так же, как и статор асинхронной машины. На нем имеются пазы, в которых уложена трехфазная обмотка. Сердечник якоря запрессован в остов 2, для крепления машины на остове имеются лапы 6. Возможно также крепление с помощью фланца или другими способами. На валу ротора 4 установлен вентилятор 5, обеспечивающий охлаждение машины. Возбуждение синхронной машины осуществляется в данном случае от возбудителя 1.

Конструкция ротора. В машинах с неподвижным якорем применяют две различные конструкции ротора: явнополюсную (рис. 286, а) и неявнополюсную (рис. 286,б). Явнополюсный (с явновыраженными полюсами) ротор обычно используют в машинах с четырьмя и большим числом полюсов. Обмотку возбуждения выполняют в этом случае в виде цилиндрических катушек 2 прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках 3 полюсов и укрепляют полюсными наконечниками 1.Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из листовой

Рис. 285. Общий вид синхронной машины с возбудителем

Рис. 286. Расположение обмотки возбуждения на роторе синхронной явнополюсной (а) и неявнополюсной (б) машины

стали. Двухполюсные и четырехполюсные машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 об/мин, выполняют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно, так как не обеспечивается необходимая механическая прочность крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения 2 в такой машине размещается в пазах сердечника 5 ротора, изготовленного из массивной стальной поковки, и укрепляется в них немагнитными металлическими клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят стальными массивными бандажами. Примерно 1/3 каждого полюсного деления ротора не имеет пазов; эти части образуют так называемые «большие зубцы» 4, через которые входит и выходит поток возбуждения.

По своему назначению синхронные машины подразделяют на турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы и синхронные двигатели. Назначение машины в значительной степени определяет и ее конструкцию. Турбогенераторы, приводимые во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами, выполняют неявнополюсными. Для получения стандартной частоты 50 Гц они должны иметь при двух полюсах частоту вращения 3000 об/мин, а при четырех полюсах—1500 об/мин. Гидрогенераторы приводятся во вращение тихоходными турбинами, частота вращения которых составляет несколько десятков или сотен оборотов в минуту, поэтому они выполняются с большим числом полюсов (16—96) и имеют явнополюсные роторы. Дизель-генераторы, работающие от двигателей внутреннего сгорания, и синхронные двигатели небольшой и средней мощности выполняют обычно явнополюсными, мощные же двигатели — неявнополюсными.

Дизель-генераторы и синхронные двигатели выполняют, как правило, с горизонтальным расположением вала (рис. 287, а). В дизель-генераторе обычно имеется один подшипник; в качестве второй опоры ротора используется подшипник самого дизеля, вал которого жестко соединяется с валом ротора генератора. В синхронных машинах с явнополюсным ротором в полюсных наконечниках (рис. 287, 6) размещаются стержни беличьей клетки, выполненной из меди или латуни. С торцовых сторон ротора стержни соединяются с короткозамыкающими кольцами. В генераторах эту клетку называют демпферной обмоткой; она обеспечивает

Рис. 287. Роторы дизель-генератора: 1 — вал; 2 — обмотка возбуждения; 3 — полюс ротора; 4 — стержни беличьей клетки; 5 — короткозамыкающие кольца

быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при резких изменениях режима работы машины. В синхронных двигателях беличья клетка служит в качестве пусковой обмотки.