Senkron turbolar ve hidrojeneratörler nasıl düzenlenir?

Hidroelektrik santrallerde jeneratörler 68 ila 250 devir/dakika arasında dönen su türbinleri ile tahrik edilirken, termik santrallerde elektrik enerjisi buhar türbini ve türbin jeneratöründen oluşan türbin üniteleri ile üretilir. Buhar enerjisinin daha iyi kullanılması için türbinler 3000 rpm dönüş hızına sahip yüksek hızlı türbinler olarak inşa edilmektedir.Termik santraller büyük sanayi işletmelerinde de mevcuttur.

Alternatörlerin tasarımı daha basittir ve DC jeneratörlerinden çok daha fazla güçle üretilebilir.

Çoğu senkron makine, tersine çevrilmiş bir tasarım kullanır. doğru akım makineleri, yani uyarma sistemi rotorda ve armatür sargısı statorda bulunur. Bunun nedeni, kayan kontaklar yoluyla uyarma bobinine nispeten düşük bir akım sağlamanın, çalışan bobine akım beslemekten daha kolay olmasıdır. Senkron bir makinenin manyetik sistemi Şekil 1 de gösterilmiştir. 1.

Senkron makinenin uyarma kutupları rotor üzerinde bulunur.Elektromıknatısların kutup çekirdekleri, doğru akım makinelerinde olduğu gibi yapılır. Sabit kısımda, statorda, kanallarında alternatif akım - genellikle üç fazlı - çalışan bir bobin bulunan, yalıtılmış elektrikli çelik levhalardan yapılmış bir çekirdek 2 vardır.

Pirinç. 1. Senkron bir makinenin manyetik sistemi

Rotor döndüğünde, armatür sargısında, frekansı rotorun hızıyla doğru orantılı olan alternatif bir emk indüklenir. Çalışan bobinden akan alternatif akım kendi manyetik alanını oluşturur. Rotor ve çalışma bobininin alanı aynı frekansta döner — eşzamanlı olarak… Motor modunda, dönen çalışma alanı, uyarma sisteminin mıknatıslarını beraberinde taşır ve jeneratör modunda bunun tersi de geçerlidir.

Daha fazla ayrıntı için buraya bakın: Senkron makinelerin amacı ve düzeni

En güçlü makineleri tasarlamayı düşünün — turbolar ve hidrojeneratörler... Türbin jeneratörleri, yüksek hızlarda en ekonomik olan buhar türbinleri tarafından çalıştırılır. Bu nedenle, türbin jeneratörleri, 50 Hz'lik bir endüstriyel frekansta 3000 rpm'lik maksimum dönüş hızına karşılık gelen, uyarma sisteminin minimum sayıda kutbuyla yapılır - iki.

Turbojeneratör mühendisliğinin temel sorunu, elektriksel, manyetik, mekanik ve termal yüklerin sınır değerleri ile güvenilir bir makinenin oluşturulmasıdır. Bu gereksinimler, makinenin tüm tasarımı üzerinde bir iz bırakır (Şekil 2).

Pirinç. 2. Türbin jeneratörünün genel görünümü: 1 — kayma halkaları ve fırça aparatı, 2 — yatak, 3 — rotor, 4 — rotor şeridi, 5 — stator sargısı, 6 — stator, 7 — stator sargıları, 8 — fan.

Bir türbin jeneratörünün rotoru, çapı 1,25 m'ye kadar, uzunluğu 7 m'ye kadar (çalışma parçası) olan katı bir dövme şeklinde yapılır. Şaft dikkate alınarak dövmenin toplam uzunluğu 12 - 15 m'dir.Uyarma bobininin yerleştirildiği çalışma parçası üzerinde kanallar frezelenir. Böylece, açıkça tanımlanmış kutupları olmayan silindirik bir iki kutuplu elektromıknatıs elde edilir.

Türbin jeneratörlerinin üretiminde, özellikle aktif parçaların bir soğutma maddesi - hidrojen veya sıvı - jetleri ile doğrudan soğutulması olmak üzere en son malzemeler ve tasarım çözümleri kullanılır.Yüksek güç elde etmek için uzunluğu artırmak gerekir. makineye çok özel bir görünüm kazandıran.

Hidrojeneratörler (Şekil 3) yapı olarak türbin jeneratörlerinden önemli ölçüde farklıdır. Hidrolik türbinin çalışma verimliliği, su akışının hızına, yani; çaba. Düz nehirler üzerinde yüksek basınç oluşturmak imkansızdır, bu nedenle türbinin dönüş hızları çok düşüktür - dakikada onlarca ila yüzlerce devir.

50 Hz'lik bir endüstriyel frekans elde etmek için, bu tür düşük hızlı makinelerin çok sayıda kutupla yapılması gerekir. Çok sayıda direği barındırmak için, hidrojenatörün rotorunun çapını bazen 10-11 m'ye kadar artırmak gerekir.

Pirinç. 3. Bir hidrojen jeneratörü şemsiyesinin uzunlamasına kesiti: 1 — rotor göbeği, 2 — rotor kenarı, 3 — rotor kutbu, 4 — stator çekirdeği, 5 — stator sargısı, 6 — çapraz kiriş, 7 — fren, 8 — baskı yatağı, 9 — rotor kovanı.

Güçlü turbolar ve hidrojeneratörler inşa etmek bir mühendislik işidir.Mekanik, elektromanyetik, ısıl ve havalandırma hesaplamaları gibi bir takım konuların çözülmesi ve yapının üretimde üretilebilirliğinin sağlanması gerekmektedir. Yalnızca güçlü tasarım ve üretim ekipleri ve şirketleri bu görevlerin üstesinden gelebilir.

Farklı tipteki yapılar çok ilginç. senkron mikro makinelerkalıcı mıknatıs ve reaktif sistemlerin yaygın olarak kullanıldığı, yani çalışan manyetik alanın uyarma manyetik alanıyla değil, rotorun sargısı olmayan ferromanyetik çıkıntılı kutuplarıyla etkileşime girdiği sistemler.

Oysa günümüzde senkron makinelerin rakibi olmayan ana teknolojik alan enerjidir. En güçlüsünden en mobiline kadar santrallerdeki tüm jeneratörler senkron makinelere dayanmaktadır.

gelince senkron motorlar, o zaman zayıf noktaları başlatma sorunudur. Kendi başına, bir senkron motor genellikle hızlanamaz. Bunu yapmak için, tasarımı ve başlatma sürecini karmaşıklaştıran, asenkron makine prensibiyle çalışan özel bir başlatma bobini ile donatılmıştır. Bu nedenle senkron motorlar genellikle orta ila yüksek güç değerlerinde mevcuttur.

Aşağıdaki şekil bir türbin jeneratörünün yapısını göstermektedir.

Jeneratörün rotoru 1, bir uyarıcı olarak adlandırılan özel bir DC makinesi 10 tarafından tahrik edilen, uyarma bobini için olukların frezelendiği dövme çelikten yapılmıştır. Rotor sargısına giden akım, mahfaza 9 tarafından kapatılan kayma halkalarından sağlanır, rotor sargısının telleri bunlara bağlanır.

Rotor dönerken büyük bir merkezkaç kuvveti üretir.Rotorun yivlerinde, sarım metal takozlar tarafından tutulur ve çelik tutma halkaları 7 ön parçalara bastırılır.

Stator, çelik sacdan kaynaklanmış bir çerçeve 3 içinde güçlendirilmiş özel elektrikli çelikten damgalı saclardan 2 monte edilmiştir. Her bir stator yaprağı, 4 cıvata ile sabitlenmiş, segment adı verilen birkaç parçadan oluşur.

Statorun kanallarında, rotor döndüğünde elektromotor kuvvetlerin indüklendiği tellere bir bobin 6 döşenir. Seri bağlı sargı tellerinin elektromotor kuvvetleri artar ve terminallerde (12) birkaç bin voltluk bir voltaj üretilir. Sargı telleri arasından akım geçtiğinde büyük kuvvetler oluşur. Bu nedenle, stator sargısının ön kısımları halkalar 5 ile bağlanır.

Rotor, yataklarda (8) döner. Yatak ile taban plakası arasına, içinden yatak akımlarının kapatılabildiği devre kesici bir yalıtım döşenir. İkinci yatak, bir buhar türbini ile birlikte yapılır.

Jeneratörü soğutmak için stator, aralarında havalandırma kanallarının bulunduğu ayrı paketlere bölünmüştür. Hava, rotor üzerine monte edilmiş fanlar (11) tarafından tahrik edilir.

Güçlü jeneratörleri soğutmak için, içlerinden saniyede onlarca metreküpe ulaşan büyük miktarda havayı itmek gerekir.

Soğutma havası istasyonun binasından alınırsa, içinde en önemsiz miktarda toz (metreküp başına birkaç miligram) bulunduğunda, jeneratör kısa sürede tozla kirlenir. Bu nedenle türbin jeneratörleri kapalı bir havalandırma sistemi ile inşa edilir.

Jeneratörün havalandırma kanallarından geçerken ısınan hava, türbin jeneratörünün kasasının altında bulunan özel hava soğutucularına girer.

Burada ısınan hava, hava soğutucunun içinden suyun aktığı kanatlı boruları arasından geçerek soğutulur. Hava daha sonra havalandırma kanallarından iten fanlara geri döner. Bu sayede jeneratör sürekli olarak aynı hava ile soğutulur ve jeneratör içerisine toz girmesi engellenir.

Bir türbin jeneratörünün rotorunun çevresi boyunca hız 150 m / s'yi aşıyor. Bu hızda, rotorun havadaki sürtünmesine büyük miktarda enerji harcanır. Örneğin 50.000 kWVt gücündeki bir türbin jeneratöründe hava sürtünmesinden kaynaklanan enerji kayıpları tüm kayıpların toplamının %53'ü kadardır.

Bu kayıpları azaltmak için, güçlü türbin jeneratörlerinin iç alanı hava ile değil, hidrojen ile doldurulur. Hidrojen havadan 14 kat daha hafiftir, yani rotor sürtünme kayıplarının önemli ölçüde azalması nedeniyle benzer bir düşük yoğunluğa sahiptir.

Havadaki hidrojen ve oksijen karışımından oluşan oksihidrojenin patlamasını önlemek için jeneratörün içinde atmosferik basınçtan daha yüksek bir basınç ayarlanır. Bu nedenle, atmosferik oksijen jeneratöre nüfuz edemez.

Bir buhar türbini jeneratörünün 3B modeli:

1965 yılında okul malzemeleri fabrikası tarafından oluşturulan bir eğitim kaseti:
senkron jeneratörler