Увеличение расхода охлаждающего газа приводит к тому же эффекту, что и увеличение его давления. Однако с точки зрения уменьшения вентиляционных потерь повышение расхода газа часто оказывается более рациональным. Увеличение расхода охлаждающего газа происходит за счет увеличения напора, создаваемого вентилятором. Плотная конструктивная компоновка СГ практически не дает возможности изменить размеры вентилятора, поэтому увеличение напора связано со спрямлением (уменьшение закрутки) потока водорода за вентилятором в случае вытяжной вентиляции или перед ним в случае нагнетательной вентиляции с помощью установки направляющих аппаратов.
В машинах с воздушным охлаждением расход охлаждающего газа увеличивают за счет установки дополнительных нагнетательных элементов на явнополюсном роторе и уменьшают рециркуляцию воздуха около вентилятора путем установки диффузоров или уменьшения зазора между диффузором и вентилятором.
1.3.4 Создание высокоэффективных систем возбуждения и контактных узлов
Самым распространенным способом создания основного магнитного потока СГ является электромагнитное возбуждение, состоящее в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока возникает магнитодвижущая сила (МДС), создающая в машине магнитное поле.
До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись преимущественно специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителями В (рисунок 1.4). Обмотка возбуждения (ОВ) получает питание от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ). Ротор синхронной машины, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения СГ поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя r1 и подвозбудителя r1.
Рисунок 1.4 – Контактная система возбуждения СГ
В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.
В настоящее в СГ наибольшее распространение получил принцип самовозбуждения (рисунок 1.5), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора, и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.
Рисунок 1.5 – Принцип самовозбуждения СГ
На рисунке 1.6 представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения СГ с выпрямительным трансформатором ВТ и тиристорным преобразователем ТП, через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения ОВ от перенапряжения и токовой перегрузки.
Рисунок 1.6 – Структурная схема автоматической системы возбуждения СГ
В вышерассмотренных системах возбуждения особенностью является наличие скользящего контакта, наличие которого во многом определяет надежность и рабочий ресурс машины, а также является дополнительным источником электрических и механических потерь. Для повышения технических характеристик скользящих контактов необходимо обеспечивать следующие требования:
- при производстве контактных колец должны использоваться очень прочные и устойчивые к износу материалы. К примеру, контактные кольца для турбогенераторов изготавливаются из стальных поковок марок стали 40Х или 38ХН3МА, в зависимости от мощности СГ. Для высокоскоростных СГ твердость стали для контактных колец может достигать 3000 НВ;
- для повышения устойчивости контакта и лучшего распределения тока между включенными щетками на контактных кольцах необходимо нарезать декомпрессионные винтовые канавки. Профиль канавки заполняется медью или графитом, которые при дальнейшей обработке запекаются и повергаются очистке, гарантируя более надежный контакт и улучшая динамическую узла в целом;
- для увеличения монолитности токосъемного узла необходимо использовать не миканитовую изоляцию втулки контактных колец, а стеклоизоляцию (стеклотекстолит).
Кардинальным решением вопроса возбуждения СГ является переход к системе бесщеточного (бесконтактного) возбуждения, так как наличие щеточно-кольцевого аппарата является одной из основных недостатков СГ при его работе и обслуживании. Этот узел наиболее изнашивается в процессе работы. Большое количество пыли от угольных щёток загрязняет обмотки, создавая проводниковые мосты между токоведущими частями СГ и корпусом, ухудшается изоляция и срок ее службы, требуется внеочередной ремонт с полной разборкой.
Всё это отсутствует у бесщёточных синхронных генераторов. Возбуждение осуществляется относительно небольшим по размерам возбудителем переменного тока. Возбудитель представляет собой обращённый трёхфазный синхронную машину, у которой индуктор является неподвижным и питается непосредственно от автоматического регулятора напряжения (или выполнен на базе постоянных магнитов).
В наиболее распространенных бесконтактных системах возбуждения и регулирования напряжения обмотка возбуждения возбудителя состоит из двух частей: основной и управляемой от автоматического регулятора, что обеспечивает более надёжное начальное возбуждение. Трёхфазная роторная обмотка возбудителя, соединённая в звезду подключена к роторной обмотке генератора через трёхфазный блок вращающихся кремниевых выпрямителей (выполненный, как правило, по мостовой схеме), который находится на специально смонтированном изоляционном кольце.
Рисунок 1.7 – Схема бесконтактного возбуждения с автоматическим регулированием напряжения
Одним из основных элементов данной системы возбуждения является трёхфазный трансформатор TWT (рисунок 1.7). Этот трансформатор разработан для:
- получения тока возбуждения, необходимого СГ для выработки номинального напряжения на холостом ходу и под нагрузкой;
- поддержания постоянного значения номинального напряжения путём компенсации падений напряжения, возникающих в генераторе в соответствии с векторной диаграммой;
- подпитки обмотки возбуждения генератора суммарным током, выпрямленным главным выпрямителем.
Конструктивно трансформатор представляет собой трехфазную систему со стальным Ш-образным сердечником, имеющим обмотки напряжения и тока. Уменьшенный размер сердечника используется для получения более упрощённой конструкции. Обмотки размещены таким образом, что воздушное пространство между проводами настолько мало, насколько возможно и таким образом в большой степени улучшает эффективность отвода температуры. Кроме того, поверхность изоляции сконструирована так, что площадь незащищённой поверхности на открытом пространстве увеличена и как результат - уменьшение колебаний температуры на поверхности изоляции. В результате местный перегрев внутри обмоток устраняется, что увеличивает надёжность.
Главный выпрямитель MR разработан для выпрямления выходного тока трёхфазного трансформатора, питания обмотки возбуждения генератора и использует кремниевый элемент выпрямления. Он защищён от обратного напряжения путём применения конденсатора C, описанного ниже так же, как и сам эффект хранения заряда этим конденсатором.
Реактор переменного тока L подсоединяется на фазные клеммы параллельно статорной обмотке генератора и предназначен для сдвига вектора тока холостого хода относительно напряжения генератора на угол, равный примерно 90° в сторону отставания.
Конструкция реактора такова, что величина зазора может быть легко выставлена для получения необходимого значения. Замыкающая секция построена так, что в соответствии с результатами испытаний при работе с высокой температурой, величина зазора, изменённая ухудшением изоляции, может быть успешно компенсирована. Обмотка катушки должна непосредственно проходить вокруг железного сердечника, таким образом, высокая температура в достаточной степени передаётся железному сердечнику. В проекте то же самое рассмотрено относительно изоляции. Результат состоит в том, что реактор имеет компактный размер и обеспечен достаточной индуктивностью, требуемой регулятором.
Тщательно подобранный блок конденсаторов С позволяет возникать резонансу в цепи реактора переменного тока и конденсатора. Поэтому на ток возбуждения в СГ практически не влияют изменения значений сопротивления при повышении температуры в цепи возбуждения.
Соответственно, напряжение СГ устойчиво и не колеблется при изменениях температуры. Это позволяет чрезвычайно легко поддерживать напряжения на постоянном уровне, когда СГ запущен и нет необходимости предвозбуждать СГ, у которого небольшой остаточный магнетизм. В результате возникает возможность поддерживать постоянное значение вырабатываемого напряжения. В целом для выпрямительных цепей, имеющих большие значения индуктивности на входе и выходе, вырабатываемая выходная кривая (синусоида) напряжения искажена, что препятствует управлению напряжением через тиристор. Однако при установке конденсатора в цепь выпрямителя, форма кривой напряжения формируется таким образом, что обеспечивается устойчивый контроль изменения переменного напряжения. Конденсатор имеет малые габариты и размеры так, что внутренние потери сведены к минимуму - отклонение температуры на 10 °С ниже, чем у других конденсаторов. Что касается конструкции, особое внимание уделено варианту комплектации, в котором монтажная площадка и клеммная колодка расположены таким образом, что конденсатор может удовлетворительно работать при вибрационных и ударных нагрузках.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Основные порталы (построено редакторами)