Содержание
1 Обзор литературных источников по современным генераторам с электромагнитным возбуждением | 3 |
1.1 Вводная часть | 3 |
1.2 Основные параметры и конструкции СГ | 6 |
1.3 Пути повышения энергоэффективности СГ | 9 |
1.4 Синхронные генераторы с постоянными магнитами (СГПМ) | 24 |
2 Современные методы расчета генераторов | 28 |
3 Обзор рынка аналогичной продукции | 38 |
Список использованных источников | 48 |
1 Обзор литературных источников по современным генераторам с электромагнитным возбуждением
1.1 Вводная часть
Министерство энергетики нацелено на глобальную модернизацию и перевод отрасли на новый технологический уровень на базе разработки и внедрения новых ключевых энергетических технологий. Основные приоритеты отрасли, а также механизмы государственной энергетической политики чётко определены Энергетической стратегией России до 2030 года.
Серьёзная реконструкция энергетического комплекса была проведена ещё в 70-е годы прошлого столетия; в 80-е тоже строили, но уже не так глобально и системно, а в 90-е строительство электротехнических объектов практически не велось. Стандартный срок службы электрооборудования электростанций составляет 25–30 лет. Очевидно, что оборудование, используемое сегодня, не просто морально устарело, а пришло в негодность. Конечно, такая картина наблюдается не везде, но надо признать, что это тенденция сегодняшнего дня. Естественно, устаревшее оборудование нужно менять, энергетическому комплексу требуется техническое перевооружение. Модернизация энергетики, требующая значительных финансовых и, главное - интеллектуальных сил, на сегодняшний день в нашей стране является насущной необходимостью.
Важнейшая предпосылка модернизации энергетики следует считать развитие новых технологий, подразумевающее не только покупку оборудования, но и участие отечественных машиностроительных фирм и энергокомпаний в совместных исследованиях перспективных технологий.
Сейчас в странах ЕС (европейского союза) идёт процесс активного строительства новых мощностей с использованием самых современных энергоблоков. Это стало возможным благодаря тому, что для повышения конкурентоспособности было резко сокращено наличие резервных мощностей в энергокомпаниях (с 20–30% до 6–10%). Это привело к тому, что часть морально и материально устаревшего оборудования была выведена из эксплуатации, а дальнейшее увеличение спроса на электроэнергию породило необходимость ввода современного, конкурентоспособного оборудования с повышенной энергоэффективностью.
Следует отметить, что создание новых энергетических установок с использованием СГ характерно для электростанций средней и малой мощности. Для крупных электростанций (ГЭС, АЭС, ТЭС), соединенных в единую энергетическую систему страны в большей степени характерно не внедрение новых ЭМ, а модернизация старых, т. е. устранение морального износа, находящихся в эксплуатации ЭМ в течение 20÷30 лет, путем доведения их технико-экономических показателей до уровня показателей новых машин. Для решения вопроса об экономической целесообразности модернизации проводят технико-экономические расчеты, основанные на сопоставлении стоимости модернизации или замены используемой ЭМ на новую. Таким образом, модернизация СГ Братской ГЭС позволила увеличить их единичную мощность и мощность всей станции на 11 %, или на 25 и 400 МВт соответственно; на Новосибирской ГЭС - на 13,75%. После модернизации ряда тепловых электростанций Урала, Центральной и Южной части России мощность ТЭС была увеличена на 640 МВт, а строительство новых блоков мощностью 600 МВт обошлось бы в 8 раз дороже и заняло бы не менее трех лет.
Увеличивая мощность СГ на вышеуказанных электростанциях, следует помнить о необходимости увеличения мощности приводных турбин и сопряженных с ними тепло - или гидросиловых систем, а также необходимо проверить готовность электрической части станции (система шин, трансформатор, система зашиты и др.) к работе при увеличенной мощности. В случае необходимости следует модернизировать или заменить и это оборудование. Одновременно следует проверить соответствие перегрузочной способности модернизированного генератора требованиям соответствующих стандартов.
Актуальность создания СГ для автономных источников электроэнергии носит более актуальный характер. Недостаточно эффективное использование ресурсов в крупных электростанциях (ГЭС, АЭС, ТЭС) и большие потери в сетях приводят к повышениям тарифов на электроэнергию в два-три раза. В связи с чем, все большее развитие получают локальные источники получения электроэнергии, в частности генераторные и когенерационные (обеспечивают выработку как электрической, так и тепловой энергии) установки в качестве привода микротурбин, газо-поршневых установок, а также дизельные и бензиновые двигатели внутреннего сгорания.
С каждым годом количество реализованных объектов на таком оборудовании растёт. Например, в нашей стране успешно работает более 400 микротурбин. Число реализованных проектов на их базе ежегодно увеличивается в среднем на 15–20%. Особенно актуально вопросы автономного энергоснабжения стоят для удалённых от централизованных сетей объектов.
Основным путем повышения энергоэффективности электростанций в первую очередь следует отнести внедрение современных установок генерирующих электроэнергию, среди которых наибольшее распространение получили трехфазные синхронные генераторы (СГ) с электромагнитным возбуждением.
Основными задачами при проектировании СГ с электромагнитным возбуждением, как и всех электрических машин (ЭМ) в целом, являются:
- увеличение номинальной мощности и коэффициента полезного действия;
- обеспечение минимально возможных габаритных размеров и массы;
- повышения уровня надежности и рабочего ресурса;
- возможность работы в агрессивных средах;
- повышение технологичности и ремонтоспособности;
- снижение материальных затрат при изготовлении и эксплуатации машины.
Для выполнения вышеуказанных задач необходимо использовать наиболее рациональные конструктивно-технические и технологические решения при проектировании отдельных узлов и ЭМ в целом, использовать последние технические достижения по электротехническим и изоляционным материалам, системам охлаждения, а также совершенствование методик электромагнитных, тепловых, механических и других расчетов с использованием современных пакетов компьютерных программ моделирования.
1.2 Основные параметры и конструкции СГ
СГ должны удовлетворять определенным требованиям, важнейшими из которых являются: высокие энергетические показатели, высокая надежность в работе при всех заданных условиях эксплуатации, малая масса и габариты, простота обслуживания, автономность (для СГ относительно малой мощности) и живучесть агрегатов (способность продолжать работу при получении повреждений), заданный срок службы и низкая стоимость.
Кроме, того к СГ может предъявляться ряд дополнительных требований, обусловленные спецификой работы и определяемых техническими требованиями, нормалями и ГОСТами. Например, важнейшими дополнительными требованиями являются:
- синусоидальность кривой фазного и линейного напряжений;
- симметрия напряжений при несимметрии нагрузки;
- малый небаланс напряжений;
- высокая перегрузочная способность;
- малое время переходных процессов.
Выполнение этих требований обеспечивается соответствующими значениями параметров СГ, которые должны быть выдержаны в процессе проектирования и изготовления.
Требования к параметрам СГ достаточно жесткие и выполнение их связано с рядом конструктивных и технологических трудностей и, как правило, с ухудшением использования машины, поскольку они антогоничны основным требованиям, главным из которых является получение высоких удельных показателей.
Требование синусоидальности кривой напряжения достигается путем уменьшения обмоточных коэффициентов для высших гармоник (при этом уменьшается и обмоточный коэффициент машины основной гармоники и растут размеры СГ), выбора профиля воздушного зазора, применение специальных обмоток, например, четырехслойных, что усложняет технологию и ухудшает использование активной части, т. е. снижает энергетические показатели.
Обеспечение допустимой несимметрии и небаланса напряжений при несимметричной нагрузке требует усиления демпферной (успокоительной) обмотки, уменьшения рассеяния обмоток статора и возбуждения для уменьшения значений сопротивлений обратной и нулевой последовательностей, что также связано с уменьшением использования СГ. Длительная работа при несимметричной нагрузке допускается, если токи в фазах не превышают номинального тока фазы, а их разность составляет не более (10÷20) %. При значительной разнице токов в фазах получаются большие потери в обмотке возбуждения от токов обратной последовательности и недопустимый ее перегрев.
Требования большой перегрузочной способности заставляют выбирать большой воздушный зазор, уменьшать линейную нагрузку, принимать меры к снижению рассеяния обмоток.
Малое время переходных процессов обеспечивается путем уменьшения постоянных времени обмоток и прежде всего постоянной времени обмотки возбуждения, применения эффективной успокоительной короткозамкнутой обмотки.
По конструктивному исполнению СГ разделяют на два вида: с явнополюсным и неявнополюсным ротором.
Наибольшее распространение получили явнополюсные конструкции, поскольку они приводятся низкочастотными гидравлическими турбинами, дизельными или бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.
В свою очередь явновыраженные конструкции представлены двумя типами магнитных систем: с вращающимся индуктором (рисунок 1.1 а) и с вращающимся якорем (рисунок 1.1 б). СГ первого типа имеют конструктивную форму классической синхронной машины. Второго типа – имеют магнитную систему машин постоянного тока, токосъем осуществляется с помощью контактных колец. У СГ обоих типов обычно на полюсных башмаках размещается демпферная клетка (успокоительная обмотка).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Основные порталы (построено редакторами)