Бесщеточные синхронные генераторы.
Рассмотренные выше индукторные генераторы также относятся к бесщеточным машинам, однако их применение в качестве возбудителей мощных синхронных генераторов требует применения контактных колец и щеток у последних. Применение щеточного аппарата у С.Г. с мощностями 500, 800, 1000, 1200 МВт уже практически невозможно по условиям габаритов, охлаждения, очистки от пыли и др.
По этим причинам в качестве возбудителей мощных турбогенераторов стали применять бесщеточные системы возбуждения, состоящие из обращенного синхронного генератора переменного тока, вращающихся кремниевых выпрямителей и подвозбудителей, в качестве которых могут применяться С.Г. с постоянными магнитами или индукторные генераторы.
Структурная схема бесщеточной системы возбуждения показана на рисунке, где обозначены:
ПВ – подвозбудитель;
В – возбудитель,
Выпр. – вращающиеся выпрямители;
СГ – синхронный генератор;
АРВ – система регулирования возбуждения;
ОВ – обмотка возбуждения перевозбцудителя (индукторного типа);
ВОВ; ООВ – вспомогательная и основная обмотки возбуждения возбудителя.
ОВ
Рисунок 4. Структурная схема бесщеточной
системы возбуждения СГ.
Основной возбудитель системы бесщеточного возбуждения ТГ представляет собой обращенный синхронный генератор переменного тока повышенной частоты, у которого обмотки возбуждения расположены на статоре и, следовательно, неподвижны. Обмотка переменного тока (обмотка якоря) расположена на роторе и подключена к вращающимся выпрямителям. Выпрямленный ток поступает в обмотку возбуждения синхронного турбогенератора непосредственно.
Различают трехфазные и многофазные возбудители. У трехфазных возбудителей обмотка переменного тока собрана в звезду и подает питание на мостовую схему выпрямительного устройства. При этом каждая фаза имеет по нескольку параллельных ветвей, каждая из которых подключена к отдельной ветви мостовой схемы выпрямителя (всего 6 ветвей в фазе).
В многофазных возбудителях используют не три, а много фаз обмотки переменного тока. Например, шестнадцать фаз, которые включены на самостоятельные ветви мостовой схемы выпрямителя. Это решение позволяет увеличить быстродействие системы возбуждения С.Г. в переходных режимах.
Еще большее быстродействие обеспечивает тиристорное выпрямление переменного тока возбудителя, но при этом возникает потребность подачи импульсов управления на вращающиеся тиристоры, например, с помощью скользящего контакта щеток с кольцами на валу генератора.
Приложение 1.
Классификация индукторных генераторов.
Существует большое количество модификаций генераторов индукторного типа, причем это разнообразие касается не столько конструктивных элементов, сколько конфигурации магнитной цепи и схем обмоток. Некоторые исполнения настолько отличны одно от другого, что говорить о единой методике анализа процессов во всех типах индукторных машин на первый взгляд довольно трудно. Поэтому необходимы четкое определение индукторной машины и классификация различных типов исполнений. Это поможет упростить и сделать более общим анализ работы индукторных генераторов, отбросив второстепенные явления и оставив основные.
В дальнейшем изложении будем называть якорем или статором внешнюю и всегда неподвижную часть генератора, в пазах которой расположена обмотка переменного тока. Внутреннюю вращающуюся часть генератора будем называть индуктором или ротором. Конфигурация пакета статора различна для различных исполнений генератора. Ротор во всех случаях выполняется в виде зубчатого колеса. Различия в форме зубца ротора (округление углов, прямоугольная или трапецеидальная форма паза) принципиального значения не имеют.
Индукторной машиной будем называть электрическую машину переменного тока, у которой при холостом ходе магнитная индукция в любой точке поверхности расточки якоря изменяется только по величине без изменения знака. В индукторной машине всегда все обмотки неподвижны, а изменение магнитного потока, пронизывающего обмотку якоря, вызывается перемещением ферромагнитных масс ротора, который имеет зубчатую форму исполнения.
В основу классификации индукторных генераторов целесообразно положить характер изменения потока зубца ротора при вращении последнего. Могут быть следующие случаи:
а) поток зубца индуктора по абсолютной величине практически постоянен;
б) поток зубца индуктора периодически изменяется по абсолютной величине с частотой, близкой или равной основной частоте генератора
Соответственно будем называть такие генераторы генераторами с постоянным или пульсирующим потоком.
В каждом из указанных типов генераторов возможны следующие исполнения:
1) поток зубца индуктора за один оборот последнего не изменет знака; такой тип генератора будем называть одноименнополюсным;
2) поток зубца индуктора изменяет знак; такой тип генератора будем называть разноименнополюсным.
Другие наименования различных типов индукторных машин, встречающиеся в литературе (генераторы с классической зубцовой зоной, с гребенчатой зубцовой зоной, однопакетные и двухпакетные генераторы, генераторы Гюи, интерференционные генераторы и т. п.), мы использовать не будем, так как они в меньшей мере отражают основные особенности рабочего процесса.
Наиболее существенным при анализе рабочего процесса и разработке методики расчета является различие между генераторами с постоянным и пульсирующим потоком зубца ротора. Одноименно- и разноименнополюсные генераторы в основном отличаются конструктивными особенностями.
Для каждого из рассмотренных выше типов генераторов могут применяться различные схемы обмоток статора. Наряду с нормальными одно- или двухслойными обмотками, имеющими шаг, равный или близкий к полюсному делению, в генераторах индукторного типа широкое применение имеют обмотки с удлиненным шагом, равным нечетному числу полюсных делений.
Рассмотрим примеры различных исполнений генераторов.
Генераторы с постоянным потоком зубца ротора