Синхронный генератор Турбинное отделение
Разобранная турбина К-1000-60/1500…
…и турбогенератор ТВВ-1000
Синхронный генератор является технической реализацией данной схемы. Он представляет собой ротор, приводимый во вращение от постороннего источника (например, паровой турбины). В пазы цилиндра ротора (так называемой бочки ротора) уложены обмотки постоянного тока - обмотки возбуждения. На статоре генератора - трехфазная обмотка, с которой снимается ток нагрузки потребителей - нагрузочная обмотка.
Энергия движется от ротора к статору. У ротора два входа: механический - вал, электрический - клеммы обмотки возбуждения. На механическом входе - механический вращающий момент от паровой турбины или от первичного двигателя другого типа. На электрическом входе - постоянное напряжение от возбудителя. Внутри ротора, в обмотке возбуждения - ток возбуждения. На выходе ротора - электромеханически полученное вращающееся магнитное поле.
На входе статора - вращающееся магнитное поле ротора. Внутри статора, в его обмотке - трехфазный ток нагрузки, подключенной к генератору. На выходе статора - трехфазное напряжение, индуцированное вращающимся магнитным полем ротора ( в конечном счете, током возбуждения ротора).
Поскольку этот курс написан прежде всего для эксплуатационников, то есть персонала, основная часть профессиональной деятельности которых связана с регулированием и поддержанием режима работы оборудования, необходимо отметить следующее. Любые электрические машины (генераторы, двигатели), как правило, работают при изменяющейся нагрузке на валу. При этом изменяются и электромагнитные процессы в машине. Эти процессы невероятно быстротечны. Поэтому и реакция на них должна быть столь же быстрой. Ясно, что этого можно достичь только автоматически. Автоматизм может быть обеспечен либо соответствующими устройствами автоматики, либо за счет свойств саморегулирования, присущих электрическим машинам ( иногда используется термин - внутренние обратные связи). Режимы работы лучше всего разбирать на моделях (что Вы делали ранее и будете делать далее, мы надеемся, в этом курсе...), но основные положения для электрических машин повторим еще раз...
Ранее говорилось, что магнитные поля статора и ротора синхронного электродвигателя (а далее мы увидим, что и асинхронного...) "жестко сцеплены" и вращаются с синхронной скоростью. Но это "сцепление" осуществляется, если так можно выразиться, не "в фазе", а с некоторым отставанием (для генераторов - с опережением) - поле ротора, как бы "один раз отстав" от поля статора на некоторый угол, далее продолжает вращаться с синхронной скоростью. Этот угол "отставания", а точнее сдвига называется углом мощности. Физический смысл этого угла достаточно прост - на моделях Вы видите, что только при наличии угла мощности (угла между полем ротора и полем статора) появляется "крутящая составляющая", которая и создает крутящий момент (а это и есть мощность) на валу электрической машины. Свойство саморегулирования синхронных электрических машин и состоит в том, что они реагируют на изменение нагрузки на своем валу изменением угла мощности. Он растет с ростом нагрузки на валу, но не беспредельно. Если угол мощности достигнет своего критического значения, то начнутся качания ротора, его провороты, асинхронный ход и прочие неприятности, которыми занимаются специальные электротехнические науки и для занятий подробным анализом которых в данном курсе нет ни времени, ни места. Гораздо важнее для Вас понять глубинные причины указанных явлений, чтобы суметь в любой ситуации суметь выйти из этих неприятных режимов...
Все генераторы энергосистемы нормально работают в синхронизме, но с разными углами мощности. Суммарная нагрузка энергосистемы распределяется между генераторами пропорционально их углам мощности.
Все сказанное о синхронных генераторах относится и к синхронным двигателям. Единственное отличие в режиме работы - если у генераторов вращающееся поле статора "сдвинуто назад" по отношению к вращающемуся полю ротора на угол мощности, то для двигателя оно "сдвинуто вперед". Специальные синхронные двигатели в энергетике применяются достаточно редко. Но любой синхронный генератор всегда может быть переведен в режим синхронного двигателя (например, при закрытии стопорных клапанов турбины включенного в сеть генератора генератор автоматически переходит в режим синхронного двигателя - он начинает не выдавать, а потреблять мощность из сети на поддержание вращения турбины на номинальных оборотах...).