Глава десятая. Проектирование

Синхронных машин

Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве генераторов на электростанциях, их мощность составляет 1500 МВт для турбогенераторов и 800 МВт для гидрогенераторов. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы.

10.1. Общие сведения

Синхронные двигатели предназначены для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, таких, как компрессоры, насосы, шаровые мельницы, вентиляторы, двигатель-генераторные установки и т. п.

Двигатели изготовляют с неявнополюсным и с явнополюсным ротором.

В неявнополюсном исполнении синхронных двигателей — турбодвигатели — выпускают с частотой вращения 3000 об/мин мощностью от 630 до 12500 кВт. Более широкое распространение имеют явнополюсные синхронные двигатели с диапазоном частот вращения от 1500 до 100 об/мин мощностью от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч киловатт.

Шкала мощностей выпускаемых в настоящее время двигателей приведена в табл. 10.1. Двигатели выпускают с номинальными напряжениями 380,660,6000 и 10000 в [16].

В отдельных случаях допускается изготовление двигателей на напряжение 3000 В для мощностей, указанных в таблице для двигателей с номинальным напряжением 6000 В.

Синхронные генераторы выполняют с явнополюсными роторами и применяют в сопряжении с двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями. В табл. 10.2 приведена шкала мощностей, частот вращения и напряжений для синхронных генераторов. Для дизель-агрегатов выпускают генераторы с частотой вращения 375 об/мин. Кроме того, выпускают синхронные генераторы небольших мощностей; от 4 до 100 кВт. Большинство выпускаемых генераторов работает с самовозбуждением и автоматической системой регулирования возбуждения.

Налажено серийное производство различного типа синхронных двигателей мощностью от нескольких сотен ватт до долей ватта (микродвигатели) [16].

Таблица 10.1. Шкала мощностей синхронных двигателей

Номинальная мощность, кВт	Номинальная частота вращения, об/мин
	3000								1500									1000								750
	Номинальное напряжение, В
	6000	10000		380			660	6000			10000			380		660	6000		10000		380		660		6000		10000
75	—	—		—			—	—			—			—		—	—		—		X		—		—		—
90	—	—		—			—	—			—			—		—	—		—		X		—		—		—
110	—	—		—			—	—			—			X		—	—		—		X		—		—		—
132	—	—		X			—	—			—			X		—	—		—		X		—		—		—
160	—	—		X			X	—			—			X		X	—		—		X		X		—		—
200	—	—		X			X	—			—			X		X	—		—		X		X		—		—
250	—	—		X			X	X			—			X		X	X		—		X		X		X		—
315	—	—		X			X	X			—			X		X	X		—		—		—		X		—
400	—	—		—			X	X			—			—		—	X		—		—		—		X		—
500	—	—		—			X	X			—			—		—	X		—		—		—		X		—
630	X	X		—			—	X			—			—		—	X		—		—		—		X		X
800	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
1000	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
1600	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
1250	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
2000	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
2500	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
3200	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
4000	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
5000	X	X		—			—	X			X			—		—	X		X		—		—		X		X
6300	X	X		—			—	—			—			—		—	X		X		—		—		X		X
8000	X	X		—			—	—			—			—		—	—		—		—		—		X		X
10000	X	X		—			—	—			—			—		—	—		—		—		—		X		X
12500	X	X		—			—	—			—			—		—	—		—		—		—		—		—
Номинальная мощность, кВт	Номинальная частота вращения, об/мин
	600						500						375						300					250
	Номинальное напряжение, В
	380		6000		10000	380				6000		10000			6000			10000		6000		10000		6000				10000
75	—		—		—	—				—		—			—			—		—		—		—				—
90	X		—		—	—				—		—			—			—		—		—		—				—
110	X		—		—	—				—		—			—			—		—		—		—				—
132	X		—		—	X				—		—			—			—		—		—		—				—
160	X		—		—	X				—		—			—			—		—		—		—				—
200	X		—		—	X				—		—			—			—		—		—		—				—
250	X		X		—	X				X		—			—			—		—		—		—				—
315	X		X		—	—				X		—			X			—		X		—		X				—
400	—		X		—	—				X		—			X			—		X		—		X				—
500	—		X		—	—				X		—			X			—		X		—		X				—
630	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
800	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
1000	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
1600	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
1250	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
2000	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
2500	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
3200	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
4000	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
5000	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
6300	—		X		X	—				X		X			X			X		X		X		X				X
8000	—		X		X	—				X		X			X			X		—		—		—				—
10000	—		X		X	—				X		X			—			—		—		—		—				—
12500	—		—		—	—				—		—			—			—		—		—		—				—

Таблица 10.2. Шкала мощностей синхронных генераторов

Номинальная мощность, кВт	Номинальная частота вращения, об/мин
	1500			1000			705		600	500
	Номинальное напряжение, В
	230	400	6300	230	400	6300	230	400	400	230	400
75	—	—	—	X	X	—	X	X	—	—	—
100	X	X	—	X	X	—	X	X	—	—	—
125	—	X	—	X	X	—	—	—	X	X	X
160	—	X	—	—	—	—	X	X	X	X	X
200		X	—	—	—	—	X	X	X	X	X
250	—	—	—	—	—	—	X	X	X	—	X
320	—	X	—	—	X	X	—	—	—	—	X
400	—	X	—	—	X	—	—	—	—	—	—
500	—	X	X	—	X	X	—	—	—	—	—
630	—	X	X	—	X	X	—		—	—	—
800	—	—	—	—	—	X	—	—	—	—	—

Расчет синхронных машин каждого вида имеет свои особенности. В этой главе изложена методика расчета синхронных явнополюсных машин общего назначения.

Основное конструктивное исполнение таких машин — с горизонтальным расположением вала. По способу защиты и вентиляции — защищенные или закрытые с самовентиляцией. Охлаждение — воздушное.

В настоящее время для синхронных машин не существует жесткой увязки мощностей с установочными размерами и высотой оси вращения, как это имеется, например, у асинхронных машин.

Синхронные машины общего назначения выпускают в виде ряда серий. Каждая серия включает в себя машины в определенном диапазоне мощностей и частот вращения, их выполняют на нескольких нормализованных внешних диаметрах статора, которые определяют габарит машины. При одной и той же частоте вращения две-четыре машины близких мощностей имеют одинаковую поперечную геометрию и отличаются длиной.

Неявнополюсные синхронные двигатели общего назначения выпускают сериями СД2, СДН2, СДН3-2 и др. Серию двигателей СД2 выпускают на внешних диаметрах статора, соответствующих 13-му и 14-му габаритам, серию СДН2 — на диаметрах 16-го и 17-го габаритов, а серию СДН3-2 — на диаметрах 18—21-го габаритов. Синхронные генераторы выпускают сериями СГ2 (13-й и 14-й габариты), СГД2 (16-й и 17-й габариты) и др. Конструктивно синхронные генераторы подобны синхронным двигателям соответствующего габарита. Кроме того, выпускают синхронные генераторы серий ОС, ЕСС, ECC5 и другие в диапазоне мощностей от 4 до 100 кВт (5—9-й габариты) на напряжение 230 и 400 В при частоте вращения 1500 об/мин [15].

Турбо- и гидрогенераторы большей мощности в данном учебнике не рассматриваются.