Двухполюсного турбогенератора

В отличие от двухполюсного генератора за один оборот ротора каждый проводник обмотки дважды оказывается против середины полюса одинаковой полярности.

Задача 4.2. Две обмотки расположены на роторе двухполюсного генератора и соединены, как показано на 4.7, а, б. Амплитуды э.д.с. обмоток ?im = 60 В, ?2т = 80 В. Частота вращения ротора п = 3000 об/мин. Определить показания вольтметров при согласном и встречном соединении обмоток.

Принцип действия коллектора рассмотрим сначала на простейшей модели ( 9.3) двухполюсного генератора, обмотка якоря которого представлена одной секцией (одним витком). Активные стороны секции соединены с полукольцами простейшего коллектора, на которые наложены две щетки А, Б.

Задача 9.3. Простая петлевая обмотка якоря двухполюсного генератора постоянного тока имеет s= 164 секции по два витка в каждой (п = = 2). Магнитный поток полюса Ф= 1,2-10~2 Вб, частота вращения якоря п= 1000 об/мин. Определить напряжение на зажимах генератора и электромагнитный момент, если сопротивление цепи якоря Я„ = 0,15 Ом, а ток якоря /я = 75 А. Решить ту же задачу, если обмотка якоря простая волновая с числом секций s=167, а сопротивление цепи якоря /?я = 0,35 Ом.

Рассмотрим три предельных случая реакции якоря двухполюсного генератора (р=1) с неявнополюсным ротором: характер цепи якоря чисто активный (ток совпадает с э. д. с. по фазе); цепь якоря имеет чисто индуктивный характер (ток отстает от э. д. с. на 90°); характер цепи якоря емкостный (ток опережает э. д. с. на 90°).

а — схема поврежденной обмотки и зависимость ЭДС от доли а замкнувшихся витков; б — зависимость тока КЗ от доли 06 замкнувшихся витков двухполюсного генератора

Задача 7. 2. Обмотка якоря двухполюсного генератора параллельного возбуждения имеет N — 500 проводников и 2 а=4 параллельных ветви. Магнитный поток ф=0,022 вб. Скорость вращения якоря л=2500 об/мин. Определить напряжение на зажимах генератора и электромагнитный (тормозной) момент, если гя=0,14 ом, при токе нагрузки /н=60 а и токе возбуждения /в=3,0 а.

Основной принцип работы синхронной машины тот же, что и машины постоянного тока, но в отличие от последней в синхронной машине не требуется производить выпрямления наводимой в обмотке якоря переменной во времени э. д. с. в постоянную. Поэтому синхронная машина не нуждается в коллекторе. На 1-1, а изображена схема двухполюсного генератора с кольцевым якорем. Чтобы получить от него простейший вид синхронного трехфазного генератора, нужно взять на окружности якоря три точки а — b — с, сдвинутые каждая относительно соседней на угол

тора1. Обмотки фаз сдвинуты друг относительно друга на угол 120°/р, где р — число пар полюсов. В случае двухполюсного генератора ( 12-3) р=\ и угол равен 120° (подробнее см. § 12-6).

Для получения связанной трехфазной цепи не требуются отдельные однофазные генераторы, а используется трехфазный генератор, схематически показанный на 12-3. Обмотки, в которых наводятся э. д. с., помещаются в пазах статора 1. Обмотки фаз сдвинуты друг относительно друга на угол 120°/р, где р — число пар полюсов. В случае двухполюсного генератора ( 12-3) р — = 1 и угол равен 120° (подробнее см. § 12-6).

а — схема повре кденной обмотки и зависимость э. д. с. от доли а замкнувшихся витков; б — зависимость тока I-. з. от доли a замкнувшихся r-итков двухполюсного генератора.

и соединены муфтами 11, 12, а их статоры смонтированы на фундаментных плитах (например, 13 и 14). Генератор 1 создан на основе серийного двухполюсного турбогенератора

Защитоспособность при многофазных КЗ и общая оценка. Защитоспособность для машин оценивается долей охваченных витков при /?п = 0 (см. гл. 1). Для этого на 12.6 с использованием соотношений 12.2, б построены зависимости токов в защите /ка при внутренних многофазных КЗ (кривая / для .Rn = 0 и кривая 2 для Яп^О) одиночно работающего двухполюсного турбогенератора и токов срабатывания защит соответственно с торможением (прямая 3) по 12.5, а и без торможения (прямая 4) по 12.5, б от доли замкнувшихся витков

4.2.2. Число витков в фазе обмотки якоря двухполюсного турбогенератора и>! = 16, коэффициент укорочения kyl = 0,966, коэффициент распределения kpi = 0,956. Вычислить амплитуду основной гармонической МДС обмотки якоря, если мощность турбогенератора 5Н = 31 250 кВ-А, фазное напряжение (7„.ф = 6060 В.

4.2.4. Воздушный зазор двухполюсного турбогенератора 6 = 3 см, число витков в фазе обмотки якоря w^ = 18. Определить амплитуду основной гармонической индукции магнитного поля якоря с током / = 1500 А, если число пазов статора Zj = 48, шаг обмотки у = 20. Коэффициент воздушного зазора k& = 1,15.

4.2.5. Определить магнитный поток взаимной индукции, соответствующий току / = 1300 А в трехфазной обмотке двухполюсного турбогенератора, его потокосцепление с фазой обмотки статора и индуцируемую в ней ЭДС, если известно: число витков в фазе обмотки Wj = 16, число пазов на полюс и фазу q — 8, шаг обмотки у — 20, расчетный зазор 6' = 3,3 см, полюсное деление т = 150 см, расчетная длина /§ =210 см, частота тока 50 Гц.

4.2.16. Внутренний диаметр статора двухполюсного турбогенератора D = 100 см, длина обмотанной части полюса b = 110 см. Число витков в фазе и>! =16, обмоточный коэффициент k0 ^ = 0,92. Определить МДС обмотки возбуждения, эквивалентную МДС якоря при токе / = 1500 А.

4.2.19. Вычислить главное индуктивное сопротивление обмотки якоря двухполюсного турбогенератора, имеющего 48 пазов на статоре, шаг обмотки статора у = 20, число витков в фазе w = 16. Диаметр расточки статора D = 100 см, расчетная длина /$ = 2,2 м, расчетный воздушный зазор 5' = = 3,35 см. Найти индуктивное сопротивление рассеяния обмотки фазы якоря, если коэффициент проводимости \ai = 4,7.

Общий вид двухполюсного турбогенератора типа ТВВ-320-2 показан на 4.99.

На 1-2 приведен продольный разрез двухполюсного турбогенератора завода «Электросила» на 6 тыс. кет, 3000 об/мин, конструкция которого характерна и для машин большей мощности. Самую ответственную в механическом и тепловом отношении часть турбогенератора представляет ротор. При нормальной скорости вращения линейные скорости на окружности ротора достигают в четырехполюсных турбогенераторах 100—-125м/сек, а в двухполюсных турбогенераторах большой мощности 150—170 м/сек. Развивающиеся при этих скоростях центробежные силы создают в некоторых частях ротора весьма большие механические напряжения. В связи с этим в современных турбогенераторах ротор изготовляется обычно массивным ( 1-3) из цельной стальной поковки высокой прочности, достигаемой в результате сложного процесса термической и механической обработки ее. В крупных машинах применяется специальная хромоникельмолибденовая сталь с временным сопротивлением разрыву около 80 кПмм*, пределом текучести 55—60 кГ/лш2 и удлинением около 20%. В осевом направлении

робежные силы на поверхности роторов); транспортными габаритами статора; трудностью создания надежных систем возбуждения на номинальный ток ротора порядка 8—12 кА. Выход из положения может быть найден путем создания четырехполюсных турбогенераторов, разрабатываемых для АЭС. У таких генераторов ротор механически менее напряжен, однако его масса значительно больше массы ротора двухполюсного турбогенератора такой же номинальной мощности, а масса поковок достигает 300—350 т. Предельная мощность двухполюсных турбогенераторов оценивается величиной 1500 МВт, четырехполюсных—2000—2500 МВт. В табл. 4-1 приведены основные данные двухполюсных и четырехполюб ных турбогенераторов по данным фирмы Броун — Бо-вери.

Дальнейшее увеличение единичной мощности турбогенераторов сдерживается трудностью получения надежных в работе цельнокованых или сварных роторов с большими массами (так как при больших диаметрах роторов и частоте вращения 3000 об/мин возникают большие окружные скорости и соответственно большие центробежные силы на поверхности роторов); транспортными габаритами статора; трудностью создания надежных систем возбуждения на номинальный ток ротора 8—12 кА. Выход из положения может быть найден, в частности, путем создания четырехпо-люсных турбогенераторов. У таких генераторов ротор механически менее напряжен, однако его масса значительно больше массы ротора двухполюсного турбогенератора такой же номинальной мощности, а масса поковок достигает 300—350т. Предельная мощность двухполюсных турбогенераторов 1500 МВт; четырехполюсных — 2000—2500 МВт. По оценкам предельная мощность разрабатываемых машин новых типов — криотурбогенераторов может быть доведена до 4000—5000 МВт. В табл. 4.1 приведены прогнозные оценки предельных мощностей двухполюсных и четырехполюсных турбогенераторов по материалам фирмы Броун-Бовери.