Демпферная обмотка синхронного генератора что это такое
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИНХРОННЫХ МАШИН
Сердечник статора представляет собой полый цилиндр, набранный из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. На внутренней поверхности этого цилиндра выштамповывают пазы для укладки обмотки якоря. Электротехническую сталь поставляют в виде листов или лент шириной не более 1 м. При внешнем диаметре сердечника менее 1 м его собирают из цельных кольцевых пластин, а при большем диаметре каждый кольцевой слой составляют из отдельных пластин, называемых сегментами (рис. 3). Сердечник размещают в станине (корпусе) статора.
Пазы, как правило, имеют прямоугольное сечение. В эти пазы укладывают двухслойные петлевые обмотки, а в более мощных машинах — одновитковые стержневые волновые обмотки. Толщина и структура изоляции пазов и проводников зависит от индуктируемой ЭДС. При большом сечении проводников обмоток фаз для уменьшения добавочных потерь от вихревых токов их разбивают на ряд элементарных проводников, которые по длине обмотки транспонируют между собой. Статор синхронной машины в собранном виде показан на рисунке.
По выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные.
Явнополюсный ротор синхронных машин имеет выступающие полюсы, сердечник которых в мощных машинах набирают из пластин конструкционной стали толщиной 1- 2 мм, а в машинах небольшой мощности — из электротехнической стали толщиной 0,5-1 мм. На рис. 4 показаны различные способы крепления полюсов.
В машинах небольшой мощности полюсы крепят болтами к валу (рис. 4, г), а в тихоходных машинах большой мощности — к ободу ротора (рис. 4, в). В мощных и относительно быстроходных машинах полюсы крепят к ободу ротора с помощью хвостов, имеющих Т-образную форму или форму ласточкина хвоста (рис. 4, а и б). Такое крепление хотя технологически сложнее, но является более прочным, чем крепление болтами.
Обмотку возбуждения в мощных машинах для лучшего охлаждения выполняют из неизолированных медных шин большого сечения, намотанных на ребро. Между соседними витками укладывают изоляционные прокладки, пропитанные в смоле. Катушку запекают и устанавливают на полюсе, на который по периметру предварительно наносят корпусную изоляцию. В машинах небольшой мощности катушки обмотки возбуждения выполняют из изолированных проводников прямоугольного или круглого сечения.
На полюсах ротора часто укладывают демпферную обмотку. Ее размещают в пазах полюсных наконечников. Медные стержни этой обмотки, уложенные в пазы, по торцам замыкают пластинами или кольцами так, что образуется клетка. Демпферные обмотки делятся на продольные и продольно-поперечные.
Продольная обмотка получается путем замыкания с торцов стержней отдельно каждого полюса (рис. 5). В продольно-поперечной обмотке соединяются по торцам стержни всех полюсов (рис. 6). Демпферная обмотка образует контуры, оси которых совпадают в первом случае только с продольной осью (с осью полюсов), а во втором случае — как с продольной, так и с поперечной осью.
Демпферная обмотка выполняет ряд функций. В генераторах она ослабляет влияние несимметричной нагрузки и снижает амплитуду колебаний ротора, возникающих в некоторых случаях при параллельной работе. В двигателях она является пусковой обмоткой, а также снижает амплитуду колебаний ротора при пульсации нагрузки.
Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т. е. имеющих большое число полюсов. Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным валом широко используют в качестве двигателей и генераторов. Общий вид ротора явнополюсной машины показан на рис. 7. Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами (рис. 8).
В зависимости от мощности турбины и напора воды частота вращения гидрогенераторов колеблется от 50 до 600 об/мин. Для того чтобы при таких частотах вращения получить переменное напряжение частотой 50 Гц, гидрогенераторы должны иметь несколько десятков полюсов.Гидрогенераторы выполняют на большие мощности. В конструктивном отношении гидрогенераторы имеют ряд особенностей. Важным узлом у них является упорный подшипник или подпятник. Он удерживает массу вращающихся частей ротора и турбины и воспринимает давление воды на лопасти турбины. Подпятник представляет собой особый вид подшипника скольжения. Он состоит из вращающейся части — пяты, выполненной в виде диска, укрепленного на роторе, и неподвижной части, находящейся под пятой (собственно подпятник).
Для уменьшения потерь в пяте между ее трущимися поверхностями (пяты и собственно подпятника) создается слой смазки достаточной толщины.
Для восприятия радиальных усилий, действующих на ротор гидрогенератора, на его валу устанавливают один или два направляющих подшипника. Один подшипник устанавливают при жестком фланцевом соединении валов гидрогенератора и турбины. Вторым направляющим подшипником в этом случае является направляющий подшипник турбины. Подпятник и направляющие подшипники размещаются на крестовинах, которые служат для восприятия и передачи вертикальных и радиальных усилий на фундамент или на корпус статора. Различают верхнюю и нижнюю крестовины.
В зависимости от расположения подпятника гидрогенераторы подразделяются на подвесные и зонтичные. В подвесном гидрогенераторе (рис. 9, а) подпятник расположен над ротором на верхней крестовине и весь агрегат «подвешен» к этой крестовине и к подпятнику.
В зонтичном гидрогенераторе подпятник расположен на нижней крестовине (рис. 9, б) или на крышке турбины и генератор в виде зонта находится над подпятником. При зонтичном исполнении гидрогенератор имеет меньшие массу и высоту, чем при подвесном исполнении, за счет уменьшения размеров верхней крестовины, имеющей больший диаметр, чем нижняя.
Механическая прочность различных деталей гидрогенераторов рассчитывается по так называемой угонной частоте вращения, которая в 2-3 раза больше номинальной и может иметь место в результате разгона ротора при аварийном отключении генератора от сети.
Неявнополюсные роторы (рис. 10 и 11) применяют в синхронных машинах большой мощности, имеющих частоту вращения п = 1500÷3000 об/мин. Изготовление машин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по условиям механической прочности ротора и крепления полюсов и обмотки возбуждения.
Неявнополюсные роторы имеют главным образом синхронные генераторы, предназначенные для непосредственного соединения с паровыми турбинами. Такие машины называют турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/мин и два полюса, а для атомных станций — 1500 об/мин и четыре полюса.
Из-за больших центробежных сил, действующих на обмотку возбуждения, ее крепление в пазах производят с помощью немагнитных металлических клиньев. Немагнитные клинья ослабляют магнитные потоки пазового рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и приводить к уменьшению полезного потока. Пазы большого зубца закрывают магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закрепляют роторными бандажами. Обмотка ротора имеет изоляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяют к контактным кольцам на роторе.
Вдоль оси ротора по всей его длине просверливают центральное отверстие, которое служит для исследования материала центральной части поковки и для разгрузки поковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 12 дан общий вид турбогенератора. В турбогенераторах функцию демпферной обмотки выполняют массивное тело ротора и клинья.
Кроме турбогенераторов с неявнополюсным ротором выпускают быстроходные синхронные двигатели большой мощности — турбодвигатели.
Источник
Качания синхронного генератора, демпферная обмотка
Избыточный или качательный момент.
Избыточный момент обусловливает вынужденные колебания синхронной машины. Он представляет собой периодическую функцию времени, среднее значение которой равно нулю.
Демпферная обмотка — обмотка для успокоения электромеханич. колебаний машины при переходных процессах; закладывается в полузакрытые пазы на наконечниках полюсов роторов синхронных явнополюсных машин. В синхронных двигателях Д. о. при асинхронном пуске выполняет роль пусковой обмотки.
3) Искрение под щётками машин постоянного тока Причины искрения. Способы улучшения коммутации.
С точки зрения надежности наиболее слабым элементом в машинах постоянного тока является скользящий контакт щеток по коллектору. При коммутации между щетками и коллектором может наблюдаться искрение. Сильное искрение вызывает повреждения поверхности коллектора и щеток.
Причины искрения разделяют на механические, потенциальные и электромагнитные.
Механическиепричины вызваны неполным прилеганием щеток к коллектору. Они вызваны некачественным изготовлением коллектора и щеточного узла: неровная или загрязненная поверхность коллектора, его эллиптичность, биение, слабое давление щеток на коллектор и т.д.
Потенциальные причины искрения связаны с напряжением между коллекторными пластинами. Если оно превышает допустимое значение, появляются искры между смежными пластинами. При этом сгорает угольная пыль в изоляционных промежутках между пластинами. В машинах большой мощности искры могут перейти в электрическую дугу, которая перекрывает большую часть коллектора (круговой огонь на коллекторе). При этом машина выходит из строя.
Электромагнитные причины связаны с протеканием электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Они являются основными.
Как правило, искрение щеток — это результат совместного действия многих причин. Качество коммутации оценивается степенью искрения под сбегающим краем щетки, из-под которого выходят пластины коллектора при его вращении.
Идея улучшения коммутации сводится к тому, чтобы криволинейную коммутацию, привести к прямолинейной, а для этого необходимо, чтобы добавочный ток был равен нулю.
1. За счет сдвига щеток с нейтрали,
2. За счет установки добавочных полюсов.
1. Улучшение коммутации за счет сдвига щеток с нейтрали, рис. 67 а, б, в
2. Улучшение коммутации за счет установки добавочных полюсов
Дополнительные полюса устанавливают на геометрической нейтрали. Количество их равно числу главных полюсов. Это простое и целесообразное решение. Все современные машины постоянного тока снабжены дополнительными полюсами.
Источник
Демпферная (пусковая) обмотка
Демпферная обмотка полюсов синхронных машин выполняет ряд функций. В генераторах она служит для снижения уровня динамических перенапряжений в обмотке ротора при несимметричных коротких замыканиях, гашения обратного синхронного поля, улучшения формы ЭДС и симметрии напряжений при несимметричных нагрузках отдельных фаз, успокоения качаний и повышения динамической устойчивости работы. Генераторы малой мощности (до 100 кВт) обычно не имеют демпферной обмотки.
Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.
Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2 )
.(11-53)
Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или целесообразно выбирать . При целесообразно принимать в генераторах , а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях — несократимая дробь.
Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)
(11-54)
Количество стержней демпферной обмотки на полюс выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .
Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)
; (11-55)
принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .
Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)
(11-56)
Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)
(11-57)
Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина и высота (рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5—2 мм.
наконечника с пазами демпферной обмотки:
1 — полюс; 2 — стержень демпферной обмотки;
3 — короткозамыкающий сегмент.
Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие . При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом
Предварительная длина стержня демпферной обмотки
(11-58)
затем ее уточняют при проработке конструкции машины.
Размеры короткозамыкающих сегментов выбирают такими, чтобы их высота , толщина а площадь поперечного сечения составляла около половины суммарной площади поперечного сечения стержней одного полюса (мм 2 ), т. е.
(11-59)
Окончательно размеры сегмента в поперечном сечении а также его площадь в этом сечении следует выбрать по приложению 2.
Площадь поперечного сечения перемычки между сегментами разных полюсов принимают не менее 0,5 , а площадь контакта между перемычкой и сегментом — не менее 5 .
Источник