Синхронные машины используется чаще всего как генераторы для производства электрической энергии переменного тока на электрических станциях, но в то же время они имеют широкое применение и как двигатели, а также как синхронные компенсаторы, представляющий собой по существу синхронные двигатели, работающие в режиме холостого хода.
Синхронные генераторы чаще всего приводятся во вращение паровыми и гидравлическими турбинами. В первом случае синхронный генератор называется турбогенератором, а во втором — гидрогенератором.
Паровые турбины принадлежат к числу быстроходных машин, соответственно чему турбогенераторы имеют неявнополюсное исполнение. Наоборот, гидрогенераторы имеют явнополюсное исполнение, так как гидравлические турбины принадлежат к числу тихоходных машин.
Синхронный генератор
Все потери, возникающие в синхронной машине, можно разделить на две группы:
- основные,
- добавочные.
К основным относятся потери, которые возникают в результате проявления основных электромагнитных и механических процессов работы машины.
Такими потерями являются: основные потери в меди статорной обмотки и в меди обмотки возбуждения, потери в активной стали статора, потери на трение в подшипниках и щетках контактных колец и вентиляционные потери.
К добавочным относятся потери, которые возникают в результате проявления вторичных процессов электромагнитного характера. Некоторые из них имеют место при холостом ходе машины, другие возникают при нагрузке. Соответственно этому различают:
- добавочные потери холостого хода,
- добавочные потери короткого замыкания.
Причинами возникновения добавочных потерь являются:
- потоки рассеяния статора,
- высшие гармонические составляющие напряжения статора и ротора,
- потери, обусловливаемые зубчатостью статора и ротора.
Генератор на электростанции
Основной причиной возникновения добавочных потерь являются потоки рассеяния статора. Они создают добавочные потери:
- в пазовой и лобовой частях обмотки статора,
- во всех металлических частях, куда проникает поток рассеяния,— щитах, нажимных плитах, бандажах и т. д.
Высшие гармонические составляющие напряжения создают добавочные потери на поверхности статора и ротора, перемещаясь относительно них с разными скоростями. Так как эти потери не проникают сколько-нибудь глубоко в металлические части из-за экранирующего действия вихревых токов, то их называют поверхностными.
Зубцовые гармонические магнитного поля вызывают частью поверхностные потери на поверхности статора и ротора вследствие поперечных колебаний потока, а частью — пульсационные потери вследствие продольных колебаний потока в зубце. Пульсационные потери по сравнению с поверхностными обычно невелики.
Средствами, с помощью которых удается уменьшить добавочные потери, являются:
- деление проводников обмотки статора по высоте паза па ряд элементарных проводников и транспозиция их в активной и иногда в лобовой части обмотки;
- выполнение обмотки с соответственным укорочением шага и конусным расположением лобовых частей;
- выполнение нажимных плит, бандажей и т. д. из немагнитной стали;
- рифление ротора в турбогенераторах.
Коэффициент полезного действия (К. п. д.) синхронного генератора вычисляется по формуле:
где P - полезная мощность, а сумма (p) - сумма всех потерь.
Коэффициент полезного действия (К. п. д.) турбогенераторов с воздушным охлаждением, работающих при полной нагрузке и коэффициенте мощности - 0,8, составляет 92—95% в турбогенераторах мощностью 0,5—3 МВт и 95—98,8% в турбогенераторах мощностью 3,5—300 МВт.
При водородном охлаждении коэффициент полезного действия турбогенератора повышается при полной нагрузке примерно на 0,8%.
Гидрогенераторы имеют практически такой же коэффициент полезного действия, как и турбогенераторы.
Другие статьи по теме:
Как устроены генераторы постоянного и переменного тока
Как устроены синхронные турбо- и гидрогенераторы
Синхронные машины - двигатели, генераторы и компенсаторы
Режимы работы синхронных генераторов, рабочие характеристики генераторов