А. Явнополюсние синхронні машини. Найбільш поширена конструктивна схема таких машин показана на рис. 3, а, індуктор є частиною, що обертається з виступаючими полюсами. В машинах потужністю до 100 кет при швидкості обертання 750 -1500 об / хв полюси кріпляться болтами до втулки, насадженої на вал. При більшій кількості полюсів сердечник ротора виконують у вигляді колеса, по обіду якого проходить магнітний потік (рис. 2). В машинах середньої і великої потужності полюси кріпляться до сердечника ротора за допомогою Т-образних хвостів. Для котушок обмотки збудження застосовується прямокутний провід, а в великих машинах - полосовая мідь. У полюсних наконечниках розміщуються мідні або латунні стрижні, з'єднані по торцях полюсних наконечників мідними дугами. Стрижні і дуги утворюють короткозамкненим обмотку ротора, призначену для створення асинхронного моменту. Явнополюсние синхронні машини потужністю до 10 кет і одноякірні перетворювачі виконуються за конструктивною схемою машин постійного струму, замість колектора на обертовому якорі розташовані три контактних кільця для з'єднання обмотки якоря з мережею.
Синхронні машини зазвичай мають радіальну вентиляцію (рис. 2 і 2). Повітря подається в машину двома вентиляторами, розташованими поблизу торців сердечника ротора. Після виходу з вентилятора повітря ділиться на два струмені, одна з яких охолоджує лобові частини обмоток, а друга прямує між котушками ротора до зазору і потім проходить через радіальні канали сердечника статора. У просторі між сердечником статора і корпусом обидві струменя об'єднуються, і гаряче повітря виходить через отвори з бічних сторін корпуса.
Явнополюсние синхронні машини з горизонтальним розташуванням валу широко використовуються як генератори і двигуни.
Мал. 2. Явнополюсная синхронна машина
1 - пакети сердечника статора, 2 - обмотка статора, з - заспокійлива обмотка, 4 - обмотка збудження, 5 - лопаті вентилятора, в - сердечник полюса, • 7 - обід ротора,
8 - контактні кільця, 9 - підшипник, 10 - вал
Приводними двигунами для генераторів служать парові машини і значно частіше двигуни внутрішнього згоряння і гідравлічні турбіни. Парова машина має невелику швидкість обертання, а для зменшення розмірів генератора його швидкість обертання вибирається рівної 750-1500 об / хв, тому між паровою машиною і генератором вводиться ремінна передача. Двигун внутрішнього згоряння, як правило, з'єднується безпосередньо з генератором, який в цьому випадку виконується з одним підшипником. Другий опорою для ротора генератора служить підшипник приводного двигуна. Момент на валу поршневих машин містить значну вагітну складову, це призводить до необхідності встановлювати маховик або ж виконувати ротор синхронного генератора зі збільшеним моментом інерції. За такою ж конструктивною схемою виконуються синхронні двигуни, призначені для приводу компресорів.
Гідравлічні турбіни мають невелику швидкість обертання 60-500 об / хв і з'єднуються безпосередньо з генераторами. Чим менше натиск води (висота греблі) і чим більше потужність турбіни, тим менше оптимальна швидкість обертання (при якій к. П. Д. Турбіни досягає максимального значення).
Мал. 3. Занурювальний синхронний генератор
1 - водонепроникна оболонка; 2 - направляючий підшипник, 3 - статор генератора, 4 - ротор генератора, 5 - вал, 6 - завзятий підшипник, 7 - направляючий апарат турбіни, 8 - робоче колесо турбіни
При таких швидкостях обертання генератори мають багато полюсів, великий діаметр і порівняно невелику довжину. Для приводу генераторів потужністю до 30 Мет застосовуються прямоточні турбіни, в яких потік води не має різких поворотів. Турбіна і генератор встановлюються всередині греблі, відсутність машинного залу значно зменшує розміри і вартість електростанції. Генератор в цьому випадку виконується проточним або занурювальним. У проточному генераторі індуктор насаджений на робоче колесо турбіни і потік води проходить всередині індуктора. Недолік цього виконання - складність пристрою ущільнень, що перешкоджають попаданню води до сердечникам і обмоток генератора. В даний час більше поширення отримали заглибні генератори (рис. 3), відокремлені від водяного потоку непроникною оболонкою. Ротор генератора підтримується двома радіальними підшипниками. Тиск робочого колеса турбіни і випадкові осьові сили протилежного напрямку сприймаються двостороннім наполегливим підшипником. Високе використання активних матеріалів, обумовлене малими розмірами генератора, викликає необхідність інтенсивного охолодження. Крім повітря, як холодильний агент може бути використана вода, що циркулює по трубчастим провідникам обмоток статора і ротора.
Мал. 4. Синхронні генератори: а - підвісний, б - зонтичний
I - завзятий підшипник, 2 - контактні кільця, 8 - підзбудника, 4 - збудник, б - верхня хрестовина, в - регуляторний генератор, 7 - спиця ротора, 8 - обід ротора, 9 - сердечник полюса ротора, 10 - обмотка збудження, 11 - обмотка статора, 12 - пакети сердечника статора, 13 - охолоджувач, 14 - гальмо-домкрат, 15 - нижня хрестовина, 16 - втулка ротора, 27 - вал, м - направляючий підшипник, 19 - допоміжний синхронний генератор
Більшість генераторів, що приводяться в обертання гідравлічними турбінами, виконується з вертикальним розташуванням вала. Для збереження певного положення вала генератор має один завзятий підшипник (підп'ятник) і один або два радіальних (напрямних) підшипника. Завзятий підшипник сприймає вага обертових частин генератора і турбіни, а також вага води над робочим колесом турбіни.
За конструктивною схемою вертикальні генератори діляться на підвісні і зонтичні (рис. 4). У підвісній генераторі завзятий підшипник 1 розташований на верхній хрестовині 5, а в зонтичному генераторі - знаходиться на нижній хрестовині 15 або на напрямному апарату турбіни. Застосування зонтичного генератора дозволяє знизити висоту агрегату і машинного залу за рахунок зменшення розмірів верхньої хрестовини, що сприяє також зниженню маси агрегату. На одному * валу з генератором у верхній його частині розміщуються ротори допоміжних машин: збудника 4, підзбудника 3 і регуляторного генератора 6 - магнітоелектричного синхронного генератора для електропостачання маслянного насоса регулятора турбіни. Невеликий генератор постійного струму (підзбудника) призначений для збудження головного збудника, що постачає постійним струмом обмотку індуктора синхронного генератора. У великих синхронних машинах замість збудника постійного струму застосовується допоміжний синхронний генератора 19 і іонні випрямлячі з відповідною системою регулювання.
При швидкому зменшенні навантаження (наприклад, відключення генератора від мережі) швидкість пу обертання агрегату може досягти 1,7-г-2,5 синхронної швидкості nv викрадень швидкість пу обертання визначає найбільші можливі за умовою міцності розміри діаметра ротора синхронного генератора. Допустима викрадень окружна швидкість залежить від матеріалу обода роторного колеса і становить і2У = 110 ч-130 м / сек. Тому при викраденні швидкості пу = 2,5 пг номінальна окружна швидкість ротора v2 = 44 ч-Ч 52 м / сек і діаметр ротора не більше 60 v2l (nrii> = (840 * ч-900). Nv Так, діаметр ротора генератора Волзької ГЕС імені В. І. Леніна дорівнює 14 м матеріалів менше, ніж в двошарової, і полегшується виконання безпосереднього водяного охолодження провідників.
Мал. 5. Паз статора з одношарової обмоткою
1 - КЛИН, 2 - ізоляція стержня, 3 - суцільні провідники, 4 - трубчасті провідники, 5 - ізоляція
провідника
При потужності генератора до 250 Мв * А застосовується поверхневе повітряне охолодження сердечників і обмоток статора і ротора. Необхідний тиск повітря створюється поверхнями частин ротора, перпендикулярними до напрямку обертання і спеціальними лопатями, укріпленими на ободі ротора. Холодне повітря з охолоджувачів надходить до ротора (зазвичай з обох торців) і через канали в обід потрапляє в простір між котушками. Після охолодження котушок ротора повітря через зазор направляється в радіальні канали статора, охолоджує пакети статора і обмотку. Дві невеликі струменя повітря, паралельні основному потоку, охолоджують лобові частини котушок збудження і обмотки статора. Нагріте повітря направляється в охолоджувачі і після охолодження знову надходить до ротора. Описана схема вентиляції генератора називається симетричною радіальної. Можливо також поєднання осьового напрямку руху охолоджуючого повітря між котушками ротора і радіального в каналах статора.
Мал. 7. неявнополюсного генератор з водневим охолодженням
1 - пакети сердечника статора, 2 - ротор, 3 - охолоджувач, 4 - натискний палець, 5 - натискна плита, 6 - стяжна шпилька, 7 - обмотка статора, 8 - бандаж ротора, 9 - обмотка ротора, 10 - дифузор, 11 - вентилятор, 12 - напрямна воронка, 13 - масляне ущільнення, 14 - підшипник, 15 - контактні кільця, 16 - збудник, 17 - токопровод до обмотці збудження, 18 - торцевий щит, 19 - висновки,
20 - сполучна муфта