Synchronní generátory jsou určeny k přeměně mechanické energie parní, plynové nebo hydraulické turbíny, která otáčí rotor generátoru, na elektrickou energii. U turbogenerátorů je primárním pohonem parní nebo plynová turbína, u hydrogenerátorů je to hydraulická turbína.
V Rusku se turbogenerátory vyrábějí:
– závod Elektrosila společnosti OJSC Power Machines (St. Petersburg),
– JSC „Privod“ (Lysva, oblast Perm),
– NPO „Elsib“ (Novosibirsk).
Výkon největší jednotky parní turbíny s rychlostí otáčení 3000 ot./min je 1200 MW, vyrábí Power Machines OJSC, typy generátorů pro tyto jednotky:
– TVV-1200-2, TVV-1200-4 (projektováno) – chlazení vodík-voda (chlazení statorového vinutí destilovanou vodou a chlazení statorové oceli, vinutí rotoru, konstrukčních prvků vodíkem);
– Т3В-1200-2А – plné vodní chlazení (chlazení statorových vinutí a železa, vinutí rotoru, konstrukčních prvků destilovanou vodou). Společnost také vyrábí hydroelektrárny s výkonem až 720 MW.
(T – turbogenerátor; BB – vodík-vodní chlazení; 3B – tři vody (vodní chlazení); pak přijde činný výkon, pak počet pólů (NE POČET PÁRŮ!))
Princip činnosti synchronního generátoru je znázorněn na obr. 3.1. Rotor má dva páry pólů (počet pólů: 2р=4). Na rotoru je budicí vinutí (OW), napájené přes sběrací kroužky a kartáče ze zdroje stejnosměrného proudu – budiče. Účelem OB je vytvořit primární magnetické pole ve stroji. Rotor s OB se nazývá induktor. Do rotace je poháněna zdrojem mechanické energie – turbínou.
Rotor s OB se otáčí frekvencí n. Stejnosměrný proud procházející OB vybudí magnetické pole rotoru. Magnetické pole rotoru (OB) se pohybuje vzhledem ke stacionárnímu vinutí statoru, umístěnému ve štěrbinách jádra statoru. Budicí tok Fв křižuje vodiče statorového vinutí a ve fázích tohoto vinutí se indukuje střídavé EMF s frekvencí f: ? = . kde n je rychlost otáčení rotoru, r/s; p – počet pólových párů rotoru; f – frekvence proměnné EMF, Hz.
Protože se otáčky rotoru obvykle udávají v „ot/min“, používá se následující výraz:? = ??/60, s jedním párem pólů: ? = 60 ∙ 50 / 1 = 3000 ot./min; se dvěma páry tyčí: ? = 60 ∙ 50 / 2 = 1500 ot./min.
Když je generátor připojen k elektrické síti, třífázový EMF statorového vinutí vytváří třífázový proud ve vinutí. Proudy statorového vinutí vytvářejí magnetické pole rotující rychlostí rotoru. Toto magnetické pole statoru se otáčí stejnou rychlostí jako rotor, tzn. Pole statoru a rotoru se otáčejí synchronně stejnou frekvencí a tvoří společné točivé pole. U synchronního generátoru se tedy obě pole: rotorová vinutí, vytvořená stejnosměrným budicím proudem a statorová vinutí, vytvořená střídavými proudy třífázového vinutí, ukáží jako vzájemně stacionární, synchronně se otáčející.
Pole statoru ovlivňuje pole rotoru a nazývá se reakční pole kotvy. Elektrický generátor tedy může fungovat i jako motor, pokud je do vinutí statoru přiváděn třífázový proud ze sítě. V důsledku interakce magnetických polí statoru a rotoru, pole statoru nese rotor spolu s ním. Rotor se otáčí stejným směrem a stejnou rychlostí jako pole statoru.
Čím větší je počet pólových párů, tím nižší by měla být rychlost otáčení synchronního stroje.
Synchronní stroje se dělí na stroje s vyčnívajícími póly, které mají vyčnívající póly (obr. 3.1), a stroje bez vyčnívajících pólů, u kterých není OM soustředěna, ale rozložena přes štěrbiny v rotoru (obr. 3.2).
Rýže. 3.2. Rotor nevýrazného stroje.
Vodíkové generátory se vyznačují vyčnívajícími pólovými rotory s horizontálními a vertikálními hřídeli. Rychlost otáčení hydrogenerátoru závisí na rychlosti otáčení hydraulické turbíny, která závisí na tlaku vody. Proto mají hydrogenerátory větší počet pólových párů a jsou to pomaloběžné stroje. Například hydrogenerátory vodní elektrárny Bratsk mají 24 párů sloupů.
Turbogenerátory se vyznačují nevyčnívajícími pólovými rotory s jedním párem (3000 ot/min), méně často dvěma páry pólů (1500 ot/min) a horizontálním hřídelovým provedením. Nižší rychlost otáčení se používá pro turbogenerátory 1000 MW, 1200 MW. Tato okolnost se vysvětluje tím, že při nižších otáčkách hřídele turbíny lze v nízkotlakém válci použít delší lopatky, což umožňuje průchod většího objemu páry a tím i zvýšení výkonu turbíny. která je omezena mechanickou pevností lopatek posledních stupňů turbíny. Proto se v jaderných elektrárnách s výkonnými energetickými jednotkami používají turbogenerátory se dvěma páry pólů. Nyní je ale problém síly lopatek vyřešen a výkonové jednotky 1000 a 1200 MW se vyrábějí s turbogenerátory s jedním párem pólů.
Elektrárny používají třífázové synchronní vysokonapěťové a nízkonapěťové alternátory.
Slovo synchronní znamená simultánní. To znamená, že současně a v přísné matematické závislosti se změnou otáček se mění frekvence proudu.Tato závislost je určena vzorcem
kde п1 – počet otáček generátoru za minutu, f1 – frekvence proudu generátoru(Hz), str – počet párů pólů v rotoru generátoru Synchronní generátor se skládá z pevné části –stator, v jejichž drážkách je umístěno vinutí třífázového střídavého proudu a rotační část –rotor, což je elektromagnet (obr. 163).
Budicí vinutí rotoru jsou napájena přes kartáče a kroužky stejnosměrným proudem z budiče – stejnosměrného stroje nebo nějakého usměrňovače.
Rotor synchronního generátoru, umístěný uvnitř statoru, je otáčen primárním motorem, přičemž magnetické pole rotoru protíná závity vinutí třífázového statoru a indukuje např. d.s. střídavý proud.
U některých konstrukcí synchronních generátorů jsou pólová vinutí upevněna a upevněna na rámu a vinutí třífázového střídavého proudu se otáčí, prováděné v drážkách ocelového válce vyrobeného z plechů z elektrooceli. Střídavý proud je v tomto případě odváděn z kroužků, tj. kluzným kontaktem, což je nevýhoda takových generátorů. Tyto typy generátorů nebyly široce používány.
§ 2. Zařízení synchronních generátorů
Stator synchronního generátoru se skládá z litinového rámu – bydlení, uvnitř kterého je jádro statoru, sestavené ze samostatných plechů elektrooceli, izolované lakem popř
tenký papír. V drážkách jádra je vinutí statoru vyrobeno z izolovaného měděného drátu (obr. 164).
Rotory synchronních generátorů jsou dvojího typu – vyčnívající pól a implicitní pól.
Výběžkové rotory se používají pro synchronní generátory s malým počtem otáček, obvykle připojené k pomaloběžným hydraulickým turbínám a generátory malého a středního výkonu (obr. 165).
Implicitní pólové rotory se používají v generátorech s velkým počtem otáček (3000 otáčky za minutu) a vysokovýkonné, obvykle spojené na stejné hřídeli s parními turbínami, se tyto generátory nazývají turbogenerátory
Jádra pólů jsou většinou vyrobena z ocelolitiny a boty jsou někdy vyrobeny ze samostatných plechů z elektrooceli. Vinutí pólů je vyrobeno z měděných izolovaných drátů. Chcete-li získat sinusově se měnící e. d.s. musí mít
sinusové rozložení magnetické indukce ve vzduchové mezeře. Toho je dosaženo nerovnoměrností vzduchové mezery mezi hrotem pólu a ocelí statoru: vzduchová mezera je větší podél okrajů pólů než pod středem pólu (obr. 167).
Na hřídel generátoru, od něj izolovaného, jsou nasazeny dva kroužky, ke kterým jsou připojeny vývody vinutí buzení rotoru, nazývají se sběrací kroužky. Kartáče jsou instalovány na kontaktních kroužcích a stejnosměrný proud je dodáván do kartáčů z patogenu.
Nejčastěji se jako budič používá stejnosměrný stroj, který je tzv strojní budič, a v poslední době se k buzení používají pevné nebo mechanické usměrňovače.
U většího počtu synchronních strojů je budič umístěn na stejné hřídeli jako generátor (obr. 168), u nejnovějších konstrukcí je budič umístěn na vrchu statoru synchronního stroje (obr. 169). Domácí elektrotechnický průmysl vyrábí horizontální a vertikální synchronní generátory různých kapacit.
Generátory do 400 kwa a další se vyrábí pro napětí 400/230в a počínaje výkonem 400kwa pro napětí 6300v.
Horizontální generátory typu SG (S – synchronní, G – generátor) se vyrábí se strojním budičem, s buzením z pevných usměrňovačů (SGS), s buzením z mechanických usměrňovačů (SGT) a dalšími.
Vertikální hydrogenerátory typu VGS (V – vertikální, G – hydrogenerátor, C – synchronní) se vyrábí s kapacitou 250 až 4800 kwa se strojními budiči
Synchronní generátory se vyrábějí pro propojení s dieselovými motory na jedné hřídeli typu SGD – s kapacitou až 1000 kwa
v prvním případě se zrychlí a činný výkon, který dává síti, se zvýší, ve druhém případě se rotor zpomalí, pak se výkon generátoru sníží.
