Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

поддерживается 0,05 am. Применение водорода позволяет увели­ чить мощность генератора без увеличения размеров машины за счет более интенсивной теплопередачи и уменьшить вентиляционные потери, так как теплоемкость водорода в 14 раз, теплопроводность в 7 раз, коэффициент теплосъема с поверхности в 1,35 раза больше соответствующих величин для воздуха, а плотность в 14,3 раза меньше. При воздушном и поверхностном водородном охлаждении вентиляционные схемы одинаковы: холодный воздух (или водород) подается двумя вентиляторами, установленными вблизи торцов

сердечника ротора, к лобовым частям обмотки ротора и статора и дальше направляется к радиальным каналам статора, которые раз­ делены на группы по длине машины. По одной группе каналов охла­ ждающий газ подходит от осевого канала статора к ротору и затем, пройдя через зазор и соседнюю группу радиальных каналов, попа­ дает в сборный осевой канал статора и направляется к охладителям. При охлаждении воздухом охладители устанавливаются внутри фундамента, а при охлаждении водородом — в корпусе машины. Охлажденный газ поступает снова к вентиляторам. На сердечнике ротора протачивается винтовая канавка шириной и глубиной 5—6 мм для увеличения поверхности охлаждения.

Создание генераторов мощностью свыше 150 Мет требует более интенсивного охлаждения, что достигается увеличением давления водорода до 2—3 am. Однако в этом случае уменьшается только

395

и для генераторов меньшей мощности, так как это позволяет снизить размеры и массу машины.

Начало строительства двухполюсных генераторов с приводом от паровых турбин за рубежом относится к первому десятилетию XX века, а в СССР — после Великой Октябрьской социалистической революции. До 1917 г. в России было выпущено всего лишь несколько небольших генераторов. Первые генераторы мощностью 1,5 и 5 Мет были изготовлены заводом «Электросила» в 1924 г. и в дальнейшем рост мощности генераторов происходил следующим образом: в 1928 г. — 10 Мет, в 1930 г. — 24 Мет, в 1931 г. — 50 Мет,

в 1937 г. — 100 Мет с воздушным охлаждением (тип Т2), в 1945 г. — 100 Мет с водородным охлаждением (тип ТВ2), в 1957 г. — 200 Мет с непосредственным водородным охлаждением обмотки ротора (тип ТВФ), в 1960 г. — 200 Мет с непосредственным водяным охлажде­ нием обмотки статора и непосредственным водородным охлаждением обмотки ротора (тип ТВВ), в 1964 г. — 500 Мет, в 1969 г. — 800 Мет. В настоящее время проектируется генератор 1200 Мет.

Г л а в а т р и д ц а т ь че тв ерт ая РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

34-1. Понятие о реакции якоря

Намагничивающая сила Fn индуктора создает основное магнитное поле (поток Фп), которое является единственным полем при отсутст­ вии нагрузки генератора, т. е. при отсутствии тока в обмотке якоря.

При нагрузке генератора ток в обмотке якоря создает намагни­ чивающую силу якоря, которая вступает во взаимодействие с намаг­ ничивающей силой индуктора и совместно с ней образует резуль­ тирующую намагничивающую силу и результирующее магнитное поле генератора. Это поле отличается от основного поля как по вели­ чине, так и по форме, что в свою очередь влечет за собой изменение величины и формы наводимой в якоре э. д. с. и всех величин, прямо или косвенно зависящих от нее. Таким образом, воздействие намаг­ ничивающей силы якоря на основную намагничивающую силу индук­ тора оказывает большое влияние на работу синхронной машины и по аналогии с машинами постоянного тока называется реакцией якоря.

Сначала рассматривается реакция якоря в трехфазном синхрон­ ном генераторе, где по сравнению с однофазным генератором взаимо­ действие намагничивающих сил индуктора и якоря получается более простым.

При изучении этого вопроса принимается, что все три фазы генератора нагружены симметрично, т. е. во всех трех фазных об­ мотках наводятся одинаковые по величине э. д. с. и текут одинаковые токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 2л/3. Такие

397

токи создают общую вращающуюся намагничивающую силу, поло­ жение амплитуды Fa которой определяется величиной и направле­ нием токов в фазных обмотках (рис. 21-11).

В первом приближении учитываются только первые гармониче­ ские намагничивающей силы якоря и индуктора. Влияние же высших гармонических оговаривается каждый раз особо.

34-2. Реакция якоря синхронного генератора в предельных случаях нагрузки

Взаимное положение магнитных осей якоря и индуктора зависит от характера нагрузки, т. е. от угла ф сдвига фаз между током і1 в обмотке якоря и э. д. с. еП, наводимой в этой обмотке потоком полюсов индуктора. По этому признаку можно выделить три харак­ терных случая нагрузки генератора: 1) ток гх и э. д. с. еп совпадают по фазе и угол ф между ними равен нулю, 2) ток гх отстает от э. д. с.

Ч

почти активная с небольшой емкостной составляющей для ком­ пенсации внутренней индуктивности машины, во втором случае на грузка чисто индуктивная и в третьем случае чисто емкостная.

А. Реакция якоря при ф = 0. В соответствии со сказанным выше, на рис. 34-1, а показана только одна фазная обмотка, состоящая для простоты из одной катушки. Если стороны этой катушки нахо­ дятся в данный момент на оси полюсов, то в ней наводится наиболь­ шая э. д. с. ея — ЕПт. Направление этой э. д. с. определяется по правилу правой руки при условии, что большой палец отводится по направлению перемещения проводника относительно магнитного поля. При ф = 0 ток в катушке достигает амплитудного значения

398

одновременно с э. д. с., их векторы показаны на рис. 34-1, в. Для рассматриваемого момента времени положение амплитуды намагни­ чивающей силы всех фазных обмоток совпадает с магнитной осью катушки, изображенной на рис. 34-1, а, т. е. магнитные оси якоря и индуктора расположены под углом я/2 (рис. 34-1,6). Создаваемое током якоря иоле направлено поперек основного поля, причем на набегающем крае полюса оно ослабляет основное поде, на сбегаю­ щем — усиливает его. Такое поле и соответственно такая реакция якоря называются поперечными. Явление соответствует реакции

чивающая сила индуктора изображена синусоидой 1; намагничиваю­ щая сила якоря — синусоидой 2\ что же касается поля якоря, то оно зависит от того, имеет ли генератор неявнополюсный ротор или явнополюсный. В первом случае зазор по окружности статора один и тот же, т. е. б = const. Если принять магнитную проводимость стали равной бесконечности и учитывать только магнитную проводи­ мость зазора, то можно считать, что линия 2 соответствует в то же время и распределению магнитной индукции якоря в зазоре.

В явнополюсной машине магнитная проводимость Ат между полюсами значительно меньше, чем под полюсами. Поэтому в распре­ делении поля якоря появляются провалы, соответствующие проме­ жуткам между полюсами; магнитная индукция в этом случае пока­ зана на рис. 34-1,6 линией 3, Провалы линии 3 показывают, что при заданной намагничивающей силе якоря поток якоря Фа явнополюс­ ной машины будет меньше, чем поток неявнополюсной машины.

Чтобы учесть это уменьшение, рассматривают явнополюсную машину как неявнополюсную, с соответственно уменьшенной попе­ речной намагничивающей силой якоря.

Пусть Faq — амплитуда намагничивающей силы поперечной ре­ акции якоря неявнополюсной машины (рис. 34-1). Тогда уменьшение этой намагничивающей силы в машине явнополюсного типа учиты­ вается посредством коэффициента поперечной реакции якоря к . Таким образом, в машине явнополюсного типа

достигает максимума спустя четверть периода после достижения максимума еп (рис. 34-2, а), т. е. после поворота ротора из положе­ ния на рис. 34-1, а на половину полюсного деления по направлению его вращения. В этом случае угол между магнитными осями обмотки якоря и полюса индуктора равен я, т. е. ось поля якоря направлена

399