Файл: Алексеев, А. П. Передвижные электростанции.pdf

50 гц, очевидно, максимально предельным числом оборо­ тов ротора будет — 3000 об/мин.

Из этого соотношения вытекает, что в передвижных электростанциях с нормальной промышленной частотой не могут применяться первичные двигатели с номиналь­ ным числом оборотов более 3000 об/мин без понижаю­ щих редукторов. Однако практика показала, что редук­ торы в таких электростанциях являются нежелатель­ ными, так как они значительно снижают удельные пока­ затели станции и ухудшают ее эксплуатационные свой­ ства. По этой причине синхронные генераторы промыш­

сих пор считается оптимальной. В настоящее время ве­ дутся разработки стационарных дизелей на 3000 об/мин, которые в перспективе обеспечат более высокие удель­ ные показатели электростанций.

Из соображения снижения веса и габаритных разме­ ров генераторов и электростанций в целом, очевидно, целесообразно выполнять первичный двигатель и генера­ тор высокооборотными (более 3000 об/мин). Так, напри­ мер, авиационные генераторы выполняются с числом оборотов — 5— 8 тысяч об/мин, что уменьшает их удель­

ный вес по сравнению с аналогичными синхронными ге­ нераторами частотой 50 гц в 3—4 раза. Однако, как уже

было показано выше, из отношения / = -Щ- видно, что

возможность повышения числа оборотов имеется только для генераторов повышенной частоты (более 50 гц) или генераторов постоянного тока. С развитием тиристорной техники открывается возможность преобразовать элек­ трическую энергию высокой частоты в нормальную про­ мышленную частоту — 50 гц. В настоящее время уже разработаны и применяются, генераторы мощностью 0,5,

станции с генераторами больших мощностей.

В качестве первичного двигателя таких электростан­ ций будет применяться газотурбинный двигатель с мини­ мальным числом оборотов — 6000, 12000 и 24000 об/мин. Соответственно для'генераторов с частотой тока 400 гц число пар полюсов будет составлять: р = 4; р —2 и р =

153

= е. такие соотношения числа оборотов и количе­ ства пар полюсов генераторов дают большие конструк­ тивные возможности для создания весьма легких и ком­ пактных генераторов передвижных электростанций. Что касается повышенной частоты тока 400 гц и более, то следует отметить, что за последнее время количество промышленных потребителей повышенной частоты тока все более и более увеличивается.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ГЕНЕРАТОРАМ

Синхронные генераторы малой мощности должны быть вибротряскопрочными. Выполнением этого требо­ вания практически обеспечивается транспортирование генераторов в собранном состоянии с электроагрегатом или независимо от него, на автотранспортных средствах по грунтовым проселочным дорогам, либо вообще по пересеченной местности в полевых условиях. Это требо­

возникающие при перевозках, оказывают существенное воздействие на магнитную систему генераторов пере­ движных электростанций. Поэтому для сохранения устойчивого остаточного магнетизма для таких генерато­ ров применяют высоко углеродистую электротехническую сталь, либо предусматривают специальные магнитные прокладки.

Генераторы должны изготовляться в брызгозащнщенном исполнении и обеспечивать нормальную продолжи­ тельную работу при воздействии атмосферных осадков и при влажности окружающего воздуха до 98%■ Эксплуа­ тация генераторов передвижных электростанций осуще­ ствляется часто на открытой местности при резких изме­ нениях температуры окружающего воздуха и под воз­ действием дождя или снега.

Сопротивление изоляции обмоток синхронных генера­ торов принимается не менее 5 мегомм в холодном со­ стоянии, 3 мегомма — в горячем и 0,5 — после испытания на влагостойкость (98% относительной влажности при температуре окружающего воздуха + 25°С). Для выбора запаса по регулированию пределов напряжения сущест­ венное значение имеет температура окружающего воз­ духа.

154

Расчетной температурой окружающего воздуха для генераторов передвижных электростанций принята тем­ пература + 40° С. С учетом этой температуры, а также для обеспечения номинального напряжения у потребите­ лей, удаленных на расстояние более 500—600 м (при расчетных сечениях соединительных кабелей) запас ре­ гулирования напряжения по возбуждению обычно при­ нимается равным ±5% от номинального значения на­ пряжения.

Однако запас возбуждения (в сторону увеличения) требует увеличения мощности обмотки возбуждения, что увеличивает вес элементов регулирования, поэтому на некоторых генераторах за последнее время этот запас не предусматривается.

Генераторы должны обеспечивать точность регулиро­ вания напряжения при резких изменениях величины на­ грузки у потребителя в любых значениях от холостого хода до .номинального с точностью ± 2 —4%. При этом для генераторов переменного тока коэффициент мощно­ сти cosср = (0,8— 1). При неизменной нагрузке точность регулирования напряжения (стабильность) должна быть в пределах ± 1 %.

Генераторы передвижных электростанций должны обеспечивать нормальную работу . при несимметричной нагрузке по фазе в пределах до 25% от номинального тока (при этом отклонение напряжения одной фазы по отношению к другой или между фазами — «перекос на­ пряжения»— не должно быть больше 1 0 % от номиналь­

ного напряжения).

Генераторы должны обеспечивать запуск короткозамкнутых асинхронных двигателей мощностью до 50— 70% от номинальной мощности, при этом падение напря­ жения на их зажимах не должно быть более 30%.

Вследствие неравномерного вращения маховых масс первичного двигателя генераторы передвижных электро­ станций' подвергаются большим динамическим нагруз­ кам, поэтому они имеют большую механическую проч­ ность. Особое внимание уделяется механической прочно­ сти ротора, полюсов, межполюсных соединений, подшип­ никам,. фланцу корпуса генератора и соединительной муфты. Соединительные муфты генераторов передвиж­ ных электростанций по указанной причине часто выхо­ дят из строя. Их конструкция обычная, но подбирается опытным путем.

155

Потребители электрической энергии, питающиеся от передвижных электростанций, не имеют строго заплани­ рованной постоянной величины, и их мощность по отно­ шению номинальной мощности генератора может сильно изменяться. Поэтому в таких генераторах должна быть предусмотрена кратковременная перегрузка на 10— 15% (обычно на время не более одного часа).

Кольца, о'бмотка возбуждения, коллекторы и другие элементы генераторов (работа которых связана с разры­ вами и замыканиями цепей, повторяющимися больше чем один раз в 1 0 сек ) являются источниками излучае­

мых радиопомех. Поэтому в схеме генераторов должны быть предусмотрены устройства, снижающие уровень этих помех до норм, установленных «Нормами» издания

1964 г.

Многие потребители чувствительны к форме кривой напряжения, вырабатываемого передвижными электро­ станциями, иначе говоря, к синусоидальности этого на­ пряжения. Если для осветительной и тепловой нагрузок этот показатель практически не имеет значения, то в средствах связи, геологии, медицины и др. при сильном искажении формы синусоиды напряжения источника электропитания выходные данные получаются искажен­ ными. Отсюда указанное отклонение допускается в пре­ делах не более 5%.

По остальным показателям генераторы должны удо­ влетворять требованиям, предъявляемым к передвижным электростанциям ГОСТ и «Нормами» на проектирова­ ние электрических машин.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ

Характеристики синхронных генераторов используют­ ся при расчетах конструкции машины, при регулирова­ нии в эксплуатации и при ремонтах. Они снимаются при постоянной скорости вращения (/i = nH=const), соответ­ ствующей номинальной частоте /.

Характеристики могут быть сняты опытным путем или построены графически. Важнейшей характеристикой является характеристика холостого хода, которая яв­ ляется исходной для построения других характеристик' генератора.

Характеристика холостого хода (Х.Х.Х.) определяет зависимость E0 = f(IB) при п= пя, где / в — ток возбуж­

156

дения. Эта характеристика подобна характеристике на­ магничивания генератора, которая характеризует зави­ симость магнитного потока от намагничивающей силы обмотки возбуждения Ф — f{F0).

Характеристика холостого хода может быть по­ строена на основе расчета магнитной цепи для несколь­ ких значений Ф. При постоянной скорости вращения ро­ тора генератора э.д.с. обмотки якоря пропорциональна магнитному потоку Ф, поэтому на оси ординат можно отложить величину индуктированной э.д.с. Е0, а по оси абсцисс вместо F0 можно отложить пропорциональную

ристики намагничивания можно построить характеристи­ ку холостого хода E0 —f([3), при п= const.

Ценность характеристики холостого хода заключает­ ся в том, что ее можно построить как расчетным, так и опытным путем, что дает возможность проверить пра­ вильность расчета магнитной цепи. При изменении / в от нуля до максимального значения и -при уменьшении от максимального значения до нуля, если характеристика снимается опытным путем, восходящая ветвь кривой на­ магничивания и нисходящая ветвь не совпадают (рис.'3.1, й). Расхождение между этими ветвями объяс­ няется так называемым гистерезисом, т. е. потерями на перемагиичивание железа генератора. В генераторах передвижных электростанций эти потери составляют от

2до 5%.

Вкачестве расчетной характеристики принимается линия, проведенная по середине между ветвями. Если продолжить начальный прямолинейный участок этой ха­ рактеристики и провести горизонтальную линию для интересующего нас режима, например при Е0 = Ен, то можно оценить магнитное насыщение машины. Наклон прямолинейного участка характеристики определяется магнитным напряжением воздушного зазора, а отклоне­ ние характеристики от прямой линии обусловлено насы-

рактеризовать степень насыщения магнитной цепи гене­ ратора. При значениях этого отношения больше 0,4-т-0,5 генераторы считаются сильно насыщенными, и в этом случае точность регулирования напряжения сильно ухуд-

157

it

шается. Для генераторов передвижных электростанций степень магнитного насыщения обычно составляет 0,3-ь0,4. Для явнолол.щсных генераторов существует «нормальная» характеристика холостого хода, которая построена в относительных единицах (рис. 3.1,6). При проектировании, а также результаты испытаний сравни­ вают с нормальной характеристикой. Расхождение дол­ жно быть минимальным; несовпадение прямолинейной части указывает на нарушение размеров воздушного за­ зора.

Внешняя характеристика представляет собой зависи­ мость при U—f (/) , / = const, /в = const, П—Пп.

По этой характеристике судят о том, как изменяется напряжение на зажимах генератора при изменении его нагрузки и отсутствии регулирования напряжения. Внешняя характеристика может быть снята двумя спо­ собами: методом повышения напряжения (рис. 3.1, в), при котором ток возбуждения устанавливают для но­ минального режима, т. е. / в берется такой величины, что при заданной нагрузке, напряжение генератора было бы равно Uи, после чего не изменяя величины / в, посте­ пенно уменьшают ток нагрузки от /„ до нуля. По этой характеристике определяют процентное изменение на­ пряжения при данном f.

где Uо и До— напряжение холостого хода.

Метод понижения напряжения (рис. 3.1, а), при ко­ тором ток возбуждения / в устанавливается такой вели­ чины, чтобы напряжениехолостого хода генератора было равно UB, после чего току дают ряд значений от 0

до /н, сохраняя постоянными значения / и /в. Напряже­ ние на зажимах машины изменяется вследствие изме­ нения активного падения напряжения /г, индуктивно­ го lx.s и реакции якоря.

Наибольшее уменьшение напряжения с увеличением тока / наблюдается при индуктивной нагрузке, когда реакция якоря является размагничивающей — продоль­ ной. При емкостной нагрузке продольная реакция яко­ ря является намагничивающей и поэтому с увеличением

чиной.

16Q