На всех электрических станциях в качестве источников переменного тока используются синхронные генераторы. Мощность генераторов колеблется от нескольких киловатт для автономных установок до нескольких сотен тысяч киловатт для крупных электростанций. Различают турбогенераторы (первичный двигатель - паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель - гидротурбина).
Синхронный генератор имеет две обмотки: обмотка возбуждения располагается на роторе, обмотка якоря - на статоре. При протекании через обмотку возбуждения постоянного тока полюсы создают постоянное магнитное поле чередующейся полярности. При вращении полюсов, а следовательно, и поля относительно проводников обмотки якоря в них будет индуцироваться переменная ЭДС, причем ЭДС отдельных проводников фазы суммируются. Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, сдвинутые в пространство на электрический угол, равный 120°, то в этих обмотках будет индуцироваться трехфазная система фазных ЭДС. Частота этой ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора
. Если к трехфазной обмотке якоря присоединить нагрузку, то возникший ток создаст вращающееся магнитное поле якоря, частота вращения которого 
. При замене частоты ее значением получим пп = пр (равенство частот вращения ротора и поля якоря, что и обусловило название синхронного генератора);
Поле возбуждения имеет ту же частоту вращения, что и ротор, поэтому результирующее поле, созданное совместным действием токов обмоток якоря и возбуждения, вращается с частотой ротора
Номинальные параметры генераторов. Завод-изготовитель выпускает генераторы для определенного длительно допустимого режима работы, который называется номинальным и характеризуется параметрами, номинальными для данного генератора и указанными на табличке, укрепленной на корпусе и в паспорте машины.
Номинальная полная мощность генератора, кВА, определяется как
Номинальная активная мощность генератора - наибольшая активная мощность, с которой работает генератор в комплекте с турбиной длительное время: Рном = Sном cosфном.
Номинальное напряжение - линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.
Номинальный ток статора - такое значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения и номинальных значениях мощности и напряжения.
Номинальный коэффициент мощности принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 MBA; 0,85 - для турбогенераторов мощностью до 585 MBA и гидрогенераторов до 360 MBA, 0,9 - для более мощных машин.
Номинальный ток ротора - наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности.
Номинальная частота вращения, об/мин (для гидрогенераторов указывается и угонная частота вращения).
Также указываются: схема соединения обмоток, тип возбуждения, тип охлаждения, напряжение и ток обмотки возбуждения и некоторые другие параметры.
1. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
Гидрогенераторы (ГГ), как и турбогенераторы, наиболее мощные электрические машины, характеризуются весьма низкими номинальными частотами вращения и потому превосходят все другие электрические машины по значениям вращающих моментов, по своим радиальным размерам и габаритам, массам вращающихся частей и общим массам машин, динамическим моментам инерции, нагрузкам на подшипники, расходу охлаждающего агента.
Разрез гидрогенератора СВ 1470/149-104 У4 (С - синхронный; В - вертикальный; 1470 - внешний диаметр активной стали статора, см; 149 - длина активной стали статора, см; 104 - число пар полюсов) показан на рис. 1.1.
Одним из главных факторов определяющих конструкцию ГГ, является положение оси его валопровода. По этому признаку ГГ разбиты на две группы: вертикальные и горизонтальные.
Рис. 1.1 Гидрогенератор СВ 1470/149 - 104 У4:
1 - корпус статора;
2 - сердечник статора;
3 - воздухоохладитель;
4 - обмотка статора;
5 - полюс ротора;
6- тормоз;
7 - обод ротора;
8 - остов ротора;
9 - подпятник;
10 - вал-надставка;
11 - маслоприемник;
12 - генераторный подшипник;
13 - верхняя крестовина;
14 - отвод воздуха;
15 - опора статора;
16 - перекрытие шахты;
17 - перекрытие на уровне машзала.
Основные параметры гидрогенератора:
1. Исполнение - зонтичное.
2. Мощность - 91800/7800, кВА/кВт.
3. Напряжение - 13800, В.
4. Коэффициент мощности - 0,85,
5. Частота-50, Гц.
6. Номинальная частота вращения-57,7, об/мин.
7, Угонная частота -119, об/мин.
8. Ток статора - 3840, А.
9. Напряжение возбуждения-345, В.
10. Ток возбуждеиия-1185, А.
11. Возбуждение - тиристорное по схеме самовозбуждения.
12. Охлаждение - косвенное воздушное по замкнутому циклу.
13. Тип обмотки статора - двухслойная волновая [стержневая].
14. Число пазов - 624.
15. Соединение фаз - звезда.
16. Исполнение ротора - явнополюсное.
17. Число полюсов -104. (8. Количество щеток на контактных кольцах - 48, шт.
19. Расчетная монтажная масса в сборе - 447000, кг.
Подавляющее большинство ГГ выполняется с вертикальным валом, что обусловлено спецификой привода гидравлической турбины, нерентабельностью, а во многих; случаях и невозможностью создания ГТ больших размеров в горизонтальном исполнении по условиям обеспечения необходимых жесткостей статора и ротора, а также выполнения подшипников соответствующей грузоподъемности. Сборка, эксплуатация и ремонт крупных вертикальных машин осуществляются значительно легче, чем горизонтальных. Однако вертикальное положение валопровода приводит к появлению в конструкции гидрогенератора опорных элементов - подпятника и во многих случаях опорной крестовины, которые должны быть рассчитаны на восприятие усилий от массы вращающихся частей генератора и турбины, а также от реакции воды на ее рабочее колесо.
Вертикальные ГГ подразделяются на два основных типа: зонтичный с расположением подпятника под ротором на нижней крестовине или на подставке на крышке турбины (рис. 1.2), и подвесной, с подпятником, устанавливаемым над ротором, на верхней крестовине. Для ГГ с низкими и средними частотами вращения (до 150 об/мин) характерно в основном зонтичное исполнение, но есть примеры реализации при значительно более высоких частотах вращения и отмечается постепенный переход к зонтичному исполнению все более быстроходных машин.
Горизонтальное исполнение применялось в основном длят быстроходных ГГ, спариваемых с одной или двумя ковшовыми турбинами.
Для низконапорных русловых и приливных ГЭС применяются капсульные гидроагрегаты, состоящие из капсульного гидрогенератора и поворотно-лопастной турбины, совмещенные в одном корпусе и расположенные под водой. Единичная мощность капсульных гидроагрегатов не превышает 50 МВт, но при необходимости может быть значительно повышена.
По функциональной роли в энергосистеме ГГ делятся на две группы: генераторы обычного исполнения, предназначенные для выработки в сеть электрической энергии, и обратимые машины, в различное время работающие в генераторном (турбинном) или двигательном (насосном) режиме.
Рис. 1.2. Гидрогенератор зонтичного исполнения (разрез по aгpeгaтy):
1 - статор; 2 - ротор, 3 - маслоприемник; 4 - регуляторный генератор; 5 - генераторный подшипник; 6 - воздухоохладитель; 7 - подпятник; 8 - вал; 9 - штанги; 10 - сервомотор; 11 - лопатки направляющего агрегата; 12 - лекажный агрегат; 13 - направляющий подшипник
Оснащенные обратимыми гидроагрегатами гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) служат для покрытия пиков нагрузки энергосистем либо переводятся в режим потребления активной мощности, выравнивая общий график нагрузки системы и перекачивая воду из нижнего бассейна в верхний (аккумулирование).
Асинхронизированный тип гидрогенератора позволяет, в отличие от обычных синхронных машин, при вращении агрегата с различными скольжениями относительно синхронной скорости обеспечивать постоянную и номинальную частоту сети. Это достигается созданием бегущего относительно ротора с частотой скольжения магнитного поля возбуждения.
Несмотря на высокую стоимость и затрудненные условия обслуживания, асинхронизированные генераторы могут найти применение в системах, требующих особо высокой точности поддержания частоты.
