Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Проектирование электрических машин переменного тока

Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных  компенсаторов - Проектирование электрических машин переменного тока

Оглавление
Проектирование электрических машин переменного тока
Требования, предъявляемые к проектируемой машине
Основные элементы конструкции
Формулировка задачи проектирования
Магнитная цепь
Рассеяние обмоток возбуждения
Магнитное поле в сердечнике статора и ротора
Ток ротора и поле в воздушном зазоре под нагрузкой
Обмотки статоров
Схемы статорных обмоток
Транспозиция элементарных проводников статорной обмотки
Роторные обмотки
Обмотки асинхронных машин
Основные условия разработки конструкции
Основные конструктивные элементы статоров
Основные конструктивные элементы роторов
Вопросы конструкции, связанные с системой охлаждения
Турбогенераторы
Основные параметры турбогенераторов
Параметры возбуждения и охлаждающей воды
Общая компоновка турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки статора турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки ротора турбогенераторов
Задание по проектированию
Основные принципы проектирования обмоток с непосредственным охлаждением
Основные размеры
Электрические нагрузки
Магнитные нагрузки
Обмоточные данные ротора
Предварительный выбор размеров асинхронных машин при проектировании
Конструктивное исполнение асинхронных общепромышленных серий
Конструктивное исполнение асинхронных двигателей для особых условий эксплуатации
Диаметр и длина сердечника явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение полюсов явнополюсных  роторов гидрогенераторов
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных  компенсаторов
Оптимизация проекта
Проектирование гидрогенераторов с помощью ЭВМ
Проектирование асинхронных машин с частотным управлением на минимум веса
Проектирование асинхронных двигателей на минимум приведенной стоимости

 Особенности конструкции синхронных компенсаторов. Синхронные компенсаторы генерируют реактивную мощность и напряжение в электрических системах с большими колебаниями потребления реактивной мощности, а также используются как средство повышения устойчивости параллельной работы электрических станций и как средство компенсации емкостного сопротивления линии электропередачи.

Рис. 9-64. Подушки (сегменты) подпятников: а — двухслойная: 1 — верхний слой, 2 — основание; б — с внутренним охлаждением:
1 — трубки для воды, 2 — трубки для подачи масла под давлением

Синхронные компенсаторы явнополюсного исполнения изготовляются до мощности 160 Мв-а в единице, являясь машинами с наибольшим значением мощности на полюс. Для снижения габаритов (а следовательно, веса и стоимости) и потерь синхронные компенсаторы, начиная с единичной мощности 30 Мв-а, изготовляются с водородным охлаждением. Применение водородного охлаждения облегчается тем, что вал синхронного компенсатора не выходит за пределы корпуса и последний может быть надежно герметизирован.

Поскольку длина синхронного компенсатора ограничена механическими характеристиками ротора, а диаметр — окружной скоростью, достигающей 100 м/сек, естественно, что с увеличением единичной мощности выгодно увеличивать число полюсов, т. е. снижать скорость вращения. Поэтому явнополюсные синхронные компенсаторы при мощности до 50 Мв-а выполняются на скорость вращения 1000 и 750 об/мин, а свыше 50 Мв-а — на 750 об/мин.
Диаметр синхронного компенсатора ограничивается при неразъемной конструкции статора железнодорожным габаритом, а также тепловыми нагрузками пусковой обмотки (при непосредственном пуске от сети). Поэтому с дальнейшим увеличением единичной мощности возможно либо увеличение длины машин, либо дальнейшее снижение скорости вращения и переход на вертикальную разборную конструкцию, как в гидрогенераторе, либо дальнейшая интенсификация системы охлаждения, связанная, однако, по достижении некоторых значений электромагнитных нагрузок со снижением к. п. д.
Электромагнитные нагрузки синхронных компенсаторов несколько ниже, чем у генераторов и двигателей с той же мощностью на полюс, так как синхронные компенсаторы всегда работают в режиме cos φ = + 0[9-3]. Так, индукция в зазоре при холостом ходе не превосходит 0,6—0,75 тл, в зубцах 1,4—1,7 тл (последнее значение для холоднокатаной стали), в сердечнике полюса 1,1—1,35 тл.
Линейная нагрузка составляет (5-6) ·104 а/м для компенсаторов с воздушным охлаждением и (7,5—10)· 104 а/м для компенсаторов с водородным охлаждением, плотность тока в обмотке статора лежит в пределах от 3,3 до 5 а/мм2 (верхний предел — при термореактивной изоляции), в обмотке ротора — от 2,5 до 5 а/мм2.
Конструктивное исполнение синхронных компенсаторов мощностью до30 Μв·а, которые изготовляются с воздушным охлаждением (рис. 9-63, б), мало отличается от исполнения мощных быстроходных машин общепромышленного применения. При установке этих компенсаторов на фундаменте в последнем оборудуется вентиляционная шахта.
Компенсаторы большей мощности изготовляются герметическими с водородным охлаждением и со встроенными в корпус газоохладителями, что позволяет устанавливать их на открытом воздухе (рис. 9-64, а).

Рис. 9-65. Роторы синхронных компенсаторов: а — остов, собранный из трех поковок; б — остов, собранный из дисков
В этом случае корпус компенсатора напоминает корпус турбогенератора с водородным охлаждением, но не имеет уплотнений вала. Синхронные компенсаторы такого типа выпускаются как со щитовыми подшипниками, так и со встроенными в корпус стояковыми подшипниками (рис. 9-63, а).
Известны разработки вертикальных синхронных компенсаторов (рис. 9-63, в), подпятник и подшипники которых могут работать на самосмазке, что сильно упрощает конструкцию, но их применение, по-видимому, будет целесообразным при значительном росте единичной мощности.
Синхронные компенсаторы с водородным охлаждением обычно выполняются с аксиально-радиальной системой вентиляции (рис. 6-15, д), для устройства которой в поясах жесткости корпуса статора предусматриваются отверстия соответствующего размера, а в остове-ободе ротора устраивается система аксиально-радиальной раздачи газа.


Рис. 9-66. Подшипниковые узлы синхронных компенсаторов: а — стояковый, б — щитовой

При цельнокованом остове-ободе (рис. 9-65, а), к которому присоединяются на горячей посадке хвостовины вала, осевые и радиальные каналы сверлятся в оболочке; если же остов-обод собирается из дисков (рис. 9-65, б), то осевые каналы образуются путем обработки центральной части вала в виде «звездочки», а радиальные — с помощью распорок между пакетами.
Полюсы роторов синхронных компенсаторов, как правило, крепятся к ободу двумя хвостами (вследствие больших центробежных сил).
Некоторые заводы применяют массивные копаные сердечники полюсов, рассчитанные на двусторонний обдув обмотки возбуждения (рис. 9-36, б).

Рис. 9-67. Контактные кольца синхронных компенсаторов: а — втулка колец; б — установка колец в камере при водородном охлаждении
Механические напряжения в элементах такого полюса могут быть приняты на 30% более высокими, чем в элементах шихтованного полюса. Наружная поверхность массивных полюсных башмаков для уменьшения потерь делается рифленой (ширина канавки 0,25—0,3 ширины паза статора, шаг — около 2,5 ширины канавки, глубина канавки 0,3—0,5 воздушного зазора [9-3]; воздушный зазор при этом не должен быть меньше 0,8 открытия паза статора.
Демпферные (пусковые) обмотки синхронных компенсаторов рассчитаны в большинстве случаев на прямой асинхронный пуск от сети и выполняются достаточно массивными. Обычно стержни обмотки выполняются из латуни, а крайние стержни — из меди с присадкой серебра или хромоцинковой бронзы (для снижения разности нагрева и тепловых деформации крайних стержней по отношению к остальным из-за их перегрузки при пуске).
В массивных полюсах стержни демпферной обмотки становятся ненужными, но короткозамыкающие полосы выполняются таких же размеров, как и при наличии стержней. Короткозамыкающие полосы крепятся к башмакам массивных полюсов болтами, причем для улучшения контакта торцы башмаков и сами полосы серебрятся (рис. 9-57, г). Перемычки для соединения полос, изготовленные из листовой бронзы, крепятся к полосам болтами и укрепляются на ободе ротора с помощью оттяжек.

На роторах синхронных компенсаторов устанавливается два осевых вентилятора.
Подшипниковые узлы горизонтальных синхронных компенсаторов (как и мощных синхронных двигателей или горизонтальных гидрогенераторов) несут большую радиальную нагрузку. Поэтому в синхронных компенсаторах применяются подшипники с принудительной подачей смазки под давлением и с самоустанавливающимися вкладышами цилиндрической формы (рис. 9-66, а) или в виде отдельных подушек (рис. 9-66, б), устанавливаемых в нижней части подшипника на балансирах и регулируемых с помощью винтовых опор. Подшипники с цилиндрическим вкладышем удовлетворительно работают при нагрузке до 25 кгс/см2, подшипники с регулируемыми балансирными опорами допускают нагрузку до 40 кгс/см2.
Контактные кольца синхронных компенсаторов с водородным охлаждением изготовляются обычно из сплава меди с магнием или из алюминиево-железистой бронзы (БРАЖ9-4). Для их лучшего охлаждения торцевые поверхности контактных колец обработаны таким образом, что они действуют, как вентиляторы (рис. 9-67, а), а на контактной поверхности прорезаны спиральные канавки. Так как контактные кольца работают в атмосфере водорода, материал щетки должен способствовать образованию на их поверхности защитного слоя («политуры»). Для этой цели применяются щетки из материала ЭГ-74АФ (графит, пропитанный фторопластом), являющегося весьма износостойким.
Камеры контактных колец заполнены водородом и сообщаются с корпусом компенсатора (рис. 9-67, б), однако снабжена уплотнениями, позволяющими во время осмотра колец герметизировать корпус при снятой крышке камеры. Эти уплотнения могут быть масляными или магнитными.
В вертикальных синхронных компенсаторах естественным масляным уплотнением может служить ванна подпятника и подшипника.



 
« Продолжительность сушки электрических машин   Пропитка и сушка электродвигателей »
электрические сети