Bagaimana turbo sinkron dan hidrogenerator diatur?

Pada pembangkit listrik tenaga air, generator digerakkan oleh turbin air yang berputar dengan kecepatan 68 hingga 250 rpm.Pada pembangkit listrik tenaga panas, energi listrik dihasilkan oleh unit turbin yang terdiri dari turbin uap dan generator turbin. Untuk penggunaan energi uap yang lebih baik, turbin dibangun sebagai turbin berkecepatan tinggi dengan kecepatan putaran 3000 rpm Pembangkit termal juga tersedia di perusahaan industri besar.

Alternator lebih sederhana dalam desain dan dapat dibangun dengan daya yang jauh lebih besar daripada generator DC.

Sebagian besar mesin sinkron menggunakan desain terbalik dibandingkan dengan mesin DC, yaitu sistem eksitasi terletak di rotor dan gulungan angker di stator. Hal ini disebabkan fakta bahwa lebih mudah memasok arus yang relatif rendah ke koil eksitasi melalui kontak geser daripada memasok arus ke koil operasi. Sistem magnetik mesin sinkron ditunjukkan pada Gambar. 1.

Kutub eksitasi mesin sinkron terletak di rotor.Inti kutub elektromagnet dibuat dengan cara yang sama seperti pada mesin arus searah. Pada bagian stasioner, stator, terdapat inti 2, terbuat dari lembaran baja listrik berinsulasi, di salurannya terdapat kumparan kerja untuk arus bolak-balik - biasanya tiga fase.

Beras. 1. Sistem magnetik mesin sinkron

Ketika rotor berputar, ggl bolak-balik diinduksi dalam belitan angker, yang frekuensinya berbanding lurus dengan kecepatan rotor. Arus bolak-balik yang mengalir melalui kumparan kerja menciptakan medan magnetnya sendiri. Rotor dan bidang kumparan kerja berputar pada frekuensi yang sama — serentak… Dalam mode motor, medan kerja yang berputar membawa serta magnet dari sistem eksitasi, dan dalam mode generator, sebaliknya.

Lihat di sini untuk detail lebih lanjut: Tujuan dan susunan mesin sinkron

Pertimbangkan merancang mesin yang paling kuat — turbo dan hidrogenerator... Generator turbin digerakkan oleh turbin uap, yang paling ekonomis pada kecepatan tinggi. Oleh karena itu, generator turbin dibuat dengan jumlah tiang minimum dari sistem eksitasi - dua, yang sesuai dengan kecepatan putaran maksimum 3000 rpm pada frekuensi industri 50 Hz.

Masalah utama rekayasa turbogenerator adalah penciptaan mesin yang andal dengan nilai batas beban listrik, magnet, mekanik, dan termal. Persyaratan ini membekas di seluruh desain alat berat (Gbr. 2).

Beras. 2. Gambaran umum generator turbin: 1 — cincin selip dan peralatan sikat, 2 — bantalan, 3 — rotor, 4 — strip rotor, 5 — belitan stator, 6 — belitan stator, 7 — belitan stator, 8 — kipas.

Rotor generator turbin dibuat dalam bentuk tempa padat dengan diameter hingga 1,25 m, panjang hingga 7 m (bagian kerja). Panjang total penempaan, dengan mempertimbangkan poros, adalah 12-15 m Saluran digiling pada bagian kerja, di mana kumparan eksitasi ditempatkan. Dengan demikian, elektromagnet bipolar silinder tanpa kutub yang jelas diperoleh.

Dalam produksi generator turbin, material terbaru dan solusi desain digunakan, khususnya, pendinginan langsung bagian aktif dengan jet zat pendingin - hidrogen atau cairan Untuk mendapatkan daya tinggi, perlu menambah panjang mesin, yang memberikan tampilan yang sangat istimewa.

Generator hidro (Gbr. 3) berbeda secara signifikan dalam konstruksi dari generator turbin. Efisiensi pengoperasian turbin hidrolik bergantung pada kecepatan aliran air, mis. upaya. Tidak mungkin menciptakan tekanan tinggi di sungai datar, oleh karena itu kecepatan putaran turbin sangat rendah - dari puluhan hingga ratusan putaran per menit.

Untuk mendapatkan frekuensi industri 50 Hz, mesin berkecepatan rendah seperti itu harus dibuat dengan jumlah kutub yang banyak. Untuk menampung sejumlah besar kutub, diameter rotor hidrogenerator perlu ditingkatkan, terkadang hingga 10-11 m.

Beras. 3. Bagian longitudinal generator hidrogen payung: 1 — hub rotor, 2 — pelek rotor, 3 — tiang rotor, 4 — inti stator, 5 — belitan stator, 6 — balok silang, 7 — rem, 8 — bantalan dorong, 9 - lengan rotor.

Membangun generator turbo dan hidro yang kuat merupakan tantangan teknik.Penting untuk menyelesaikan sejumlah masalah perhitungan mekanis, elektromagnetik, termal dan ventilasi dan untuk memastikan kemampuan manufaktur struktur dalam produksi. Hanya tim dan perusahaan desain dan produksi yang kuat yang dapat menangani tugas ini.

Struktur dari berbagai jenis sangat menarik. mesin mikro sinkron, di mana magnet permanen dan sistem reaktif banyak digunakan, yaitu. sistem di mana medan magnet yang bekerja berinteraksi bukan dengan medan magnet eksitasi, tetapi dengan kutub menonjol feromagnetik dari rotor, yang tidak memiliki belitan.

Namun bidang teknologi utama di mana mesin sinkron tidak memiliki pesaing saat ini adalah energi. Semua generator di pembangkit listrik, dari yang paling kuat hingga yang bergerak, didasarkan pada mesin sinkron.

Adapun motor sinkron, maka kelemahan mereka adalah masalah startup. Dengan sendirinya, motor sinkron biasanya tidak dapat berakselerasi. Untuk melakukan ini, ia dilengkapi dengan koil start khusus yang bekerja berdasarkan prinsip mesin asinkron, yang memperumit desain dan proses start itu sendiri. Oleh karena itu, motor sinkron umumnya tersedia dalam peringkat daya sedang hingga tinggi.

Gambar di bawah ini menunjukkan konstruksi generator turbin.

Rotor 1 generator terbuat dari baja tempa, di mana alur digiling untuk koil eksitasi, digerakkan oleh mesin DC 10 khusus, yang disebut exciter. Arus ke belitan rotor disuplai melalui cincin selip yang ditutup oleh rumahan 9, kabel belitan rotor dihubungkan ke sana.

Saat berputar, rotor menghasilkan gaya sentrifugal yang besar.Di alur rotor, belitan dipegang oleh irisan logam, dan cincin penahan baja 7 ditekan ke bagian depan.

Stator dirakit dari lembaran 2 yang dicap dari baja listrik khusus, yang diperkuat dalam rangka 3 yang dilas dari baja lembaran. Setiap daun stator terdiri dari beberapa bagian yang disebut segmen yang diikat dengan 4 baut.

Di saluran stator, kumparan 6 diletakkan, di kabel yang gaya gerak listriknya diinduksi saat rotor berputar. Gaya gerak listrik dari kabel belitan yang terhubung seri meningkat dan tegangan beberapa ribu volt dihasilkan di terminal 12. Ketika arus mengalir di antara kabel yang berliku, gaya besar tercipta. Oleh karena itu, bagian depan belitan stator dihubungkan dengan ring 5.

Rotor berputar dalam bantalan 8. Di antara bantalan dan pelat dasar diletakkan insulasi pemutus arus, di mana arus bantalan dapat ditutup. Bantalan kedua dibuat bersama dengan turbin uap.

Untuk mendinginkan generator, stator dibagi menjadi paket-paket terpisah, di antaranya terdapat saluran ventilasi. Udara digerakkan oleh kipas 11 yang dipasang pada rotor.

Untuk mendinginkan generator yang kuat, sejumlah besar udara harus didorong melaluinya, mencapai puluhan meter kubik per detik.

Jika udara pendingin diambil dari lokasi stasiun, maka dengan jumlah debu yang paling sedikit (beberapa miligram per meter kubik) di dalamnya, generator akan terkontaminasi debu dalam waktu singkat. Oleh karena itu, generator turbin dibangun dengan sistem ventilasi tertutup.

Udara yang dipanaskan saat melewati saluran ventilasi generator masuk ke pendingin udara khusus yang terletak di bawah casing turbin generator.

Di sana, udara panas melewati tabung bersirip dari pendingin udara, tempat air mengalir, dan didinginkan. Udara kemudian dikembalikan ke kipas, yang mendorongnya melalui saluran ventilasi. Dengan cara ini, generator terus didinginkan dengan udara yang sama dan debu tidak dapat masuk ke dalam generator.

Kecepatan di sepanjang keliling rotor generator turbin melebihi 150 m / s. Pada kecepatan ini, sejumlah besar energi dikeluarkan untuk gesekan rotor di udara. Misalnya, dalam generator turbin dengan daya 50.000 kWVt, kehilangan energi akibat gesekan udara adalah 53% dari jumlah semua kerugian.

Untuk mengurangi kerugian ini, ruang internal generator turbin yang kuat tidak diisi dengan udara, tetapi dengan hidrogen. Hidrogen 14 kali lebih ringan dari udara, yaitu memiliki kerapatan yang sama lebih rendah, sehingga kerugian gesekan rotor berkurang secara signifikan.

Untuk mencegah ledakan oxyhydrogen, yang terbentuk dari campuran hidrogen dan oksigen di udara, tekanan yang lebih tinggi dari atmosfer diatur di dalam generator. Oleh karena itu, oksigen atmosfer tidak dapat menembus generator.

Model 3D generator turbin uap:

Rekaman pendidikan yang dibuat oleh pabrik perlengkapan sekolah pada tahun 1965:
Generator sinkron