Tua bin đồng bộ và máy phát điện hydro được sắp xếp như thế nào?

Trong các nhà máy thủy điện, máy phát điện được dẫn động bởi các tuabin nước quay với tốc độ từ 68 đến 250 vòng/phút. Để sử dụng năng lượng hơi nước tốt hơn, người ta chế tạo tuabin là tuabin tốc độ cao với tốc độ quay 3000 vòng/phút, trong các xí nghiệp công nghiệp lớn cũng có các nhà máy nhiệt điện.

Máy phát điện xoay chiều có thiết kế đơn giản hơn và có thể được chế tạo với công suất lớn hơn đáng kể so với máy phát điện một chiều.

Hầu hết các máy đồng bộ sử dụng thiết kế đảo ngược so với máy điện một chiều, I E. hệ thống kích thích nằm trên rôto và cuộn dây phần ứng trên stato. Điều này là do thực tế là việc cung cấp dòng điện tương đối thấp cho cuộn dây kích thích thông qua các tiếp điểm trượt dễ dàng hơn là cung cấp dòng điện cho cuộn dây vận hành. Hệ thống từ tính của máy điện đồng bộ được thể hiện trong hình. 1.

Các cực kích thích của máy điện đồng bộ được đặt trên rôto.Các lõi cực của nam châm điện được chế tạo giống như trong các máy điện một chiều. Trên phần đứng yên, stato, có lõi 2, làm bằng các tấm thép cách điện, trong các kênh có cuộn dây làm việc cho dòng điện xoay chiều - thường là ba pha.

Cơm. 1. Hệ thống từ của máy điện đồng bộ

Khi rôto quay, một emf xen kẽ được tạo ra trong cuộn dây phần ứng, tần số của nó tỷ lệ thuận với tốc độ của rôto. Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây làm việc sẽ tạo ra từ trường riêng của nó. Rôto và từ trường của cuộn dây làm việc quay cùng tần số — đồng bộ… Ở chế độ động cơ, trường làm việc quay mang theo nam châm của hệ thống kích thích và ở chế độ máy phát điện thì ngược lại.

Xem tại đây để biết thêm chi tiết: Mục đích và cách bố trí máy đồng bộ

Cân nhắc việc thiết kế những cỗ máy mạnh mẽ nhất — tua-bin và máy phát điện hydro... Máy phát điện tua-bin được dẫn động bằng tua-bin hơi nước, tiết kiệm nhất ở tốc độ cao. Do đó, các máy phát tua-bin được chế tạo với số lượng cực tối thiểu của hệ thống kích thích - hai, tương ứng với tốc độ quay tối đa là 3000 vòng / phút ở tần số công nghiệp là 50 Hz.

Vấn đề chính của kỹ thuật máy phát điện tuabin là tạo ra một cỗ máy đáng tin cậy với các giá trị giới hạn của tải điện, từ, cơ và nhiệt. Những yêu cầu này để lại dấu ấn trên toàn bộ thiết kế của máy (Hình 2).

Cơm. 2. Tổng quan về máy phát tuabin: 1 — vòng trượt và thiết bị chổi than, 2 — vòng bi, 3 — rôto, 4 — dải rôto, 5 — cuộn dây stato, 6 — stato, 7 — cuộn dây stato, 8 — quạt.

Rôto của máy phát điện tuabin được chế tạo dưới dạng vật rèn rắn có đường kính lên tới 1,25 m, chiều dài lên tới 7 m (bộ phận làm việc). Tổng chiều dài của vật rèn, có tính đến trục, là 12 - 15 m, các rãnh được phay trên bộ phận làm việc, trong đó cuộn dây kích thích được đặt. Do đó, thu được một nam châm điện lưỡng cực hình trụ không có các cực được xác định rõ ràng.

Trong quá trình sản xuất máy phát điện tuabin, các vật liệu và giải pháp thiết kế mới nhất được sử dụng, đặc biệt là làm mát trực tiếp các bộ phận đang hoạt động bằng các tia chất làm mát - hydro hoặc chất lỏng. Để có được công suất cao, cần phải tăng chiều dài của máy, mang lại cho nó một cái nhìn rất đặc biệt.

Máy phát điện thủy lực (Hình 3) khác biệt đáng kể về cấu tạo so với máy phát điện tua-bin. Hiệu quả hoạt động của tuabin thủy lực phụ thuộc vào tốc độ của dòng nước, tức là cố gắng. Không thể tạo áp suất cao trên các dòng sông bằng phẳng, do đó tốc độ quay của tuabin rất thấp - từ hàng chục đến hàng trăm vòng quay mỗi phút.

Để có được tần số công nghiệp là 50 Hz, những máy tốc độ thấp như vậy phải được chế tạo với số lượng cực lớn. Để chứa một số lượng lớn các cực, cần phải tăng đường kính rôto của máy phát hydro, đôi khi lên tới 10-11 m.

Cơm. 3. Mặt cắt dọc của máy phát hydro dạng ô: 1 — trục rôto, 2 — vành rôto, 3 — cực rôto, 4 — lõi stato, 5 — cuộn dây stato, 6 — dầm ngang, 7 — phanh, 8 — ổ đỡ lực đẩy, 9 - tay áo cánh quạt.

Chế tạo tua-bin và máy phát điện thủy lực mạnh mẽ là một thách thức kỹ thuật.Cần phải giải quyết một số vấn đề về tính toán cơ học, điện từ, nhiệt và thông gió và để đảm bảo khả năng sản xuất của cấu trúc trong sản xuất. Chỉ có các nhóm và công ty thiết kế và sản xuất mạnh mẽ mới có thể xử lý các nhiệm vụ này.

Cấu trúc của các loại khác nhau là rất thú vị. máy vi tính đồng bộ, trong đó nam châm vĩnh cửu và hệ thống phản ứng được sử dụng rộng rãi, tức là các hệ thống trong đó từ trường làm việc tương tác không phải với từ trường kích thích mà với các cực nổi sắt từ của rôto, không có cuộn dây.

Tuy nhiên, lĩnh vực công nghệ chính mà máy đồng bộ không có đối thủ cạnh tranh ngày nay là năng lượng. Tất cả các máy phát điện trong các nhà máy điện, từ mạnh nhất đến di động, đều dựa trên máy đồng bộ.

Đối với động cơ đồng bộ, thì điểm yếu của họ là vấn đề khởi động. Chính nó, một động cơ đồng bộ thường không thể tăng tốc. Để làm điều này, nó được trang bị một cuộn dây khởi động đặc biệt hoạt động theo nguyên tắc của một máy không đồng bộ, điều này làm phức tạp thiết kế và quá trình khởi động. Do đó, động cơ đồng bộ thường có sẵn ở mức công suất trung bình đến cao.

Hình bên dưới mô tả cấu tạo của máy phát điện tuabin.

Rôto 1 của máy phát điện được làm bằng thép rèn, trong đó các rãnh được phay cho cuộn dây kích thích, được dẫn động bởi một máy điện một chiều đặc biệt 10, được gọi là máy kích thích. Dòng điện đến cuộn dây rôto được cung cấp thông qua các vòng trượt được đóng bởi vỏ 9, các dây của cuộn dây rôto được nối với chúng.

Khi quay, rôto sinh ra lực ly tâm lớn.Trong các rãnh của rôto, cuộn dây được giữ bằng các nêm kim loại và các vòng giữ bằng thép 7 được ép vào các bộ phận phía trước.

Stator được lắp ráp từ các tấm thép điện đặc biệt 2 được đóng dấu, được gia cố trong khung 3 được hàn từ thép tấm. Mỗi lá stato bao gồm một số phần, được gọi là các đoạn, được cố định bằng 4 bu lông.

Trong các kênh của stato, một cuộn dây 6 được đặt trong các dây dẫn mà các lực điện động được tạo ra khi rôto quay. Lực điện động của các dây quấn nối tiếp tăng lên và điện áp vài nghìn vôn được tạo ra ở các cực 12. Khi dòng điện chạy qua giữa các dây quấn, lực lớn được tạo ra. Do đó, các phần phía trước của cuộn dây stato được nối với nhau bằng các vòng 5.

Rôto quay trong các ổ trục 8. Giữa ổ trục và tấm đế được đặt một lớp cách điện ngắt mạch, qua đó có thể đóng các dòng điện của ổ trục. Vòng bi thứ hai được chế tạo cùng với một tuabin hơi.

Để làm mát máy phát điện, stato được chia thành các gói riêng biệt, giữa các ống thông gió được đặt. Không khí được điều khiển bởi các quạt 11 gắn trên rôto.

Để làm mát các máy phát điện mạnh mẽ, cần phải đẩy một lượng không khí khổng lồ qua chúng, đạt hàng chục mét khối mỗi giây.

Nếu không khí làm mát được lấy từ khuôn viên của nhà ga, thì với sự hiện diện của lượng bụi không đáng kể nhất (vài miligam trên mét khối) trong đó, máy phát điện sẽ bị nhiễm bụi trong thời gian ngắn. Do đó, máy phát điện tuabin được chế tạo với hệ thống thông gió khép kín.

Không khí được làm nóng khi đi qua các kênh thông gió của máy phát điện sẽ đi vào các bộ làm mát không khí đặc biệt nằm dưới vỏ của máy phát điện tuabin.

Ở đó, không khí nóng đi qua giữa các ống có vây của bộ làm mát không khí, qua đó nước chảy qua và được làm mát. Không khí sau đó được đưa trở lại các quạt đẩy nó qua các ống thông gió. Bằng cách này, máy phát điện được làm mát liên tục bằng cùng một loại không khí và bụi không thể lọt vào bên trong máy phát điện.

Tốc độ dọc theo chu vi của rôto của máy phát tuabin vượt quá 150 m / s. Ở tốc độ này, một lượng lớn năng lượng được tiêu hao cho ma sát của rôto trong không khí. Ví dụ, trong một máy phát điện tua-bin có công suất 50.000 kWVt, tổn thất năng lượng do ma sát không khí là 53% tổng của tất cả các tổn thất.

Để giảm những tổn thất này, không gian bên trong của các máy phát tua-bin mạnh mẽ không được lấp đầy bằng không khí mà bằng hydro. Hydro nhẹ hơn không khí 14 lần, nghĩa là nó có mật độ thấp hơn tương tự, do đó tổn thất ma sát rôto giảm đáng kể.

Để ngăn chặn sự bùng nổ oxyhydrogen, được hình thành từ hỗn hợp hydro và oxy trong không khí, một áp suất cao hơn áp suất khí quyển được đặt bên trong máy phát điện. Do đó, oxy trong khí quyển không thể thâm nhập vào máy phát điện.

Mô hình 3D của máy phát điện tuabin hơi nước:

Một cuốn băng giáo dục do nhà máy đồ dùng học sinh tạo ra vào năm 1965:
Máy phát điện đồng bộ