CC BY
68
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР: ВЫБОР ЧИСЛА ПОЛЮСОВ, ОБМОТКА СТАТОРА, ПОТЕРИ, КПД И НАГРЕВ
Рассматривается электроэнергетическая установка, включающая газотурбинный двигатель с газовыми подшипниками, синхронный генератор с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов, обратимый преобразователь напряжения и систему микропроцессорного управления (рис. 1).
Т1 Т2 К нагрузке
УП —
Рис.1. Общая функциональная схема электрической части установки: ГТД — газотурбинный двигатель; Г - электрический генератор; Т1 - высокочастотный трансформатор; УП - управляемый преобразователь напряжения и частоты; Т2 - трансформатор промышленной частоты
Оригинальность разработки заключается в сверхвысокой частоте вращения агрегатов - до 100000 об/мин - и совокупности связанных с этим проблем. Генераторы для подобных
установок имеют ряд особенностей.
Число полюсов генератора при заданной частоте вращения выбирается из условия получения частоты напряжения не более 5 кГц, т.к. затруднительно найти высокочастотные силовые транзисторы для выпрямительной и инверторной частей управляемого преобразователя.
Из-за высокой частоты перемагничивания сердечник статора таких генераторов следует выполнять из тонколистовой (порядка 0,02...0,08 мм) изотропной электротехнической стали, например, марки 2441.
По условиям механической прочности ротора линейная скорость на его поверхности должна быть ограничена величиной не более 300...400 м/с [1,2]. Из-за высокой частоты вращения диаметры статора и ротора получаются небольшими. При малом диаметре статора реально можно выполнить небольшое число полюсов, поэтому обмотка статора обычно получается двухслойной сосредоточенной, без укорочения шага.
Из-за достаточно высокой частоты тока для обмотки статора необходимо выбирать специальные высокочастотные обмоточные провода, состоящие из большого количества тонких изолированных проводников с транспозицией. Для лучшего использования площади паза предпочтительно выбирать провода прямоугольного сечения и открытые пазы прямоугольной формы. Изоляционные материалы выбирают обычно классов Вир.
В принципе возможна и беспазовая конструкция статора, но при этом из-за большого немагнитного зазора получается слишком низкая рабочая индукция и, как следствие, плохие энергетические и массогабаритные показатели генератора.
Потери в стали статора получаются достаточно большими из-за большой частоты перемагничивания (табл.1).
Расчёт механических потерь следует проводить как для бочки ротора турбогенератора [3] с учётом вязкости конкретной охлаждающей среды (гелий или воздух).
Таблица 1
Частота напряжения синхронного генератора
17600 об/мин 68000 об/мин 96000 об/мин
2р = 4 587 2267 3200
2р = 6 880 3400 4800
2р = 8 1173 4533 6400
КПД генератора получается достаточно высоким даже при небольшой мощности машины, что обусловлено отсутствием потерь на возбуждение. Например, КПД генератора 30 кВт не менее 90%.
Расчётное превышение температуры обмотки статора обычно не превышает 70 °С. Это достигается соответствующим выбором линейной токовой нагрузки и плотности тока обмотки статора. С учетом стандартной расчётной температуры окружающей среды 40°С нагрев обмотки
статора составит около 110°С. Приблизительно такая же температура будет на поверхности ротора, содержащего постоянные магнить]. Для используемых фенеборовых магнитов марки 35 ЕН максимальная рабочая температура составляет 120°С.
ЛИТЕРАТУРА
1.Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Эяергоатомиздат, 1988. -280 с.
2.Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М: Высш. Шк., 1990. - 416 с.
3. Турбогенераторы. Расчёт и конструкция. Под ред.И.П.Иванова и Р.А.Лютера. Энергия, Л., 1967, с.782-783.
Козлов А.Н., Кувшинов Г.Е., Ханнанов A.M.
ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ИНДУКЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ТОКА ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Измерительный прсобразовахель тока обратной последовательности применяется для измерения асимметрии в трёхфазных сетях и выявления таких аварийных режимов, как обрыв и короткое замыкание.
Известно большое разнообразие измерительных преобразователей обратной последовательности, содержащих трансформаторы тока и фильтры тока обратной последовательноеги. Ряд известных зарубежных фирм, таких как Siemens, используют измерительные преобразователи тока в устройствах защиты электрических двигателей малой и средней мощности, например в электронно-тепловых реле 3RB10. Используются такие устройства и в системах релейной защиты. Все они обладают существенными недостатками. Это высокие значения массы, габаритных размеров и стоимости трансформаторов тока, особенно на больших мощностях нагрузки, необходимость применения усилителей и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с очень низким входным сопротивлением.
Измерительные преобразователи напряжения обратной последовательности позволяют широко использовать стандартные инструментальные усилители и АЦП, но обладают слабой чувствительностью при защите таких устройств как электрические двигатели, а в системах с большими значениями напряжений требуется устанавливать измерительные трансформаторы напряжения, у которых отношение номинальной мощности к массе выше, чем у трансформаторов тока.
Во всех таких преобразователях используются фильтры обратной последовательности, например, последовательно соединенные конденсаторы и резисторы, с тщательно подобранными параметрами [1].
Если на такой фильтр подавать напряжения, пропорциональные токам трехфазной системы, но от дифференцирующих индукционных преобразователей тока (ДИПТ), то можно избавиться от указанных выше недостатков. ДИПТ. именуемые еще трансреакторами, обладают значительно меньшими массогабаритными показателями, проще и дешевле при изготовлении.
Ниже на рисунке показана схема предлагаемого преобразователя с применением двух ДИПТ, I имеющих одинаковые параметры катушек, в том числе и одинаковые взаимные индуктивности со I своими токопроводами.
