Что такое демпферная обмотка синхронного генератора

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИНХРОННЫХ МАШИН

Сердечник статора представляет собой полый цилиндр, набранный из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. На внутренней поверхности этого цилинд­ра выштамповывают пазы для укладки обмотки якоря. Электротехническую сталь поставляют в виде листов или лент шириной не более 1 м. При внешнем диаметре сердечника менее 1 м его собирают из цельных кольцевых плас­тин, а при большем диаметре каждый кольцевой слой со­ставляют из отдельных пластин, называемых сегментами (рис. 3). Сердечник размещают в станине (корпусе) ста­тора.

По выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные.

Обмотку возбуждения в мощных машинах для лучшего охлаждения выполняют из неизолированных медных шин большого сечения, намотанных на ребро. Между соседними витками укладывают изоляционные прокладки, пропитан­ные в смоле. Катушку запекают и устанавливают на полю­се, на который по периметру предварительно наносят корпусную изоляцию. В машинах небольшой мощности катуш­ки обмотки возбуждения выполняют из изолированных проводников прямоугольного или круглого сечения.

На полюсах ротора часто укладывают демпферную об­мотку. Ее размещают в пазах полюсных наконечников. Медные стержни этой обмотки, уложенные в пазы, по тор­цам замыкают пластинами или кольцами так, что образу­ется клетка. Демпферные обмотки делятся на продоль­ные и продольно-поперечные.

Демпферная обмотка выполняет ряд функций. В гене­раторах она ослабляет влияние несимметричной нагрузки и снижает амплитуду колебаний ротора, возникающих в не­которых случаях при параллельной работе. В двигателях она является пусковой обмоткой, а также снижает амплитуду колебаний ротора при пульса­ции нагрузки.

Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т. е. имеющих большое число полюсов. Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным валом широко используют в качестве двигателей и генераторов. Общий вид ротора явнополюсной машины показан на рис. 7. Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами (рис. 8).

Для уменьшения потерь в пяте между ее трущимися поверхностями (пяты и собст­венно подпятника) создается слой смазки достаточной тол­щины.

Для восприятия радиальных усилий, действующих на ротор гидрогенератора, на его валу устанавливают один или два направляющих подшипника. Один подшипник устанавливают при жестком фланцевом соединении валов гидрогенератора и турбины. Вторым направляющим под­шипником в этом случае является направляющий подшип­ник турбины. Подпятник и направляющие подшипники размещаются на крестовинах, которые служат для восприятия и передачи вертикальных и радиальных усилий на фунда­мент или на корпус статора. Различают верхнюю и ниж­нюю крестовины.

В зависимости от расположения подпятника гидрогене­раторы подразделяются на подвесные и зонтичные. В под­весном гидрогенераторе (рис. 9, а) подпятник расположен над ротором на верхней крестовине и весь агрегат «подвешен» к этой крестовине и к подпятнику.

В зонтич­ном гидрогенераторе подпятник расположен на нижней крестовине (рис. 9, б) или на крышке турбины и генера­тор в виде зонта находится над подпятником. При зонтич­ном исполнении гидрогенератор имеет меньшие массу и вы­соту, чем при подвесном исполнении, за счет уменьшения размеров верхней крестовины, имеющей больший диаметр, чем нижняя.

Механическая прочность различных деталей гидрогене­раторов рассчитывается по так называемой угонной часто­те вращения, которая в 2-3 раза больше номинальной и может иметь место в результате разгона ротора при ава­рийном отключении генератора от сети.

Неявнополюсные роторы (рис. 10 и 11) применя­ют в синхронных машинах большой мощности, имеющих частоту вращения п = 1500÷3000 об/мин. Изготовление ма­шин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по услови­ям механической прочности ротора и крепления полюсов и обмотки возбуждения.

Из-за больших центробежных сил, действующих на об­мотку возбуждения, ее крепление в пазах производят с по­мощью немагнитных металлических клиньев. Немагнитные клинья ослабляют магнитные потоки пазового рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и приводить к уменьшению полезного потока. Пазы большого зубца за­крывают магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закрепляют роторными бандажами. Обмотка ротора имеет изоляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяют к контактным кольцам на роторе.

Вдоль оси ротора по всей его длине просверливают цент­ральное отверстие, которое служит для исследования ма­териала центральной части поковки и для разгрузки по­ковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 12 дан общий вид турбогенератора. В турбогенераторах функ­цию демпферной обмотки выполняют массивное тело рото­ра и клинья.

Источник

Демпферная (пусковая) обмотка

Демпферная обмотка полюсов синхронных машин выполняет ряд функций. В генераторах она служит для снижения уровня динамических перенапряжений в обмотке ротора при несимметричных коротких замыканиях, гашения обратного синхронного поля, улучшения формы ЭДС и симметрии напряжений при несимметричных нагрузках отдельных фаз, успокоения качаний и повышения динамической устойчивости работы. Генераторы малой мощности (до 100 кВт) обычно не имеют демпферной обмотки.

Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.

Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2 )

.(11-53)

Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или целесообразно выбирать . При целесообразно принимать в генераторах , а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях — несократимая дробь.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)

(11-54)

Количество стержней демпферной обмотки на полюс выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)

; (11-55)

принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)

(11-56)

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)

(11-57)

Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина и высота (рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5—2 мм.

Рис. 11-13. Эскиз полюсного

наконечника с пазами демпферной обмотки:

1 — полюс; 2 — стержень демпферной обмотки;

Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие . При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом

Предварительная длина стержня демпферной обмотки

(11-58)

затем ее уточняют при проработке конструкции машины.

Размеры короткозамыкающих сегментов выбирают такими, чтобы их высота , толщина а площадь поперечного сечения составляла около половины суммарной площади поперечного сечения стержней одного полюса (мм 2 ), т. е.

(11-59)

Окончательно размеры сегмента в поперечном сечении а также его площадь в этом сечении следует выбрать по приложению 2.

Площадь поперечного сечения перемычки между сегментами разных полюсов принимают не менее 0,5 , а площадь контакта между перемычкой и сегментом — не менее 5 .

Источник

Что такое электрическое демпфирование, демпферные витки и обмотки

Демпфирование — увеличение потерь энергии в системе с целью повышения затухания колебаний в ней.

Демпфирование применяется в измерительных приборах для уменьшения колебаний указательной стрелки и в других устройствах. Механическое демпфирование осуществляется путем увеличения трения или увеличения сопротивления среды, в которой движется система. Например, к вращающейся системе прибора прикрепляется легкий поршенек, который движется в трубке, замедляя движение подвижной системы.

Электрические аппараты, имеющие подвижные части, всегда имеют в том или ином виде тормозящие устройства, так как движение подвижной части где-то должно быть остановлено и запас кинетической энергии поглощен. Прежде всего во всякой подвижной системе существуют силы трения, всегда направленные против движения.

Если кинетическая энергия велика, прибегают к специальным тормозящим устройствам, в которых поглощается избыток кинетической энергии. В ряде аппаратов (например в реле) тормозящие устройства предназначены не только для поглощения избытка кинетической энергии подвижных частей (при подходе к уnopу во избежание сильного удара), но и для замедления действии аппарата.

В первом случае, когда тормозящее устройство предназначено только для поглощения избытка кинетической энергии в конце хода, оно обычно носит название буферного устройства и в большинстве случаев к моменту начала работы этого устройства сила, двигающая части аппарата, прекращается. Во втором случае тормозящее устройство действует во время существования движущей силы в аппарате и носит название демпферного.

Демпфирование в электрических аппаратах

Электрическое демпфирование может осуществляться путем взаимодействия между магнитным полем и токами, индуцируемыми в проводниках, движущихся в этом магнитном поле, так как по закону Ленца в этом случае всегда должна возникать сила, препятствующая этому движению. Например, к подвижной системе прибора прикрепляется пластинка из проводящего материала, которая движется между полюсами магнита. При этом в ней возникают вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем тормозит движение системы.

Демпферные витки — витки на магнитопроводе, служащие для демпфирования подвижной части магнитной системы. Например, такие витки из меди устанавливаются на магнитопровод магнитного пускателя или контактора с краев плоскостей соприкосновения якоря и сердечника.

Любой электромагнит переменного тока имеет силу тяги, изменяющуюся по времени, причем в моменты прохода магнитного потока через нуль она также равна нулю. Это обстоятельство ведет к тому, что якорь электромагнита не может устойчиво находиться в своем конечном положении, а под действием противоположных сил в области нулевого значения потока якорь и связанные с ним детали стремятся отойти назад.

Быстро возрастающая сила тяти якоря не позволяет оторваться этим деталям от упора на значительное расстояние, но на небольшое расстояние они все же отходят. В результате детали аппарата, прижатые якорем к упору, не находятся в неподвижном положении, а дрожат в такт с силой тяги электромагнита.

Это вызывает дребезжание указанных деталей, расшатывание механизма, износ контактов, прижимаемых электромагнитом, шумы и прочие неприятные последствия. Одной из распространенных мер борьбы против этого явления является применение короткозамкнутой обмотки, охватывающей часть сечении сердечника.

В этом случае часть потока, пронизывающая короткозамкнутую обмотку, не совпадает по фазе с другой частью потока, а следовательно, и нулевое значение силы тяги потоков не совпадают по времени. В результате данный электромагнит переменного тока не будет иметь момента времени, в который его сила тяги равна нулю и указанное дребезжание будет отсутствовать. Обычно число витков, короткозамкнутой обмотки равно единице и ее называют соответственно короткозамкнутый виток.

В некоторых конструкциях электромагнитов постоянного тока на сердечник (или на якорь) накладывают специальную короткозамкнутую обмотку, имеющую малое электрическое сопротивление. Это делается затем, чтобы, замедлить работу электромагнита: при наличии такой обмотки нарастание потока после включения обмотки ил напряжение и слад потока после отключения тока происходит медленнее, чем без такой обмотки.

Влияние такой обмотки будет сказываться не только при неподвижном якоре в процессе неустановившегося процесса потока, но и при движении якоря, когда вследствие изменения воздушного зазора поток в электромагните стремится измениться. Такой физический процесс называется магнитным демпфированием.

Применение дополнительной обмотки для целей демпфирования процессов в электромагните переменного тока не достигает целей и поэтому не используется.

Магнитное демпфирование часто применяется для замедления срабатывания и отпускания электромагнитных реле и реле времени постоянного тока. При этом происходит замедление нарастания и убывания магнитного потока в сердечнике. Для этого на магнитопроводе реле размещают короткозамкнутые витки. Благодаря этому техническому решению получают выдержку времени от 0,2 до 10 сек. Иногда магнитное демпфирование осуществляют не применением короткозамкнутых витков, а замыканием накоротко рабочей катушки реле.

Электромагнитные реле с магнитным демпфированием: а — с медной втулкой; б — с медным кольцом у рабочего зазора.

Существует ряд практических случаев, когда время действия электромагнитов и электромагнитных аппаратов (реле, пускателей, контакторов) нужно иметь как можно меньше. В этом случае наличие короткозамкнутых обмоток, массивных частей магнитопровода, металлических каркасов катушки и короткозамкнутых витков, образованных из крепежных и прочих деталей аппарата, лежащих на пути потока, является недопустимым, так как они будут увеличивать время действия электромагнита.

Демпфирование в электрических машинах

Почти все синхронные двигатели, компенсаторы и преобразователи, а также многие явнополюсные синхронные генераторы снабжаются успокоительными обмотками. В ряде случаев они находят применение из-за влияния на устойчивость системы, но большей частью предназначаются для других целей. Однако вне зависимости от причин применения успокоительных обмоток они в большей или меньшей степени влияют на устойчивость.

Принципиально различаются два типа успокоительных обмоток: полные или замкнутые и неполные или разомкнутые. В обоих случаях обмотка состоит из уложенных в пазах на поверхности полюсов стержней, концы которых на каждой стороне полюса соединены.

В полной успокоительной обмотке концы стержней замыкаются кольцами, соединяющими стержни всех полюсов. В неполной обмотке стержни замыкаются дугами, каждая из которых соединяет стержни только одного полюса. В последнем случае успокоительная обмотка каждого полюса представляет собой независимую цепь.

Полные успокоительные обмотки подобны беличьим клеткам роторов асинхронных машин, за исключением того, что в успокоительных обмотках стержни расположены по окружности ротора неравномерно, так как между полюсами стержней нет. В некоторых конструкциях замыкающие кольца выполняются из отдельных участков, которые соединяются между собой болтами, чтобы облегчить снятие полюсов.

Назначение успокоительных обмоток у синхронных машин:

Повышение пускового момента синхронных двигателей, компенсаторов и преобразователей;

Предотвращение качаний. Для этих целей успокоительные обмотки были выполнены впервые, и отсюда они получили свое название;

Подавление колебаний, возникающих из-за толчков при коротких замыканиях или переключениях;

Уменьшение несимметрии фазных напряжений на выводах при несимметричной нагрузке, т.е. уменьшение напряжения обратной последовательности;

Предотвращение перегрева поверхности полюсов однофазных генераторов вихревыми токами;

Создание тормозного момента в генераторе при несимметричных коротких замыканиях и уменьшение этим избыточного момента;

Создание дополнительного момента при синхронизации генераторов;

Снижение скорости восстановления напряжения на контактах выключателей;

Уменьшение механических напряжений в изоляции обмотки возбуждения во время бросков тока в цепи якоря.

Генераторы, приводимые во вращение поршневыми первичными двигателями, имеют тенденцию к раскачиванию из-за того, что вращающий момент первичных двигателей пульсирует. Электродвигатели, приводящие во вращение нагрузку с пульсирующим моментом, подобную компрессорам, также имеют тенденцию к качаниям.

Указанные качания называют «вынужденными качаниями». Могут иметь место и «самопроизвольные качания», возникающие тогда, когда синхронные машины соединены линией, у которой соотношение активного сопротивления к индуктивному велико.

Успокоительные обмотки с малым сопротивлением значительно уменьшают амплитуды как вынужденных, так и самопроизвольных качаний.

Влияние успокоительных (демпфирующих обмоток) на устойчивость электрических систем проявляется в том, что они:

Создают демпфирующий (асинхронный) момент прямой последовательности;

Создают тормозной момент обратной последовательности во время несимметричных коротких замыканий;

Изменяя полное сопротивление обратной последовательности, влияют на отдаваемую машиной электрическую мощность прямой последовательности во время несимметричных коротких замыканий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Качания синхронного генератора, демпферная обмотка

Избыточный или качательный момент.

Избыточный момент обусловливает вынуж­денные колебания синхронной машины. Он представляет собой периодическую функцию времени, среднее значение которой равно нулю.

3) Искрение под щётками машин постоянного тока Причины искрения. Способы улучшения коммутации.

С точки зрения надежности наиболее слабым элементом в машинах постоянного тока является скользящий контакт щеток по коллектору. При коммутации между щетками и коллектором может наблюдаться искрение. Сильное искрение вызывает повреждения поверхности коллектора и щеток.

Причины искрения разделяют на механические, потенциальные и электромагнитные.

Механическиепричины вызваны неполным прилеганием щеток к коллектору. Они вызваны некачественным изготовлением коллектора и щеточного узла: неровная или загрязненная поверхность коллектора, его эллиптичность, биение, слабое давление щеток на коллектор и т.д.

Потенциальные причины искрения связаны с напряжением между коллекторными пластинами. Если оно превышает допустимое значение, появляются искры между смежными пластинами. При этом сгорает угольная пыль в изоляционных промежутках между пластинами. В машинах большой мощности искры могут перейти в электрическую дугу, которая перекрывает большую часть коллектора (круговой огонь на коллекторе). При этом машина выходит из строя.

Электромагнитные причины связаны с протеканием электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Они являются основными.

Как правило, искрение щеток — это результат совместного действия многих причин. Качество коммутации оценивается степенью искрения под сбегающим краем щетки, из-под которого выходят пластины коллектора при его вращении.

Идея улучшения коммутации сводится к тому, чтобы криволинейную коммутацию, привести к прямолинейной, а для этого необходимо, чтобы добавочный ток был равен нулю.

1. За счет сдвига щеток с нейтрали,

2. За счет установки добавочных полюсов.

1. Улучшение коммутации за счет сдвига щеток с нейтрали, рис. 67 а, б, в

2. Улучшение коммутации за счет установки добавочных полюсов

Дополнительные полюса устанавливают на геометрической нейтрали. Количество их равно числу главных полюсов. Это простое и целесообразное решение. Все современные машины постоянного тока снабжены дополнительными полюсами.

Источник