Модель синхронного генератора с гладким якорем

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 265 1973

МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

С ГЛАДКИМ ЯКОРЕМ

Г. А. СИПАИЛОВ, К. А. ХОРЬКОВ, В. Ф. КУЛАКОВ, В. 3. ХОРЬКОВА, В. И. АНДРЕЕВ, В. С. БАКЛИН

Использование в синхронных генераторах обмотки якоря, полностью или частично вынесенной в воздушный зазор, обещает ряд преимуществ. Исключение зубцов, компактное заполнение активной зоны статора медью приводят к уменьшению веса стали статора и изоляции примерно в два раза. Исчезают потери и шумы, связанные с зубцовыми пульсациями. Необходимый .междужелезный зазор обеспечивает О.К.З. и устойчивую работу в системе. Переходная и сверхпереходная индуктивности падают ввиду уменьшения индуктивности рассеяния статора [1,2].

Рациональным типом трехфазной обмотки будет однослойная концентрическая с 60-градусной фазной зоной. Здесь не требуется дополнительной междуфазной изоляции и мощных клиновых креплений для сдерживания радиальных электродинамических сил. Лобовые соединения невелики и выполняются в два слоя.

Имеются, однако, трудности, требующие своего разрешения. Если в зубчатом якоре обмотка была экранирована сталью зубцов от основного магнитного потока, то в обмотке на гладком якоре появляются дополнительные электрические потери, пропорциональные основному потоку, а не потоку рассеяния. Исключение стали зубцов существенно снижает индуктивность рассеяния активной части обмотки якоря и вызывает увеличение токов короткого замыкания.

Значительный интерес представляет использование генератора с гладким якорем в качестве импульсного (ударного) генератора. Низкое сверхпереходное сопротивление и возможности форсирования поля возбуждения создают предпосылки эффективного преобразования кинетической энергии ротора в мощные импульсы тока.

Для исследования параметров, потерь, электродинамических усилий и ряда других вопросов, связанных с проектированием синхронных генераторов с гладким якорем, создана экспериментальная установка, состоящая из модели генератора, нагрузки и блока управления.

Краткое описание модельного генератора с гладким якорем

На рис. 1 представлен обмотанный статор модели синхронного генератора с обмоткой, вынесенной в воздушный зазор машины. Пакет статора набран из листов электротехнической стали Э-21 толщиной 0,5 мм. Внешний диаметр и длина активной части пакета обусловлены

Рис. 1. Статор модели

Рис. 2. Ротор модели

размерами станины двигателя АР-7? в габаритах которого изготовлена модель: диаметр Б; = 368 мм, длина Ь = 273 мм. Внутренний диаметр пакета статора В = 242,7 мм. Пакет статора набран без радиальных вентиляционных каналов. По расточке статора уложена корпусная изоляция обмотки. Изоляция хлопчатобумажная, пропитанная эпоксидной смолой ЭД-5. В расточке статора размещена трехфазная четырехполюс-ная однослойная обмотка с подразделенными лобовыми частями. Число витков в фазе равно 10. Размеры медной шинки обмотки равны 2,63X10 мм- Лобовые части обмотки отогнуты под углом 90° к оси ма-

шины в двух плоскостях. От торцовой поверхности статора лобовые части заэкранированы медными дисками общей толщиной по 12 мм на сторону. С внешней стороны лобовые части также заключены в медные диски, осуществляющие кроме функции крепления лобовых частей еще экранирование потоков лобового рассеяния к подшипниковым щитам.

Расчетный воздушный зазор машины, т, е. зазор между ферромагнитными поверхностями статора и ротора составляет 7 мм. Односторонний воздушный зазор между поверхностью изолированной меди обмотки статора и ротором равен 2 мм.

Ротор модели генератора выполнен с четырьмя явно выраженными полюсами. Пакет ротора выполнен шихтованным из листов электромеханической стали Э-21 толщиной 0,5 мм. В полюсных наконечниках вы-штампованы пазы под стержни демпферной обмотки; диаметр латунных стержней 6 мм, число стержней на полюс равно восьми. Стержни замкнуты медными сегментами. Обмотка возбуждения намотана круглым проводом диаметром 1,81 мм с изоляцией ПЭВ. Внешний диаметр ротора Ор = 228,7 мм. Общий вид обмотанного ротора представлен на рис. 2.

Ротор генератора приводится во вращение асинхронным двигателем мощностью 7 кет. Обмотка возбуждения генератора питается от выпрямительной установки с регулируемым напряжением возбуждения.

Некоторые результаты испытаний

В связи с тем, что явнополюсный ротор выполнен, с равномерным зазором под полюсами, форма поля в зазоре машины носит трапецеидальный характер. Э.д.с. фазы содержит высшие гармонические, из которых наибольшее значение имеет третья гармоническая. Линейные э.д.с. практически синусоидальны. Кривые тока и напряжения не имеют зубцовых пульсаций. Данные характеристик холостого хода и одно-, двух- и трехфазного короткого замыкания обмотки статора модельного генератора представлены в табл. 1. Номинальное линейное напряжение генератора равно 65 в, номинальный ток 92 а, габаритная мощность 10,5 кет. Основные параметры модельного генератора, найденные экспериментально согласно общепринятой методике [3], приведены в табл. 2.

Таблица 1

1в (а) 0 9 - г 10 15 20

ил (в) О о 15 24 37 41 43.5

1к. (а) о 260 -100

1к2 (а) 0 160 240 41)0

1кз {а) 0 120 180 300

Таблица 2

г Хо ; 0 Т?0

°6 % °0 °0 сек сск

¿,0 1,25 5,16 | 4,! 2 9,75 \ 0,38 | 0,06

При исследовании режима внезапного короткого замыкания обмотка статора закорачивалась накоротко с помощью тиристора. Момент пода-

чи сигнала на поджиг тиристора согласуется с положением ротора генератора с помощью фотоэлектрического датчика положения ротора. На рис. 3 представлены осциллограммы з.д.с. и тока внезапного короткого замыкания генератора. Короткое замыкание произведено в момент прохождения э.д.с. генератора через нуль.

Рис. 3. Кривые напряжения и тока короткого замьшания генератора

Экспериментальные исследования модельного генератора с гладким якорем дали хорошее совпадение с проведенными расчетами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Large generators with air gap windings Technical survey, Electrical Times, 14, March., 1968.

2. Towards better machines, Technical survey Electrical Times. 7 March., 1968.

3. Г. К. Ж e p б e, Промышленные испытания электрических машин. ГЭИ, 1959.