Гидрогенераторы и системы стабилизации выходных параметров МГЭС Лекция

Гидрогенераторы и системы стабилизации выходных параметров МГЭС Лекция № 5

Типы генераторов Синхронный генератор Асинхронный генератор

Критерии выбора гидрогенератора • Эффективность ведения режима • Экономичность • Надежность работы (в том числе, на открытом воздухе)

Синхронный генератор Синхронной называют машину переменного тока, в которой скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в ее рабочем зазоре В малой гидроэнергетике применяются тихоходные явнополюсные СГ!!! Явнополюсный СГ (менее 1000 об/мин. ) Неявнополюсный СГ (1500 -3000 об/мин)

Характеристики СГ Мощность генератора: Скорость вращения генератора: Нагрузочная характеристика СГ

Системы возбуждения СГ Электромагнитная система возбуждения (применение обмоток в роторе на постоянном токе) Система возбуждения на постоянных магнитах Независимая система возбуждения Система самовозбуждения Комбинированная система возбуждения Гибридная система возбуждения

Системы возбуждения СГ Характеристика холостого хода СГ

Системы возбуждения СГ В синхронных машинах небольшой мощности довольно часто применяются постоянные магниты

Материалы постоянных магнитов Материалы: Ферриты Ba/Sr. O· 6 Fe 2 O 3 Сплавы Nd 2 Fe 14 B Редкоземельные магниты Sm. Co Магниты Альнико Al-Ni-Co-Fe (российское название ЮНДК)

Генераторы на постоянных магнитах Достоинства 1. По сравнению с другими типами синхронных машин обладают лучшими энергетическими показателями (КПД и cos φ), 2. Надежны, т. к. имеют более простую конструкцию Недостатки 1. Дороже СГ с обмотками возбуждения 2. Невозможно регулировать выходное напряжение 3. Магниты со временем размагничиваются 3. Уменьшают габариты генератора 4. Сокращается объем технического обслуживания Недостатки СГ с ПМ устраняются созданием гибридных систем возбуждения.

Применение асинхронных генераторов Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т. е. может работать в режиме генератора или двигателя.

Асинхронный генератор Скольжение ротора:

Асинхронный генератор на Базе АД с короткозамкнутым ротором Асинхронный генератор на Базе АД с фазным ротором

Рабочие характеристики асинхронной машины

Пример сравнения генераторов

Преимущества синхронных генераторов Высокая стабильность выходного напряжения и частоты способен кратковременно выдать ток в 3 -4 раза выше номинального. Особенно это актуально для потребителей с высокими пусковыми токами возможность работы в активном режиме при коэффициенте мощности, равном 1 , либо в активно-компенсаторном режиме при опережающем коэффициенте мощности Высокая эффективность

Недостатки синхронных генераторов Требуют значительно большего, по сравнению с АГ, обслуживания Являются самым дорогим вариантом генератора. Имеют самые большие габариты и массу Имеют достаточно сложную конструкцию Возможны замыкания в обмотке ротора

Преимущества асинхронных генераторов Отсутствуют вращающиеся обмотки и электронные детали Достаточно дешёвые Меньшая масса и габариты Имеют малую чувствительность к КЗ и высокую степень защиты от внешних воздействий.

Недостатки асинхронных генераторов Зависимость частоты и напряжения от скорости на валу турбины АГ с короткозамкнутым ротором требует наличия реактивной мощности в сети для самовозбуждения (конденсаторы для работы АГ) Можно использовать только с потребителями, не имеющими высоких стартовых токов и устойчивых к незначительным перепадам U

Согласование скоростей вращения турбины и генератора Для согласования номинальных скоростей турбины и генератора применяются редукторы (мультипликаторы) Передаточное отношение:

Виды передач Механический момент может быть передан: • Ременной передачей • Шестерёнчатой передачей • Электромагнитной передачей

Турбины микро. ГЭС с ременной передачей Достоинства: 1. Простота 2. дешевизна Недостатки: 1. Низкая надежность 2. Сложность построения многоступенчатых систем 3. Отсутствие возможности регулирования

Турбины микро. ГЭС с шестеренчатой передачей

Турбины микро. ГЭС с электромагнитной передачей

Стабилизация выходных параметров Стабилизация параметров качества электроэнергии (прежде всего частоты и отклонения напряжения) Методы построения систем стабилизации выходных параметров автономных электроустановок могут быть разделены на: 1. Стабилизация частоты вращения турбины 2. Генерирование переменного тока стабильной частоты при изменяющейся скорости турбины

Стабилизация выходных параметров МГЭС с регуляторами расхода МГЭС с регуляторами скорости на валу генератора МГЭС с регуляторами скорости тормозного момента (нагрузки)

Виды управления выходными параметрами • Управление по частоте (одноканальное управление) • Управление по частоте и току (двухканальное управление) • Управление по напряжению (для синхронных генераторов)

Виды систем стабилизации выходных параметров 1. Схема энергоустановки с регулированием частоты вращения турбины путем изменения энергии рабочего потока или угла атаки рабочих лопастей Плюсы Минусы Усложнение конструкции Повышение регулирующей способностей и кпд в нормальных режимах работы Инерционность элементов в переходных режимах, что приводит значительным колебаниям частоты и напряжения Высокая стоимость

Виды систем стабилизации выходных параметров 2. Схема энергоустановки с приводом постоянной скорости (ППС) Плюсы Низкая стоимость Отсутствие электромеханических устройств Минусы Применяются при малых кинетических энергиях потока

Виды систем стабилизации выходных параметров 3. Схема энергоустановки с машинно-вентильными источниками питания Плюсы Высокая скорость изменения выходных параметров Минусы Высокая стоимость Высокое качество выходных параметров Усложнение конструкции и снижение надежности

Виды систем стабилизации выходных параметров • Плюсы Низкая стоимость Возможность использовать в качестве балласта полезную нагрузку Отсутствие электромеханических устройств 4. Схема энергоустановки с автобалластным регулированием выходных параметров Минусы Ступенчатость регулирования

Регуляторы автобалластного типа 1. МГЭС автобалластного типа построенная на базе двух генераторов Достоинства: 1. Простая схема 2. Высокое быстродействие 3. Небольшая мощность цепей управления Недостатки: 1. Две вращающиеся машины (обслуживание и надежность) 2. Увеличение стоимости и массагабаритных показателей

Регуляторы автобалластного типа 2. Схема с дискретным балластом Достоинства: 1. Простая и надежная схема 2. Не искажает кривую напряжения Недостатки: 1. Ступенчатость управления (не менее 15 ступеней управления) 2. Сложности в полезном использовании рассеиваемой мощности Стоимость регулятора автобалласта может составлять лишь 20% от стоимости механического регулятора!

Регуляторы автобалластного типа 3. Схема микро. ГЭС с фазовым регулированием Достоинства: 1. Требуют значительно меньшего количества тиристоров, чем схема 2 Недостатки: 1. Искажает форму кривой напряжения

Регуляторы автобалластного типа 4. Схема микро. ГЭС с фазовым регулированием по току Данная схема позволяет Компенсировать несимметрию фаз, что невозможно при частотном регулировании

Регуляторы автобалластного типа 5. Схема микро. ГЭС с комбинированной системой управления Достоинства: Возможность добиться наилучших параметров управления Недостатки: Стоимость Для микро. ГЭС, работающих в свободном потоке воды, необходимы системы стабилизации, контролирующие как минимум два параметра качества электроэнергии

Маркировка асинхронных машин Марка двигателя (генератора) АД А 2 4 А АИР 5 АМ Признак модификации С - с повышенным скольжением Е, - однофазный двигатель В - встраиваемый П - пристраеваемый М - модернизированный Х - с алюминиевой станиной К - с фазным ротором Р - с повышенным пусковым моментом Ф - с принудительным охлаждением Высота оси вращения

Маркировка асинхронных машин Установочный размер по длине станины S - small M - medium L - long Длина сердечника статора (A, B, C, D) число полюсов электрической машины индекс конструктивной модификации двигателя Б - температурная защита, П - имеющие повышенную точность установочных размеров, Е/Е 2 - снабженные эл. магнитным тормозом/эл. магнитным и ручным тормозом, Ж – для моноблочных насосов; РЗ – для мотор-редукторах, Х 2 – химически стойкого исполнения;

Маркировка асинхронных машин Климатическое исполнение УХЛ – умеренный холодный климат У – умеренный климат ТС – тропический сухой климат ТВ – тропический влажный климат М – умеренно-холодный морской климат В – всепогодные условия Условия размещения 1 - на открытом воздухе 2 - на открытом воздухе под навесом 3 - в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без регул. климатических условий 4 – в закрытых помещениях с искусственным регулированием клим. условий.