Come produce elettricità un generatore? Comprendere i principi, la struttura e il funzionamento e la manutenzione in un unico articolo!

Il generatore è l'"ultimo passo nella produzione di energia elettrica"—esso converte l'energia meccanica trasmessa dalla turbina in energia elettrica utilizzabile. Come produce elettricità il generatore? Quali sono le funzioni di componenti come lo statore e il rotore? Di seguito li presenteremo uno per uno.

1.Il generatore produce elettricità attraverso l'"induzione elettromagnetica".

Il principio di funzionamento del generatore si basa fondamentalmente sulla legge dell'induzione elettromagnetica: in termini semplici, si tratta di "un campo magnetico rotante che taglia i fili, generando corrente elettrica". Prendendo come esempio il "generatore sincrono" comunemente utilizzato nelle centrali elettriche a recupero di calore, l'intero processo di generazione elettrica si compone di 4 passaggi:

Passo Uno : Creazione di un Campo Magnetico ("Fonte Magnetica")

Principio: Fornendo corrente continua alla "bobina di eccitazione" del rotore del generatore si produce un campo magnetico con polarità alternate (ad esempio, poli N e S disposti alternatamente), che è il "campo magnetico principale", equivalente a fornire una "fonte magnetica" per la generazione di energia.

Fonte Principale: La corrente di eccitazione è fornita dal "sistema di eccitazione" (ad esempio, trasformatori di eccitazione, dispositivi di raddrizzamento), simile a "caricare" il campo magnetico per garantire la stabilità dell'intensità del campo magnetico.

Passo due : Fornire potenza di taglio (ingresso "movimento")

Principio: La turbina (primo motore) della centrale elettrica aziona il rotore del generatore facendolo ruotare attraverso un accoppiamento – la potenza della turbina proviene dal vapore (il vapore colpisce le pale e le fa ruotare, convertendo l'energia interna in energia meccanica), e il rotore ruota insieme al campo magnetico principale, formando un "campo magnetico rotante".

Passo Fondamentale: La velocità del campo magnetico rotante è uguale alla velocità della turbina (ad esempio, 3000 giri/min corrispondono a una corrente alternata di 50 Hz); questo passo è definito "fornitura di energia meccanica al generatore" ed è anche la "fonte di energia per il campo magnetico che taglia i conduttori".

La turbina aziona il rotore del generatore a 3000 giri/min, in modo che il campo magnetico rotante possa continuamente tagliare gli avvolgimenti dello statore.

Passo tre generazione della Forza Elettromotrice Indotta

Principio: Il campo magnetico rotante taglia successivamente le "avvolgimenti trifase simmetrici" presenti nello statore (tre fasi A-X, B-Y, C-Z, separate spazialmente da un angolo elettrico di 120°). Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, un conduttore che taglia le linee di forza magnetiche genera una "forza elettromotrice indotta", similmente alla "pressione dell'acqua in un tubo".

Caratteristiche principali: La forza elettromotrice indotta è una "corrente alternata trifase simmetrica", la cui intensità e direzione variano periodicamente con la rotazione del campo magnetico; essa rappresenta il "prototipo" dell'energia elettrica.

Passo quattro : Produzione di energia elettrica

Principio: I collegamenti ai terminali dell'avvolgimento dello statore vengono portati all'esterno e connessi al circuito di alimentazione; la forza elettromotrice indotta aziona il movimento delle cariche, generando una "corrente" — l'energia meccanica viene così convertita in energia elettrica, completando l'intero processo di conversione dell'energia.

Garanzia di stabilità: Per ottenere energia elettrica utilizzabile e stabile, è richiesto anche un "sistema di controllo e protezione" (come regolatori di tensione e protezione differenziale) per evitare fluttuazioni di tensione o guasti che possono danneggiare l'attrezzatura.

2. Strutture principali: I 'Quattro Componenti Principali' di un generatore Il generatore può sembrare complesso, ma la sua struttura principale è composta da quattro parti, ciascuna con una funzione specifica:

Statore: "L'estremità fissa che genera elettricità"

Componenti: tre parti principali - nucleo dello statore, avvolgimento dello statore e basamento.

Nucleo dello statore: Realizzato impilando lamierini di acciaio al silicio non orientati di classe F (con uno spessore di circa 0,35 mm), presenta buona conducibilità magnetica e bassi perdite;

Avvolgimento dello statore: Intrecciato con più fili di rame solido e isolato con "nastro di mica di classe F", funge da "cavo" che genera il potenziale elettrico indotto;

Base della macchina: una struttura d'acciaio monopezzo con "costole di posizionamento elastiche" nella cavità interna, in grado di ridurre le vibrazioni armoniche durante il funzionamento (per evitare che le vibrazioni si trasmettano dal nucleo alla base).

Funzione: rimane ferma, permettendo al campo magnetico rotante del rotore di tagliare l'avvolgimento, generando così energia elettrica.

Rotore: "Campo magnetico rotante"

Composizione: nucleo del rotore (o poli), avvolgimento d'eccitazione, anelli collettori e albero del rotore.

Albero del rotore: realizzato in acciaio legato ad alta resistenza, è un pezzo forgiato solido in grado di sopportare la coppia della turbina a vapore, fungendo da "scheletro" del rotore;

Avvolgimento d'eccitazione: avvolto nelle scanalature del nucleo del rotore, conduce corrente continua per generare il campo magnetico principale. I canali d'aria nelle scanalature formano un "condotto d'aria di raffreddamento" (per evitare il surriscaldamento dell'avvolgimento);

Collettore: Collega l'avvolgimento di eccitazione al sistema esterno di eccitazione, responsabile del trasferimento della corrente continua di eccitazione (la superficie del collettore deve essere liscia per evitare cattivo contatto). Un collettore ruvido può facilmente causare scintille.

Funzione: Ruota insieme al campo magnetico principale, fornendo la "forza per tagliare le linee magnetiche."

Coperchio terminale e cuscinetto: "Connessione e supporto"

Coperchio terminale: Fissato alle due estremità della base della macchina, sigilla l'interno del generatore per prevenire l'ingresso di polvere e umidità;

Cuscinetto: Diviso in "cuscinetto radiale" e "cuscinetto assiale" - il cuscinetto radiale supporta il peso del rotore e riduce l'attrito durante la rotazione; il cuscinetto assiale limita lo spostamento assiale del rotore (impedendo che il rotore tocchi lo statore), e l'olio lubrificante passa attraverso il cuscinetto formando un "velo d'olio" che riduce l'usura.

Radiatore: "La chiave per il raffreddamento"

Funzionamento: Quando il generatore è in funzione, il nucleo e gli avvolgimenti generano calore (ad esempio, perdite nel rame e nel ferro). Il refrigeratore elimina il calore attraverso la "circolazione dell'aria fredda", mantenendo la temperatura dello statore a ≤130°C e la temperatura del rotore a ≤120°C (temperatura massima consentita per l'isolamento di classe F).

Dettagli tecnici: I refrigeratori sono generalmente installati su entrambe le estremità del generatore (alcuni possono trovarsi anche al centro), con la temperatura dell'acqua in ingresso controllata tra 30 e 35°C e la temperatura dell'acqua in uscita che non supera i 40°C, per garantire l'efficacia del raffreddamento.

3. Punti chiave per operazione e manutenzione:

1. Monitoraggio della temperatura: Evitare danni da surriscaldamento

Punti chiave dell'ispezione:

Temperatura degli avvolgimenti dello statore: Monitorare con elementi di misura della temperatura incorporati; normale ≤130°C, allarme se supera i 140°C (è possibile utilizzare un termometro a infrarossi per misurare in modo ausiliario la temperatura superficiale del nucleo);

Temperatura degli avvolgimenti del rotore: Monitorata tramite resistenze termiche vicino agli anelli di contatto, normale ≤120°C;

Temperatura dei cuscinetti: cuscinetto radiale ≤ 65℃, cuscinetto assiale ≤ 75℃, il surriscaldamento può causare la bruciatura del cuscinetto (un determinato impianto elettrico è stato costretto a interrompere l'attività a causa del superamento della temperatura dei cuscinetti, che ha superato gli 80℃).

2. Ispezione delle vibrazioni: Evitare l'attrito dinamico e statico

3. Ispezione dell'isolamento: evitare guasti da perdita

Punti chiave dell'ispezione:

Isolamento del avvolgimento statore: una volta al mese, misurare l'isolamento verso terra con un misuratore di resistenza d'isolamento a 2500V; è conforme se ≥1MΩ (a 25°C), mentre se inferiore a 0,5MΩ è necessario effettuare un trattamento di asciugatura;

Isolamento dell'anello rotante: verificare che non vi siano danni al manicotto isolante tra l'anello rotante e l'albero del rotore, per evitare perdite di corrente di eccitazione.

Operazioni e attività di manutenzione: pulire la polvere sulla superficie dell'avvolgimento del statore durante la fermata, per evitare che macchie d'olio e umidità influenzino l'isolamento.

4. Monitoraggio dei parametri: garantire la qualità dell'energia elettrica

Punti chiave dell'ispezione:

Tensione: La deviazione della tensione di uscita dello statore deve essere ≤ ±5% del valore nominale (ad esempio, per un generatore da 10,5 kV, la tensione deve essere compresa tra 9,975~11,025 kV);

Corrente: Non deve superare la corrente nominale (ad esempio, per un generatore da 15 MW, la corrente nominale è approssimativamente di 866 A), per evitare sovraccarichi;

Corrente/Tensione di Eccitazione: Stabile intorno al valore nominale, con fluttuazioni ≤ ±2% (una corrente di eccitazione anomala può causare campi magnetici instabili, influenzando la tensione).

5. Pulizia e Manutenzione: Ridurre i Rischi di Guasto

Punti chiave dell'ispezione:

Radiatore d'Aria: Pulire la polvere dalle alette di dissipazione ogni trimestre (soffiare con aria compressa) per prevenire ostruzioni che possono causare una ridotta efficienza di raffreddamento;

Collettore: Mantenere la superficie liscia, controllare l'usura delle spazzole di carbone (sostituirle quando raggiungono la lunghezza specificata) e assicurare una trasmissione stabile della corrente di eccitazione; non dimenticare di controllare eventuali allentamenti del portaspazzole.◦

All'interno della base della macchina: ispezionare il nucleo dello statore per verificare eventuali allentamenti e le bobine per deformazioni una volta all'anno durante il fermo macchina, e rimuovere la polvere accumulata all'interno.