Како генератор производи електричну енергију? Разумевање принципа, структуре и рада и одржавања у једном чланку!

Генератор је „последњи корак у производњи електричне енергије“ — он претвара механичку енергију коју преноси турбина у електричну енергију коју можемо користити. Како генератор производи електричну енергију? Које су функције компонената као што су статор и ротор? Испод ћемо их појединачно представити.

1.Генератор производи електричну енергију путем „електромагнетне индукције“.

Радни принцип генератора у основи се заснива на закону електромагнетне индукције — једноставно речено, то значи „магнетно поље које се окреће и сече жице, стварајући електричну струју“. Узимајући као пример „синхрони генератор“ који се често користи у електранама на отпадну топлоту, цео процес производње електричне енергије састоји се од 4 корака:

Први корак : Увођење магнетног поља („магнетни извор“)

Принцип: Ако се сталном струјом напаја „статор намотај“ ротора генератора, ствара се магнетно поље са наизменичним половима (на пример, наизменично распоређени N и S полови), што је „главно магнетно поље“, еквивалентно „магнетном извору“ за производњу енергије.

Кључни извор: Струја узбужења се добија од „система узбужења“ (као што су трансформатори узбужења, исправљачи), слично „пунјењу“ магнетног поља, чиме се обезбеђује стабилност јачине магнетног поља.

Други корак : Обезбедити силу која сече поље (улаз кретања)

Princip: Turbina (glavni pokretač) elektrane pokreće rotor generatora putem spojnice - snaga turbine dolazi iz pare (para udara u lopatice i tako ih pokreće, pretvarajući unutrašnju energiju u mehaničku energiju), a rotor se zajedno sa glavnim magnetnim poljem okreće, formirajući „rotirajuće magnetno polje“.

Ključna radnja: Brzina rotirajućeg magnetnog polja usklađena je sa brzinom turbine (npr. 3000 o/min odgovara naizmeničnoj struji od 50 Hz), ovaj korak je „dostavljanje mehaničke energije generatoru“, a istovremeno je i „izvor energije za magnetno polje koje seče provodnike“.

Turbina pokreće rotor generatora sa 3000 o/min, tako da rotirajuće magnetno polje neprekidno seče statorske namotaje.

Treći korak : Nastajanje indukovane elektromotorne sile

Princip: Rotirajuće magnetno polje redom seče 'trofazne simetrične namote' na statoru (tri faze A-X, B-Y, C-Z, prostorno razdvojene električnim uglom od 120°). Prema zakonu elektromagnetne indukcije, provodnik koji seče silnice magnetnog polja generiše 'indukovani elektromotorni napon', slično 'vodenom pritisku u cevi'.

Ključne karakteristike: Indukovani elektromotorni napon je 'trofazni simetrični naizmenični strujni napon', pri čemu se intenzitet i smer periodično menjaju u skladu sa rotacijom magnetnog polja, što predstavlja 'prototip' električne energije.

Korak četiri : Proizvodnja električne energije

Princip: Krajnji priključci statorskog namota se izvode i povezuju sa strujnim kolo; indukovani napon pokreće protok naelektrisanja, čime se generiše "struja" — mehanička energija se na kraju pretvara u električnu energiju, čime se završava ceo proces konverzije energije.

Обезбеђење стабилности: Да би се добила употребљива и стабилна електрична енергија, неопходан је и „систем контроле и заштите“ (као што су регулатори напона и диференцијална заштита) како би се избегле колебања напона или кварови који могу оштетити опрему.

2. Кључне структуре: 'Четири основна компоненте' генератора Генератор може изгледати комплексно, али његова основна структура се састоји од четири дела, од којих сваки има одређену функцију:

Статор: „Непокретни део који производи електричну енергију“

Компоненте: три главна дела — језгро статора, намотај статора и постоље машине.

Језгро статора: Направљено од слојева „неоријентисаног хладно валованог силицијумског челика класе F“ (дебљине око 0,35 мм), има добру магнетну проводљивост и мале губитке;

Намотај статора: Плетен од више жица чисте бакарне жице и изолован „мика траком класе F“, делује као „жица“ која генерише индуковану електромоторну силу;

Baza mašine: Jednodelna čelična konstrukcija sa „elastičnim pozicionim rebrom“ u unutrašnjoj šupljini, koja može smanjiti harmonijsko vibriranje tokom rada (kako bi se izbeglo prenošenje vibracija sa jezgra na bazu).

Funkcija: Ostaje nepokretna, omogućavajući da rotirajuće magnetno polje rotora preseca namotaj, stvarajući na taj način električnu energiju.

Rotor: „Rotirajuće magnetno polje“

Sastav: Jezgro rotora (ili polovi), pobudni namotaj, klizni prsteni i rukavac rotora.

Rukavac rotora: Napravljen od čelika visoke čvrstoće, to je monolitni kovan deo koji može izdržati upravljanje momentom pare turbine, služeći kao „kičma“ rotora;

Pobudni namotaj: Namotan u žlebovima jezgra rotora, vodi jednosmernu struju i stvara glavno magnetno polje. Vazdušni kanali u žlebovima formiraju „put ventilacije“ (kako bi se sprečilo pregrejavanje namotaja);

Колектор: Повезује намотај возбужђења са системом спољашњег возбужђења и одговоран је за пренос једносмерне струје возбужђења (површина колектора мора бити глатка како би се избегао лош контакт). Храпав колектор лако може изазвати искрење.

Функција: Ротирајући са главним магнетним пољем, обезбеђује „снагу за пресецање магнетних линија силе“.

Завршна поклопац и лежај: „Повезивање и подршка“

Завршни поклопац: Учвршћен на оба краја машинског база, затвара унутрашњост генератора и спречава улазак прашине и влаге;

Лежај: Дели се на „радијални лежај“ и „силазни лежај“ – радијални лежај носи тежину ротора и смањује трење при ротацији; силазни лежај ограничава осно кретање ротора (спречавајући додир ротора и статора), а уље за подмазивање пролази кроз лежај формирајући „филм уља“ који смањује трошење.

Ваздушни хладњак: „Кључ за хлађење“

Uloga: Tokom rada generatora, jezgro i namotaji proizvode toplotu (npr. gubitak u bakru i gubitak u gvožđu). Vazdušni hladnjak odvodi toplotu kroz „cirkulaciju hladnog vazduha“, održavajući temperaturu statora na ≤130°C i temperaturu rotora na ≤120°C (dozvoljena temperatura za klasu F izolacije).

Detalji sa terena: Hladnjaci su obično postavljeni na oba kraja generatora (neki mogu biti i u sredini), pri čemu se temperatura vode na ulazu kontroliše na 30-35°C, a temperatura vode na izlazu ne sme premašiti 40°C kako bi se osigurala efikasnost hlađenja.

3. Ključne tačke za rad i održavanje:

1. Nadzor temperature: Izbegavajte oštećenja usled pregrejavanja

Нагласак инспекције:

Temperatura namotaja statora: Nadzire se pomoću ugrađenih senzora temperature, normalno ≤130°C, alarma ako pređe 140°C (za merenje površinske temperature jezgra može pomoći i infracrveni termometar);

Temperatura namotaja rotora: Nadzire se preko otpornika temperature pored kliznih prstenova, normalno ≤120°C;

Температура лежаја: радијални лежај ≤ 65℃, осни лежај ≤ 75℃, прегревање може довести до квара лежаја (једна термоелектрана је морала да заустави рад због температуре лежаја веће од 80℃).

2. Инспекција вибрација: Спречити трење између покретних и непокретних делова

3. Инспекција изолације: Избегавајте кварове услед цурења струје

Нагласак инспекције:

Излација статорског намотаја: Мерити изолацију према земљи једном месечно помоћу мерача отпора изолације од 2500V; вредност ≥1MΩ (на 25°C) се сматра исправном, док вредност испод 0,5MΩ захтева сушење;

Изолација клизних прстенова: Проверити да ли постоји оштећење изолационе цеви између клизног прстена и ротора како би се избегло цурење струје убацивања.

Радње у одржавању: Очистити прашину са површине статорског намотаја током паузе у раду, да би се спречило да масноћа и влага утичу на изолацију.

4. Надзор параметара: Обезбедити квалитет електричне енергије

Нагласак инспекције:

Napon: Napon na izlazu statora odstupa ≤ ±5% od nazivne vrednosti (na primer, za generator od 10,5 kV, napon treba da bude između 9,975~11,025 kV);

Struja: Ne sme premašiti nazivnu struju (na primer, za generator od 15 MW, nazivna struja je približno 866 A), kako bi se izbegla preopteretnost;

Jednosmerna struja/napon: Stabilna oko nazivne vrednosti, sa oscilacijama ≤ ±2% (abnormalna struja uzbude može dovesti do nestabilnih magnetnih polja, što utiče na napon).

5. Čišćenje i održavanje: Smanjenje rizika od kvarova

Нагласак инспекције:

Razmenjivač toplote: Očistite prašinu sa rebara za hlađenje svakog tromesečja (isključite komprimovanim vazduhom) kako biste sprečili zapušavanje koje može dovesti do smanjenja efikasnosti hlađenja;

Klizni prsten: Održavajte površinu glatkom, proverite habanje ugljenih četkica (zamenite ih kada dostignu propisanu dužinu) i osigurajte stabilnu transmisiju struje uzbude; ne zaboravite proveriti da li postoji labavljenje u držaču ugljenih četkica.◦

Unutar osnove mašine: Jednom godišnje tokom vremena bez rada, proverite da li je statorski magnetni kolo labavo i da li su kalemi deformisani, i očistite prašinu koja se nakupila unutar.