Գեներատորի հիմնական բաղադրիչները և ինչպես է այն աշխատում հիդրոէլեկտրակայանում
Հիդրոէլեկտրակայանը (ՀԷԿ) օգտագործում է ջրի պոտենցիալ և կինետիկ էներգիան՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Այս համակարգի ամենակարևոր բաղադրիչներից մեկը գեներատորն է՝ մի մեքենա, որը տուրբինի պտտման մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի՝ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքի միջոցով: Էներգիայի արդյունավետ փոխակերպումն ապահովելու համար հիդրոէլեկտրակայանը բաղկացած է մի քանի հիմնական բաղադրիչներից, որոնք աշխատում են ինտեգրված ձևով: Այս հոդվածը քննարկում է այս բաղադրիչները և բացատրում, թե ինչպես է գեներատորը աշխատում հիդրոէլեկտրակայանի համատեքստում:
Հիդրոէլեկտրակայանի համառոտ նկարագրություն
Մինչև գեներատորի մասին խորանալը, կարևոր է հասկանալ հիդրոէլեկտրակայանի էներգիայի հոսքը: Ջրամբարից կամ ամբարտակից ջուրը հոսում է ջրատար խողովակով դեպի տուրբին: Ջրի ճնշումը և հոսքի արագությունը ստիպում են տուրբինին պտտվել: Տուրբինի պտույտը փոխանցվում է գեներատորին անմիջապես միացված լիսեռին: Այնուհետև գեներատորը արտադրում է էլեկտրաէներգիա, որի լարումը տրանսֆորմատորի միջոցով մեծանում է և բաշխվում փոխանցման ցանցին:
Այս հոդվածի հիմնական ուշադրության կենտրոնում է մեխանիկական էներգիայի էլեկտրականից էներգիայի փոխակերպման փուլը, մասնավորապես՝ գեներատորում։
Գեներատորների հիմնական սկզբունքները. էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա
Գեներատորները գործում են Ֆարադեյի օրենքի հիման վրա, որը նշում է, որ հաղորդչի մեջ մագնիսական հոսքի փոփոխությունը առաջացնում է էլեկտրաշարժիչ ուժ (ԷՈՒՈւ): Գեներատորում մագնիսական հոսքի այս փոփոխությունը ստեղծվում է մագնիսական դաշտի և հաղորդչի կծիկների միջև հարաբերական շարժման միջոցով: Երբ ռոտորը պտտվում է, մագնիսական դաշտը պտտվում է ստատորի կծիկների նկատմամբ՝ կծիկների միջև ստեղծելով լարում: Այս լարումը այնուհետև առաջացնում է էլեկտրական հոսանք, երբ միացված է բեռին կամ ցանցային համակարգին:
Հիդրոէլեկտրակայաններում սովորաբար օգտագործվող գեներատորը եռաֆազ սինխրոն գեներատորն է, քանի որ այն հարմար է մեծ, կայուն հզորության և բարձր արդյունավետության համար։
Հիդրոէլեկտրակայանների գեներատորների հիմնական բաղադրիչները
1. Ստատոր (կայուն մաս)
Ստատորը գեներատորի չպտտվող մասն է։ Այստեղ է առաջանում գլխավոր ինդուկցված լարումը։ Ստատորը բաղկացած է.
– Ստատորի շրջանակ. մեխանիկական կառուցվածք, որը պահում է ներքին բաղադրիչները։
– Ստատորի միջուկ. կազմված է սիլիցիումային պողպատե շերտերից՝ պտտահոսանքի կորուստները նվազեցնելու համար: Շերտերը բարակ թերթեր են, որոնք դարսված են միմյանց վրա՝ պտտահոսանքի ընթացքը կտրելու համար:
– Ստատորի փաթույթ. հաղորդիչ մետաղալարից (սովորաբար պղնձից) պատրաստված կծիկ, որը տեղադրված է ստատորի միջուկի ճեղքերում: Այս կծիկը սովորաբար նախատեսված է եռաֆազ ելք ստանալու համար:
Ստատորը գործում է որպես էլեկտրական էներգիայի ելքի «տեղ», քանի որ ինդուկցված լարումը հայտնվում է դրա կծիկում։
2. Ռոտոր (պտտվող մաս)
Ռոտորը գեներատորի այն մասն է, որը պտտվում է տուրբինի լիսեռի հետ միասին: Սինխրոն հիդրոէլեկտրակայանում ռոտորն է ստեղծում հիմնական մագնիսական դաշտը: Կան ռոտորների երկու տարածված տեսակ՝
– Առաջ ցցված բևեռով ռոտոր. տարածված է հիդրոէլեկտրակայաններում, քանի որ հիդրոտուրբինները սովորաբար պտտվում են համեմատաբար ցածր արագությամբ: Այս տեսակի ռոտորն ունի դուրս ցցված մագնիսական բևեռներ, հարմար է բազմաթիվ բևեռների համար, որոնք թույլ են տալիս ստանալ ցանկալի հաճախականությունը ցածր արագությունների դեպքում:
– Գլանաձև ռոտոր (ոչ ելուստային). ավելի տարածված է բարձր արագության ջերմային գեներատորներում, բայց կարող է նաև օգտագործվել որոշակի պայմաններում։
Ռոտորը նաև հագեցած է դաշտային փաթույթով, որը սնուցվում է հաստատուն հոսանքով՝ մագնիսական դաշտ ստեղծելու համար։
3. Գրգռման համակարգ
Որպեսզի ռոտորը մագնիսական դաշտ ստեղծի, գեներատորին անհրաժեշտ է գրգռման համակարգ, որը ռոտորի կծիկներին մատակարարում է հաստատուն հոսանք: Գրգռման համակարգը կարևոր է, քանի որ այն որոշում է.
– գեներատորի ելքային լարման չափը,
– գեներատորի ռեակտիվ հզորություն (VAR) մատակարարելու կամ կլանելու ունակությունը,
– շահագործման կայունություն բեռի փոփոխության ժամանակ։
Հուզմունքի տարածված տեսակները.
– Առանց խոզանակի գրգռիչ. ավելի հուսալի, քիչ սպասարկում պահանջող, լայնորեն օգտագործվող ժամանակակից հիդրոէլեկտրակայաններում։
– Խոզանակով գրգռիչ (խոզանակ/սահող օղակ). ավելի պարզ է, բայց պահանջում է սպասարկում, քանի որ կոնտակտային բաղադրիչները շփվում են։
Բացի այդ, գրգռումը սովորաբար կառավարվում է AVR-ի (ավտոմատ լարման կարգավորիչ) կողմից՝ լարումը կայուն պահելու համար։
4. Լիսեռ և ճիրան
Լիսեռը տուրբինի և գեներատորի ռոտորի միջև մեխանիկական կապն է։ Մեծածավալ հիդրոէլեկտրակայաններում լիսեռը պետք է ունենա.
- բարձր ամրություն ոլորման նկատմամբ,
- թրթռման դիմադրություն,
– լավ հավասարեցման ճշգրտություն՝ չափազանց մաշվածությունից խուսափելու համար։
Կցորդիչը (եթե օգտագործվում է) օգնում է միացնել տուրբինը և գեներատորը և նվազեցնում է տատանումների կամ աննշան անհամապատասխանությունների ազդեցությունը։
5. Առանցքակալներ
Ռոտորի բարձր պտտման արագությունը պահանջում է կրող համակարգ՝ լիսեռի կայունությունը պահպանելու և շփումը նվազագույնի հասցնելու համար: Կան կրողներ երկու հիմնական տեսակի՝
– Ուղղորդող կրող. պահում է լիսեռի դիրքը ուղիղ և չի տեղաշարժվում կողքի։
– Հարձակման կրող. դիմադրում է տուրբինի վրա ջրի ուժի և ռոտորի քաշի պատճառով առաջացող առանցքային ուժին (հրումին):
Առանցքակալների յուղման (յուղի յուղում) և սառեցման համակարգերը սովորաբար ինտեգրված են՝ գերտաքացումը կանխելու համար։
6. Գեներատորի սառեցման համակարգ
Հիդրոէլեկտրական գեներատորները աշխատում են բարձր հզորությամբ՝ ջերմություն արտադրելով էլեկտրական և մեխանիկական կորուստներից: Կծիկի մեկուսացումը պահպանելու և բարձր արդյունավետությունը պահպանելու համար անհրաժեշտ է սառեցում, օրինակ՝
– օդային սառեցում ներքին օդափոխիչով,
– ջերմափոխանակիչում ջրային սառեցում,
– որոշակի սարքերի վրա կարող է օգտագործվել ավելի բարդ սառեցման համակարգ՝ կախված հզորությունից։
Լավ սառեցումը երկարացնում է ստատորի և ռոտորի մեկուսացման կյանքը։
7. Մեկուսացման և պաշտպանության համակարգ
Ստատորի և ռոտորի կծիկները պետք է ունենան ամուր մեկուսացման համակարգ, որը կարող է դիմակայել բարձր լարումներին, ջերմաստիճանին և խոնավությանը: Ավելին, գեներատորը հագեցած է վնասը կանխելու համար նախատեսված պաշտպանիչ միջոցներով, ինչպիսիք են՝
- կարճ միացման և գերհոսանքի պաշտպանություն,
– փաթույթների ջերմաստիճանի պաշտպանություն,
- թրթռման պաշտպանություն,
- հողային խափանումներից պաշտպանություն,
- գրգռման պաշտպանության կորուստ:
Այս համակարգերը սովորաբար միացված են կառավարման վահանակներին և SCADA համակարգերին։
8. Ելքային միացումներ և բարձրացնող տրանսֆորմատոր (կապակցված բաժին)
Գեներատորի ելքային լարումը սովորաբար միջին լարման է (օրինակ՝ 6–20 կՎ, կախված նախագծից): Այնուհետև էլեկտրաէներգիան մատակարարվում է աստիճանական տրանսֆորմատորին՝ այն փոխանցման լարման հասցնելու համար (օրինակ՝ 70 կՎ, 150 կՎ, 275 կՎ կամ ավելի բարձր), որպեսզի նվազագույնի հասցվեն փոխանցման կորուստները:
Չնայած տրանսֆորմատորը գեներատորի ներքին բաղադրիչ չէ, այն հիդրոէլեկտրաէներգիայի բաշխման շղթայի կարևոր մասն է կազմում։
Ինչպես են աշխատում գեներատորները հիդրոէլեկտրակայաններում. Գործընթացների հաջորդականություն
1. Ճնշման տակ գտնվող ջուրը պտտեցնում է տուրբինը
Ջրի էներգիան վերածվում է մեխանիկական էներգիայի՝ տուրբինի լիսեռի պտույտի տեսքով։
2. Տուրբինի լիսեռը պտտեցնում է գեներատորի ռոտորը։
Ռոտորը, որն ունի մագնիսական դաշտ, պտտվում է որոշակի արագությամբ։ Այս արագությունը կարգավորվում է համակարգի հաճախականությանը համապատասխանեցնելու համար (Ինդոնեզիայում՝ 50 Հց)։
3. Ռոտորի մագնիսական դաշտը «կտրում» է ստատորի կծիկները
Ռոտորի պտտման ժամանակ մագնիսական հոսքը փոխվում է ստատորի կծիկների դիրքի նկատմամբ։ Այստեղ է, որ ստատորի փաթույթներում հայտնվում է ինդուկցված լարումը։
4. Ստատորի տերմինալներում հայտնվում է եռաֆազ լարում:
Քանի որ ստատորի կծիկը նախագծված է որպես եռաֆազ՝ 120 աստիճանի էլեկտրական շեղումով, գեներատորի ելքը կայուն եռաֆազ փոփոխական հոսանքի համակարգ է մեծ բեռների համար։
5. AVR-ը կարգավորում է գրգռումը՝ լարումը պահպանելու համար
Բեռի տատանումների հետ մեկտեղ, AVR-ը փոխում է ռոտորի գրգռման հոսանքը՝ ելքային լարումը համակարգի ստանդարտի սահմաններում պահելու համար։
6. Էլեկտրաէներգիան բաշխվում է տրանսֆորմատորին և ցանցին
Գեներատորի ելքային լիցքը մտնում է բարձրացման տրանսֆորմատոր, այնուհետև փոխանցման և բաշխման ցանցի միջոցով ուղարկվում է սպառողներին։
Penutup
Հիդրոէլեկտրակայանը հիմնական սարք է, որը տուրբինից եկող մեխանիկական էներգիան էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի միջոցով փոխակերպում է էլեկտրական էներգիայի: Դրա հիմնական բաղադրիչներն են՝ ստատորը, ռոտորը, գրգռման համակարգը, լիսեռը, կրողները, սառեցման, մեկուսացման և պաշտպանիչ սարքերը: Այս բոլոր բաղադրիչները միասին աշխատում են՝ ցանցին փոխանցելու համար կայուն, արդյունավետ և անվտանգ եռաֆազ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Հիդրոէլեկտրակայանի բաղադրիչները և աշխատանքը հասկանալով՝ կարող ենք տեսնել, որ հիդրոէլեկտրակայանի հաջող գործունեությունը կախված է ոչ միայն ջրի առկայությունից, այլև գեներատորի ներսում գտնվող բարդ էլեկտրամեխանիկական համակարգի հուսալիությունից:
