تحقیق مقاله ژنراتور نیروگاه آبی

ژنراتور نیروگاه آبی

 ژنراتور مهمترین بخش نیروگاه آبی است که انرژی مکانیکی دورانی را تبدیل به انرژی الکتریکی می‎کند و از دو بخش اصلی روتور و استاتور تشکیل شده است.

ژنراتورهای نوع سنکرون عمودی شامل بخش‎های زیر می‎باشند:

-         قاب استاتور(Stator Frame)

-         هسته استاتور( Stator Core)

-         سیم‎پیچ استاتور(ُStator Winding)

-         روتور(Rotor)

-         حلقه مورق روتور(Rotor Rim)

-         قطبها(Poles)

-         یاتاقان‎های کف‎گرد(Thrust Bearing)

-         یاتاقان‎های هادی(Guide Bearing)

-         سیستم روانکاری هیدوراستاتیک(Hydrostatic lubrication system)

-         سیستم خنک‎کننده      Cooling system

-         واحد ترمز و بالابری (Braking and jacking unit)

استاتور فریم یا قاب استاتور(Stator Frame)

 قاب استاتور از اجزاء فولادی نورد شده ساخته شده است که هسته، سیم‎پیچ و اجزاء جانبی استاتور نظیرکولرهای هوایی-آبی را روی خود جای می‎دهد. قاب استاتور با ساختار خاص خود کل وزن روتور را از طریق براکت تراست تحمل می‎نماید. علاوه بر نیروهای ناشی از گشتار و وزن خود استاتور، قاب استاتور وزن کلیه اجراء گردان (ژنراتور و توربین)، وزن براکت تراست و بارهای ناشی از فشار هیدرولیکی را از طریق سل پلیت ها  یا حلقه‎های نگهدارنده به فونداسیون منتقل می‎نماید. دریچه‎های خروج هوا نیز در قاب استاتور تعبیه شده است.در شکل زیر می توانید نمای استاتور فریم یک ژنراتور آبی با توان ۸۱ مگاولت آمپر را مشاهده نمایید.

هسته استاتور (Stator Core) 

هسته استاتور مسیری با رلوکتانس مغناطیسی پایین جهت عبور شار مغناطیسی فراهم می سازد. قطر داخلی استاتور بوسیله گشتاور در حجم( Torque Per Volume) و اثر لختی GD² تعیین می شود.

هسته استاتور از دو قسمت تشکیل شده است :

1-       ( یوغYoke ) : قسمتی است که بین شیار و قطر خارجی قرار می گیرد.

2-        (Teeth دندانه ها) : قسمتهایی از هسته که بین شیارها قرار می گیرد.

قسمتهای انتهایی هسته ، جهت کاهش دمای ناشی از عبور شار مغناطیسی به روش خاصی تهیه می شوند و معمولا“ در این قسمتها فاصله هوایی بیشتر از مرکز هسته می باشد. شیارها در بدنه هسته استاتور پانچ می شوند و محل قرار گرفتن سیم پیچی استاتور می باشند.

ورقه های هسته از سیلیکن با تلفات پایین و مقاوم در برابر پیری ( Non-Aging ) و با ضخامت 5/0 میلیمتر تهیه می شوند. این ورقه ها از هر دو طرف با لایه های وارنیش عایق شده اند ( عایق کلاس F ). هسته بر روی Stator Frame نصب می شود و در ضمن هنگام ورقه چینی ، ورقه‌های لایه‌های مختلف بر روی یکدیگر همپوشانی دارند. برای محکم کردن ورقه ها ، از تعدادی Pressure Finger که بر روی Clamping Plate جوش می شوند و همچنین از تعدادی پیچ با مقطع دم‌چلچله‌ای (DoveTail ) استفاده می‌شود و ورقه ها به همدیگر پرس می شوند. در ماشینهای بزرگ از تعدادی Clamping Bolt که از هسته نیز عایق می باشند برای استحکام بیشتر استفاده می کنند.

هسته استاتور شامل صفحات دینامو کم تلفات است که ضخامت هر یک 5/0 میلیمتر می‎باشد. برای خنک کردن هسته ، تعدادی کانال درون هسته جاسازی شده است که جنس این کانالها از تعدادی میله های غیرمغناطیسی که بر روی ورقه های سیلیکون با ضخامت 65/0 میلیمتر جوش می شوند، تشکیل شده است. جریان هوا از درون این کانالها عبور کرده و هسته را خنک می کند.

شیارهایی در داخلی ورقه‎ها تعبیه شده‎اند تا امکان استقرار سیم‎پیچ‎های استاتور فراهم گردد. وقتی که سیم‎پیچ‎ها در شیارها قرار گرفتند توسط گوه‎هایی عایق به شکل دم چلچله در محل خود ثابت شده و محل شیار پر می‎گردد.

هسته استاتور از طریق Stator Frame ، نیروهای ناشی از وقوع خطا و یا انبساط حرارتی را به فونداسیون منتقل می کند.

در شکل زیر می توان Stator Frame ، هسته و پیچهای دم چلچله ای را مشاهده نمود.

سیم پیچ استاتور (ُStator Winding) روتور و روتور هاب

  منبع : سایت نیروگاه برق آبی

در شکل زیر ، نحوه گردش هوا را در تهویه مستقل( فن با یک موتور مستقل می چرخد) یک ژنراتور آبی نمایش می دهد.

سیم‌پیچ استاتور را با نامهای سیم‌پیچ آرمیچر یا سیم‌پیچ اندویی ( Induced Winding) نیز بیان می کنند. این سیم‌پیچ شامل یک مدار الکتریکی است که ولتاژ و جریان آن ( وقتی که به شبکه وصل می شود) ، توسط یک شار مغناطیسی متغیر حاصله از "جریان روتور و حرکت روتور" ، القا می شود.

نوع ، جانمایی و ابعاد این سیم‌پیچی توسط توان نامی ، ولتاژ ، تعداد قطبها(سرعت)، نیازمندیهای ناشی از حداکثر مجاز گرم شدن سیم‌پیچی، راکتانس، راندمان و هزینه کمتر تعیین می شود.

نواع سیم‌پیچ به صورت زیر می

باشند :

1-      کلاف ( چند دور)( Coil)

2-       Bar (تک دور)

سیم پیچ استاتور از هادیهای مستطیلی تشکیل شده که به منظور اعمال ولتاژ مورد نظر و انجام تستهای معین ، نسبت به هم عایق شده اند. سیم پیچ استاتور معمولا“ به صورت ستاره به هم متصل شده و دارای 3 ترمینال فاز و 3 ترمینال زمین می باشد. سیم پیچ استاتور از دو ماده گرانقیمت عایق و مس ساخته شده که برای ساختن آن نیازمند ساعتهای کاری زیادی هستیم.

جهت ساخت سیم پیچ ، عملیاتی انجام می شود که به آن VPI یا Vacuum Pressure Impregnation گویند و با توجه به اندازه ماشین این عملیات بصورت زیر انجام می شود:

1- VPI کلی برای ماشینهای با قدرت کم و متوسط با Coil    یا Bar (هسته و سیم پیج به همراه هم به کوره می روند .)

2-VPI گروهی برای ماشینهای با قدرت متوسط یا زیاد که بصورت Coil باشند ( در کوره های فولادی )

3- VPI  جداگانه برای ماشینهای با قدرت متوسط یا زیاد که بصورت Bar  باشند ( در کوره های مخصوص )

باید توجه کرد که Coil ها به صورت سیم پیچی حلقوی تولید می شوند که در قسمت Over-Hang ترانسپوزه شده اند ولی Bar ها به صورت سیم پیچی موجی برای ماشینهای Water Cooled و سیم پیچی حلقوی برای ماشینهای Air-Cooled با 360 درجه یا 540 درجه ترانسپوزیشن ساخته می‌شوند.

در شکل زیر می توان Bar  ها و Coil ها را برای یک ژنراتور نوعی دید.

Lap Bars

Wave Bars

Coils

عایقی که برای عایق بندی سیم پیچها استفاده می شود میکالاستیک(MicaLastic) می‌باشد. این عایق از سال 1957 تا کنون استفاده می‌شود و تا به حال هیچ خطایی که ناشی از پیری این عایق باشد گزارش نشده است .

میکالاستیک دارای کلاس عایقی F بوده و تا ولتاژ 27 کیلوولت و گرادیان ولتاژ 4/2 تا 8/2 KV/mm را می‌تواند تحمل کند. میکالاستیک شامل لایه های میکای غیر آلی ( میکای نرم) بعنوان ماده اصلی بوده که تحت عملیات حرارتی در اپوکسی رزین بعنوان ماده پوشاننده قرارمی گیرد .

Coil ها یا Bar های ترانسپوز شده به صورت پیوسته توسط لایه های میکا پوشانده شده و سپس با فرایند فشار در خلاء، در اپوکسی رزین غوطه ور می گردند.

پس از عملیات (VPI) ، سیم پیچها در یک کوره با درجه حرارت بالا خشک می شوند.  

پس از خشک کردن ، قسمتی از Bar که درون شیار قرار می گیرد را با یک هادی گرافیتی رنگ می کنند تا از کورونا مابین عایق و سطح شیار جلوگیری کنند.

برای کاهش گرادیان ولتاژ در قسمت خم Bar ، این قسمت با مواد نیمه هادی( tape یا رنگ ) پوشانده می شود. قبل از قرار دادن سیم پیچ در شیار یک ورقه هادی در شیار قرار می دهند تا فاصله های هوایی بین شیار و Bar را پر کند و به یک تماس الکتریکی خوب دست پیدا کنیم. برای چسبیدن Bar به ورقه هادی از یک چسب هادی ( Putty ) استفاده می شود.

باید توجه کرد که عایق هادیها در bar از جنس Fiber Glass می باشد در حالیکه عایق بین دورهای سیم پیچی در یک Coil از "میکا + Fiber Glass " استفاده می شود. عایق بین هادیهای Coil نیز به همین صورت می باشد.

در شکل زیر قسمتهای مختلف سیم پیچ را به همراه نحوه قرار دادن آن در شیار می توان دید