Turbogenerátor je synchronní generátor připojený k parní nebo plynové turbíně . Pokud je generátor připojen k vodní turbíně , nazývá se hydrogenerátor . Kombinace parní nebo plynové turbíny a turbogenerátoru se nazývá turbosoustrojí , hydroturbína a hydrogenerátor - hydroelektrický agregát .
Hlavní funkcí je přeměna vnitřní energie pracovní tekutiny na elektrickou energii rotací parní nebo plynové turbíny . Otáčky rotoru jsou dány parametry použitého generátoru od desítek tisíc otáček za minutu (u synchronních generátorů s buzením z permanentních magnetů) až po 3000 1500 ot/min (u synchronních generátorů s buzením vinutí rotoru). Mechanická energie z turbíny se přeměňuje na elektrickou energii pomocí rotujícího magnetického pole rotoru ve statoru . Rotace rotorového pole, která je vytvářena buď permanentními magnety instalovanými na rotoru, nebo stejnosměrným napěťovým proudem protékajícím ve vinutí rotoru, vede ke vzniku třífázového střídavého napětí a proudu ve vinutí statoru. Napětí a proud na statoru jsou tím větší, čím silnější je pole rotoru, tzn. ve vinutí rotoru protéká více proudu. U synchronních generátorů s vnějším buzením vytváří napětí a proud ve vinutí rotoru tyristorový budicí systém nebo budič - malý generátor na hřídeli hlavního generátoru. V rámci turbogenerátorů se používají generátory, které mají rotor uložený na dvou kluzných ložiskách , ve zjednodušené podobě připomíná zvětšený autogenerátor. Vyrábí se 2-pólové (3000 ot/min), 4-pólové (1500 ot/min jako na JE Balakovo ) a vícepólové stroje v závislosti na místě provozu a technologických požadavcích. K chlazení takových generátorů se používají následující způsoby chlazení vinutí: kapalina skrz plášť statoru; kapalina s přímým chlazením vinutí; vzduch; vodík (častěji používaný v jaderných elektrárnách).
Jeden ze zakladatelů ABB , Charles Brown , postavil první turbogenerátor v roce 1901 [1] . Jednalo se o 6pólový generátor 100 kVA [2] .
Nástup výkonných parních turbín ve druhé polovině 19. století vedl k potřebě rychloběžných turbogenerátorů. První generace těchto strojů měla stacionární magnetický systém a rotační vinutí. Tato konstrukce má ale řadu omezení, jedním z nich je nízký výkon. Navíc rotor generátoru s vyčnívajícími póly není schopen odolat velkým odstředivým silám.
Hlavním přínosem Charlese Browna k vytvoření turbogenerátoru byl vynález rotoru, u kterého jeho vinutí (budící vinutí) zapadá do drážek, které jsou získány v důsledku opracování výkovku. Druhým příspěvkem Charlese Browna k turbogenerátoru byl v roce 1898 vývoj vrstveného válcového rotoru. A nakonec v roce 1901 postavil první turbogenerátor. Tato konstrukce se používá při výrobě turbogenerátorů dodnes.
V závislosti na chladicím systému se turbogenerátory dělí na několik typů: vzduchem chlazené, olejem chlazené, vodíkem chlazené a vodou chlazené. Existují i kombinované typy, například generátory chlazené vodíkem a vodou.
Existují i speciální turbogenerátory, např. lokomotivní, které slouží k napájení osvětlovacích obvodů a lokomotivní radiostanice . V letectví slouží turbogenerátory jako doplňkové palubní zdroje elektrické energie. Například turbogenerátor TG-60 pracuje se stlačeným vzduchem odebraným z kompresoru leteckého motoru a zajišťuje pohon pro třífázový generátor střídavého proudu 208 voltů, 400 Hz, se jmenovitým výkonem 60 kV * A.
Rovněž byly vyvinuty vysoce výkonné turbogenerátory KGT-20 a KGT-1000 založené na supravodivosti [3] , [4] .
Generátor se skládá ze dvou klíčových součástí – statoru a rotoru. Ale každý z nich obsahuje velké množství systémů a prvků. Rotor je rotační součástí generátoru a je vystaven dynamickému mechanickému zatížení, stejně jako elektromagnetickému a tepelnému zatížení. Stator je stacionární součástí turbogenerátoru, ale je také vystaven značnému dynamickému zatížení - vibracím a torzním, dále elektromagnetickým, tepelným a vysokým napětím.
Počáteční (budící) stejnosměrný proud rotoru generátoru je do něj přiváděn z budiče generátoru. Obvykle je budič koaxiálně připojen elastickou spojkou k hřídeli generátoru a je pokračováním systému turbína-generátor-budič. U velkých elektráren je zajištěno i záložní buzení rotoru generátoru. Taková excitace pochází ze samostatného patogenu. Takové stejnosměrné budiče jsou poháněny svým třífázovým střídavým motorem a jsou zařazeny jako rezerva v okruhu několika turbínových zařízení najednou. Z budiče je stejnosměrný proud přiváděn do rotoru generátoru pomocí kluzného kontaktu přes kartáče a sběrací kroužky. Moderní turbogenerátory používají tyristorové systémy samobuzení.