Устройство и принцип действия

Общие сведения

Синхронные электрические машины

Механическая энергия превращается в электрическую почти исключительно синхронными генераторами (СГ). У синхронной электрической машины частота вращения ротора жестко связана с частотой вращения поля.

Синхронные генераторы, приводимые во вращение быстроходными паровыми турбинами – турбогенераторы. Частота вращения ротора таких машин, как правило, 1500, 3000 об/мин. Число пар полюсов р=1; 2.

Синхронные генераторы, которые вращаются тихоходными гидравлическими турбинами (используются на ГЭС) – гидрогенераторы. Т.к. гидротурбина не может быть быстроходной, то для получения напряжения стандартной частоты 50 Гц число пар полюсов должно быть большим. Частоты вращения роторов гидрогенераторов - от нескольких десятков до нескольких сотен (на ГЭС 93; 125 об/мин, при р=32; 24 соответственно).

Синхронные машины применяют и в качестве двигателей (для привода мощных насосов; в составе тягового электропривода транспортных средств).

Синхронные двигатели, работающие в холостую – синхронные компенсаторы - служат для улучшения cosφ сетей и КПД электростанций.

Синхронные машины имеют две основные части:

- статор с помещенной на нем обмоткой (обмоткой якоря);

- ротор с обмоткой возбуждения.

Конструкция статора синхронной машины аналогична конструкции статора асинхронной (обмотка статора - трехфазная обмотка).

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит, полюса которого могут быть:

- явно выражены – явнополюсный ротор, рис.8.1, а (гидрогенераторы);

- не явно выражены – неявнополюсный ротор, рис.8.1, б (турбогенераторы).

а) б)

Рис.8.1. а) явнополюсный ротор (1- полюсы, 2 – полюсные катушки, 3 – контактные кольца, 4 – сердечник), б) неявнополюсный (1- сердечник, 2 – пазы с обмоткой, 3 – контактные кольца)

Обмотка ротора (обмотка возбуждения) через контактные кольца подключается к внешнему источнику постоянного тока – возбудителю. В качестве возбудителя часто используется генератор постоянного тока малой мощности, установленный на валу ротора СГ.

В основе ротора синхронных машин могут быть использованы постоянные магниты, в этом случае отсутствуют контактные кольца и нет необходимости во внешнем источнике постоянного тока. Такое исполнение, как правило, имеет место в современных синхронных электродвигателях.

Для получения синусоидальной ЭДС в обмотке статора, необходимо чтобы магнитная индукция в воздушном зазоре, создаваемая магнитным полем тока ротора, распределялась синусоидально вдоль окружности ротора, что достигается особенностью конструкции ротора (для неявнополюсных роторов) или различной шириной воздушного зазора (в СГ с явнополюсными роторами).

Частота вращения магнитного поля статора:

n₁=60∙f₁/р [об/мин],

где p - число пар полюсов обмотки; f₁ – частота тока статора, Гц.

Дата добавления: 2014-01-06