«Утверждаю»
Зав. кафедрой электротехники
«____» ____________200 г.
Лекция № 29
Тема: Индукторные и бесщеточные синхронные машины.
Цель: Изучить особенности конструкции, принципа действия, рабочих свойств и применение индукторных и бесщеточных синхронных машин
План: 1.Индукторные машины.
2. Бесщеточные синхронные генераторы.
3. Синхронные двигатели специального исполнения.
4. Приложение
Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.
«Корабельные электрические машины».
Часть 2. 1980., стр. 342 – 347.
Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры
Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.
Преподаватель: Просужих Р.П.
Лекция № 29. Индукторные и бесщеточные синхронные машины.
1.Индукторные и бесщеточные генераторы
Индукторные генераторы.
В промышленности и на АЭС находят применение синхронные машины особой конструкции. Одной из таких машин является индукторный генератор, который служит источником электроэнергии переменного тока высокой частоты (400– 30000 Гц) и может использоваться в системах возбуждения крупных турбогенераторов, в установках индукционного нагрева и т.п.
Принцип действия индукторных генераторов основан на использовании зубцовых пульсаций магнитного потока. При этом магнитный поток возбуждения, индуктирующий переменную ЭДС, не изменяет своего направления, а меняется по величине от Фmin до Фmax. и неподвижен в пространстве, то есть не вращается при наличии вращения ротора.
В первом приближении различают два типа индукторных генератора – одноименнополюсные и разноименнополюсные. В том и другом случае ротор генератора представляет собой зубчатый цилиндр либо набранный из листов электротехнической стали, либо массивный. Статор как обычно набирается из листов электротехнической стали и в его пазах размещают витки обмотки переменного тока. Шаг витков обычно равен единице, т.е. на каждом зубце статора расположена определенная катушка обмотки переменного тока, в которой и наводится ЭДС.
В одноименнополюсных генераторах предусмотрено по два пакета стали на статоре и на роторе, соединенных между собой сердечниками как показано на рисунке 1. Обмотка возбуждения в этом случае представляет собой сосредоточенную кольцевую катушку, которую размещают на статоре между пакетами стали. Она должна быть подключена к источнику постоянного тока. Она создает магнитный поток, который замыкается по всему магнитопроводу создавая в пакетах ротора (и статора) полюсы всегда одной полярности.
Чтобы в обмотке возбуждения не индуцировалось ЭДС высокой частоты, необходимо обеспечить постоянство магнитного потока и соответственно магнитного сопротивления по всей длине магнитных силовых линий. Это достигается тем, что один пакет ротора смещен относительно другого пакета ротора на половину зубцового деления.
Катушка возбуждения
Корпус
Ротор
Пакет
статора
Рисунок 1. Конструктивная схема
однополюсного индуктивного генератора
В разноименнополюсных индукторных генераторах имеется по одному пакету на статоре и роторе. При этом обмотка возбуждения – это сосредоточенная обмотка, уложенная в большие пазы статора, а обмотка переменного тока – устроена также, как в одноименнополюсных генераторах, и укладывается в малые пазы статора.
З
убцовые
шаги статора и ротора выбираются так,
чтобы суммарное магнитное сопротивление
на пару полюсов возбуждения и соответственно
суммарный магнитный поток машины,
сцепленный с обмоткой возбуждения, не
изменялись бы по мере вращения ротора.
Это обеспечивает отсутствие ЭДС высокой
частоты в обмотке возбуждения.
Рисунок 2. Смещение пакетов левой и
правой части
индукторного генератора
В то же время по мере вращения ротора его зубцы меняют свою полярность при переходе от одной катушки возбуждения к другой. Изменение направления ЭДС обмотки переменного тока и ее синусоидальность обеспечиваются также как в одноименнополюсных машинах – т.е. пульсацией магнитного потока по отношению
к каждой катушке обмотки переменного тока и формой зубцов ротора. Применяется также и скос пазов.
Индукторная синхронная машина как и все электрические машины обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режимах генератора и электродвигателя.При этом можно получить очень малые значения частоты вращения в соответствии с формулой:
,
поскольку
р
= Z2.
Например, при f1 = 50 Гц: Z2 = 100.
об/мин.
Обмотка
якоря
Рисунок 3. Конструктивная схема
разнополюсного индукторного генератора
Корпус
Обмотка
возбуждения
Пакет
статора
Пакет
ротора
Обмотка возбуждения индукторного синхронного генератора может состоять из нескольких самостоятельных обмоток, которые получают питание из разных источников. Это необходимо для улучшения характеристик генератора.
Например, в индукторном генераторе ВГТ– 4500/500, применяемом в качестве возбудителя турбогенератора ТВВ– 320 – 2, основной ток возбуждения составляет 3000 А., а вспомогательные обмотки возбуждения имеют токи 160 А и 800 А. Естественно, что для выпрямления тока обмотки переменного тока индукторного генератора необходимо иметь полупроводниковые (кремниевые) выпрямители.
Индукторные машины не требуют применения щеточного контакта, т.е. являются бесщеточными.
Синхронные генераторы с постоянными магнитами.
Этот тип машин по принципу действия не отличается от обычных С.Г. но у них на роторе нет обмотки возбуждения. Вместо нее устанавливают постоянные магниты. Это упрощает конструкцию и обслуживание машины, повышает ее надежность. Однако они имеют относительно большую массу, практически не обеспечивают регулирование и стабилизацию напряжения на выходе.
Применяются такие генераторы в установках маломощных передвижных электростанций, в автомобилях, в качестве тахогенераторов, а также в качестве подвозбудителей с системах возбуждения мощных турбогенераторов. В частности, для возбудителя индукторного типа ВГТ–4500 – 500 применяется подвозбудитель ГПСМ – 30/400 с постоянными магнитами на роторе. Мощность подвозбудителя
37,5 кВ.А. Частота вращения 3000 об/мин, напряжение 220 – 230 В, частота 400 Гц. Переменный ток через выпрямители подается в вспомогательную обмотку возбуждения индукторного возбудителя или в С.Г. с самовозбуждением.
В отличие от обычных синхронных генераторов воздушный зазор в С.Г. с постоянными магнитами выбирают минимальным. Это определяется свойствами магнитотвердого материала ротора. Одним из способов уменьшения воздействия поля реакции якоря на поле постоянного магнита является применение полюсных наконечников из магнитомягкой стали.