40.Синхронный двигатель. Устройство, принцип действия, принципиальная электрическая схема.
Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора (якоря) и вращающегося ротора (индуктора). Статор в трехфазной машине идентичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит (рис. 13.1, а) из корпуса 1, сердечника 2 и трехфазной обмотки 3. Сердечник имеет форму пустотелого цилиндра и собран из отдельных, покрытых лаком пластин электротехнической стали. На внутренней цилиндрической поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые уложена трехфазная обмотка. Фазы A, B, C обмотки смещены друг относительно друга на электрический угол 1200. Ротор синхронной машины состоит из сердечника 4 и обмотки возбуждения 5 (рис. 13.1), в которую подается постоянный ток.
Рис. 13.1. Конструкция синхронной машины: а) машина в сборе; б) ротор
По конструкции ротор бывает неявнополюсным (рис. 13.1, а) и явнополюсным (рис. 13.1, б). Сердечник неявнополюсного ротора выполнен из монолитной стальной поковки в форме цилиндра 4. На части внешней поверхности цилиндра фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения 5. Явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, на которых размещают отдельные катушки обмотки возбуждения. Обычно ротор этого типа содержит четыре и более полюсов, причем катушки на полюсах соединяют так, что северные и южные полюсы чередуются. Неявнополюсная конструкция ротора обладает большей механической прочностью и по этой причине используется в быстроходных машинах, работающих на частотах 3000, 1500 и 1000 об/мин. При меньших частотах вращения применяются явнополюсные роторы, число витков которых тем больше, чем ниже частота вращения. При любом типе ротора трехфазная обмотка статора (якоря) выполняется так, что создаваемое ею магнитное поле имеет такое же число полюсов, как и ротор.
Обмотка ротора, называемая обмоткой возбуждения, подключена к двум смонтированным на валу и изолированным от вала контактным кольцам. К кольцам примыкают подпружиненные щетки, через которые от генератора постоянного напряжения (возбудителя) в обмотку возбуждения подается постоянный ток возбуждения Iв.
Электрическая схема синхронной машины показана на рис. 13.2, а, где 1 – трехфазная обмотка якоря (статора); 2 – обмотка возбуждения; 3 – контактные кольца; 4 – щетки; 5 – вал ротора; 6 – генератор постоянного напряжения.
Рис. 13.2.
Синхронная машина: а) электрическая
схема; б) схема машины с «бищеточным»
возбуждением
В качестве источника постоянного напряжения может использоваться питаемый от трехфазной сети выпрямитель. В настоящее время эксплуатируются также синхронные машины с так называемым «бищеточным» возбуждением. При этом в качестве возбудителя используется маломощный генератор: поток возбуждения создается неподвижными постоянными магнитами 1 (рис. 13.2, б), трехфазная обмотка 2 возбудителя расположена на роторе. При вращении вала машины во вращающейся вместе с ним обмотке 2 генерируется трехфазная ЭДС, которая подводится к смонтированному непосредственно на валу выпрямителю 3, питающему обмотку возбуждения 4 основной синхронной машины. Отсутствие скользящего контакта щетки–кольца повышает надежность системы возбуждения. Мощность системы возбуждения составляет 1–3% от мощности якоря.
Синхронная машина, как и машины других типов, имеет два порта: механический (вал ротора) и электрический (зажимы A, B, C обмотки якоря). В режиме генератора машина преобразует механическую энергию, подводимую к механическому порту, в электрическую энергию электрического. В режиме двигателя наблюдается обратное преобразование энергии: электрическая энергия, подводимая из сети, преобразуется в механическую на валу машины.