23. Устройство и принцип действия синхронного генератора.

Устройство:

Статор синхронной машины (СМ) называется якорем. На статоре расположена трехфазная обмотка, равномерно распределенная по пазам (обмотка якоря). Число полюсов обмотки статора равно числу полюсов ротора.

Ротор СМ называется индуктором и имеет обмотку возбуждения (ОВ), питаемую постоянным током . Токоподвод осуществляется через два контактных кольца и щетки. Машины малой мощности могут иметь возбуждение от постоянных магнитов. По конструкции ротора различают явнополюсные и неявнополюсные СМ (рис.3.1).

В неявнополюсной конструкции примерно одна треть полюсного деления ротора свободна от пазов и представляет собой , так называемый, большой зуб. Такая конструкция обеспечивает высокую механическую прочность ротора и используется в двухполюсных машинах, имеющих высокую частоту вращения ротора (турбогенераторы и мощные синхронные двигатели - турбомоторы).

Принцип действия синхронного генератора:

На рис. 6.13 приведена схема включения синхронного генератора. Ротор генератора приводится во вращение от двигателя любого типа с частотой вращения  . В цепь трехфазной обмотки якоря ОЯ включена трехфазная нагрузка с параметрами фазы   . В цепь обмотки возбуждения включено регулировочное сопротивление   , при помощи которого регулируется ток  , и следовательно, ЭДС фазных обмоток  . Фазные обмотки имеют параметры  .

Рис. 6.13

Магнитная индукция вдоль внутренней поверхности статора распределена по синусоидальному закону:  . При равномерном вращении ротора  , а магнитная индукция  . ЭДС фазы статора будет также изменяться по синусоидальному закону:

Частота   ЭДС определяется числом пар полюсов ротора   и скоростью его вращения.

При увеличении числа пар полюсов пропорционально увеличивается частота:

Действующее значение ЭДС фазы определяется формулой, аналогичной для асинхронного двигателя и трансформатора:

где   — число витков обмотки фазы статора,   — обмоточный коэффициент. Очевидно, что  , если принять

Так как частота вращения ротора должна быть постоянной, то ЭДС фазы можно регулировать только изменением потока  , воздействуя на ток возбуждения.

Токи трехфазной статорной обмотки создают свое магнитное поле, которое вращается в ту же сторону, что и магнитное поле ротора. Вращение маг-нитных полей синхронно, что и послужило основанием для названия синхронных машин.

Взаимодействие магнитных полей ротора и статора создает электромагнитный момент  , препятствующий вращению ротора.

Поскольку магнитные поля ротора и статора действуют в одной магнитной цепи, то они влияют друг на друга. Влияние поля статора на поле ротора называют реакцией якоря.

МДС обмотки возбуждения создает основной поток возбуждения   , который индуктирует в каждой фазе обмотки якоря ЭДС   . Под действием тока якоря   на активном сопротивлении фазы возникает падение напряжения  . При работе синхронной машины как в генераторном так и в двигательном режимах, обмотка якоря создает поток рассеяния   , с которым связано появление ЭДС самоиндукции   . Ее можно заменить падением напряжения   где и   — индуктивное сопротивление и индуктивность, связанные с потоком рассеяния.

Явление реакции якоря можно учесть введением ЭДС   , где   , а   — индуктивность, связанная с полем реакции якоря. ЭДС  и   могут быть представлены одной суммарной эквивалентной ЭДС  Сопротивление   называют синхронным сопротивлением. При переменной нагрузке генератора  считают постоянным.