IV Синхронные машины

1. Назначение, устройство и принцип действия

Синхронные машины используются главным образом в качестве источников электрической энергии переменного тока; их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанциях. Конструкция синхронного генератора определяется в основном типом привода. В зависимости от этого различают турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель генераторы. Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, гидрогенераторы – гидротурбинами, дизель генераторы – двигателями внутреннего сгорания.

Синхронной машиной переменного тока называется такая машина, скорость которой находится в строгой зависимости от частоты. Ротор вращается с такой же скоростью, что и поле статора

Турбогенераторы изготовляются на синхронную скорость n=3000-1500 об/мин, мощностью 125; 320; 500; 800; 1000; 1200 МВт. Статор (якорь) синхронной машины аналогичен асинхронной машине. Он набирается из листов электротехнической стали (1). В пазах статора расположены три фазы, сдвинутые относительно друг друга на 120 электрических градусов (2), рис. 1. (3) индуктор явнополюсной машины, (4) обмотка возбуждения, (5) контактные кольца. Ротор (индуктор) в синхронном турбогенераторе выполняется неявнополюсным. На роторе расположена обмотка возбуждения (2), которая питается от источника постоянного тока. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки высококачественной стали (рис. 2(1)), и укрепляют немагнитными клиньями.

Рис 1.

Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят с помощью стальных массивных бандажей. Для получения приблизительно синусоидального распределения магнитной индукции обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2/3 полюсного деления, рис. 2.

Рис 2.

Диаметр ротора не должен превышать 1.0-1.5м длина ротора составляет 7-8 метров.

Охлаждение элементов турбогенератора осуществляется водородом, трансформаторным маслом, дистиллированной водой.

Гидрогенераторы. Эти машины приводятся во вращение тихоходными гидравлическими турбинами, частота вращения которых составляет 50-500 об/мин. Поэтому их выполняют с большим числом полюсов и явнополюсным ротором, рис 1. Диаметр ротора гидрогенератора достигает у мощных машин 16м при длине 1.75м (640 МВА) на ободе ротора крепятся полюса с обмоткой возбуждения. Полюса изготовляют из листовой стали.

Охлаждение элементов гидрогенератора чаще всего осуществляется водой.

Кроме синхронных генераторов имеются синхронные двигатели и синхронные компенсаторы.

Работа генератора при холостом ходе

При холостом ходе магнитный поток генератора создается обмоткой возбуждения, причем он направлен по оси полюсов ротора и индуктирует в фазах обмотки якоря ЭДС сдвинутую по фазам на 120 эл. градусов. Е₀=4.44W₁Ф_вК₀f₀. Величину Е₀ можно регулировать изменяя ток возбуждения. В синхронных машинах основные параметры выражаются в относительных единицах Е₀^*=Е₀/U_ном, i_В^*= i_В/i_В0, где i_В0 – ток возбуждения соответствующий номинальному напряжению при холостом ходе. Характеристика холостого хода в относительных единицах называется стандартной (рис 3). Так как г енератор является источником напряжения, то к нему предъявляются требования относительно синусоидальности полученной ЭДС. Величена искажения ЭДС, должна быть не более 5% для машин средней и большой мощности и не более 10% для машин до 1000 КВА. Коэффициент искажения ЭДС

Кривая ЭДС определяется магнитным полем, поэтому при конструировании машин обращают внимание на то, чтобы соблюдалось синусоидальное распределение поля. В машинах с явными полюсами это достигается за счет скоса полюсных наконечников, а в машинах неявнополюсных достигается за счет строгого расположения пазов на полюсном делении.