12. Устройство и принцип действия синхронных машин.

От асинхронной тем, что ток в обмотке ротора появляется не при вращении ее в магнитном поле статора, а подводится к ней от постороннего источника постоянного тока. Статор синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной, и на нем обычно расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора образует магнитную систему с тем же числом полюсов 2р, что и у статора. Она создает магнитный поток возбуждения и называется обмоткой возбуждения. Вращающаяся обмотка ротора соединяется с внешней цепью источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. Обмотка якоря (в большинстве случаев трех- или двухфазная) создает вращающееся поле, которое взаимодействует с полем полюсов, в результате чего возникает электромагнитная; сила, которая стремится ориентировать ротор таким образом, чтобы поля полюсов ротора и якоря были направлены согласно. Вследствие этого независимо от величины нагрузки поля, создаваемого якорной обмоткой неподвижного статора, и полюса ротора вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, т. в. синхронно. Отсюда и название машин - синхронные. Скорость вращения n ротора строго соответствует частоте сети f₁.

1. 1 - обмотка якоря; 2 - статор; 3 - полюсы; 4 - обмотка возбуждения; 5 - щетки; 6 - контактные кольца.

Число пар полюсов ротора p определяется скоростью вращения машины по известному выражению для скорости вращения магнитного поля. У тихоходных машин, например генераторов гидроэлектростанций, число пар полюсов может быть несколько десятков. У быстроходных, например, у генераторов тепловых электростанций, число пар полюсов обычно равно 1. Полюсы ротора могут конструктивно выполняться отдельно или формироваться обмоткой распределенной в пазах цилиндрического ротора. В первом случае ротор называется явнополюсным, во втором - неявнополюсным. Неявнополюсные роторы используются в быстроходных машинах потому, что их конструкция обладает большей прочностью и может противостоять значительным центробежным силам.

Сердечник статора вместе с обмоткой называется также якорем.

Ротор синхронной машины имеет обмотку» возбуждения, питаемую через два контактных кольца и щетки постоянным током от постороннего источника (рис. 4.4.).

В качестве источника чаще всего служит генератор постоянного тока относительно небольшой мощности (0,3-3,0% от мощности синхронной машины), который называется возбудителем и устанавливается обычно на одном валу с синхронной машиной.

П ринцип действия синхронных машин основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора. Схематически вращающееся магнитное поле статора можно изобразить полюсами магнитов вращающихся в пространстве со скоростью вращения магнитного поля статора . Поле ротора также можно изобразить в виде постоянного магнита, вращающегося синхронно с полем статора.

При отсутствии внешнего вращающего момента, приложенного к валу машины, оси полей статора и ротора совпадают (рис. 4.5, а). Силы притяжения F действуют на ротор вдоль оси полюсов и взаимно компенсируют друг друга. Угол между осями полей статора и ротора равен нулю.

Если на вал машины действует тормозной момент, то ротор смещается в сторону запаздывания на угол