Экзаменационный билет №18

1. Принцип действия синхронного генератора. Элементы конструкции.

4. Принцип действия и конструкция синхронного генератора.

Рис. 1.1. Функциональная схема синхронного генератора

На рис. 1.1 представлена функциональная схема синхронного генератора. На статоре 1 расположена трёхфазная обмотка, принципиально не отличающаяся от аналогичной обмотки асинхронной машины. На роторе расположен электромагнит с обмоткой возбуждения 2, получающей питание постоянным током, как правило, через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, расположенных на роторе, и двух неподвижных щёток. Приводным двигателем (ПД), в качестве которого используется турбина, двигатель внутреннего сгорания либо другой источник механической энергии, ротор генератора приводится во вращение с синхронной скоростью. При этом магнитное поле электромагнита ротора также вращается с синхронной скоростью и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС EA , EB и EC , которые будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно

друг друга на 1/3 периода (120 эл. град), образуют симметричную трёхфазную систему ЭДС.C подключением нагрузки к зажимам обмотки статора С1, С2 и С3 в фазах обмотки статора появляются токи IA, IB, IC , которые создают вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора. Таким образом, в синхронной машине магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно.

Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом синхронном генераторе

e = Bd × 2lw1v = 2pBd lw1D1n1,где Bd – магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл; l – активная длина одной пазовой стороны обмотки статора, т.е. длина сердечника статора, м; v =pD1n1 – линейная скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с; 1 D – внутренний диаметр сердечника статора, м.Формула ЭДС показывает, что при неизменной частоте вращения ротора n1 форма графика переменной ЭДС обмотки якоря (статора) определяется исключительно законом распределения магнитной индукции в зазоре между статором и полюсами ротора Bd . Если график магнитной индукции в зазоре представляет собой синусоиду Bd = Bmax sina , то ЭДС генератора также будет синусоидальной. В

синхронных машинах всегда стремятся получить распределение индукции в зазоре как можно ближе к синусоидальному.

Синхронная машина состоит из неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двигателей, т.е. состоят из корпуса, сердечника и обмотки.Конструктивное исполнение статора синхронной машины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины. Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Для удобства транспортировки и монтажа корпуса статоров крупногабаритных синхронных машин делают разъёмными. Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Роторы синхронных машин:

а – явнополюсный; б – неявнополюсный

Если приводным двигателем является гидравлическая турбина, то синхронный генератор называют гидрогенератором. Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60 –500 об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применяют ротор с большим числом полюсов. Роторы гидрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника 1, полюсного наконечника 2 и полюсной катушки 3 (рис. 1.5, а). Все полюсы ротора закреплены на ободе 4, являющемся также ярмом магнитной системы машины, в ко-

тором замыкаются потоки полюсов. Гидрогенераторы обычно изготавливают с вертикальным расположением вала. При таком расположении ротора синхронной машины на его подшипники действуют значительные осевые силы, создаваемые массой ротора генератора и колесом гидротурбины. Поэтому непременным элементом вертикальных гидрогенераторов является подпятник.