5. Синхронные генераторы и синхронные компенсаторы

5.1 Назначение и основные элементы конструкции

Трехфазные синхронные генераторы являются основными элементами традиционных электрических станций. Они служат для преобразования механической энергии поступающей к ним от первичных двигателей в электрическую энергию. Первичными двигателями могут быть паровые или газовые турбины и гидротурбины.

Конструктивно синхронный генератор состоит из статора (иногда называемого якорем) и ротора (иногда называемого индуктором). Статор является неподвижной частью конструкции, основу его составляет, шихтованный из листов электротехнической стали, сердечник. В сердечнике имеются пазы, в которые укладывается три фазных обмотки статора. Фазные обмотки расположены по периметру статора таким образом, что наведенные в них ЭДС соседних фаз смещены на 120 эл. градусов. Внутри статора расположен ротор, который вращается первичным двигателем. Между ротором и сердечником статора имеется зазор. Ротор представляет собой электромагнит, обмотка которого питается от источника постоянного тока. Эта обмотка называется обмоткой возбуждения. По конструкции роторы бывают двух типов: явнополюсные (магнитные полюса ротора явно выступают над телом ротора) и неявнополюсные (магнитные полюса ротора не выступают над телом ротора) (рис.5.1)

Явнополюсный ротор имеет две оси магнитной симметрии: ось полюса, называемую продольной осью (ось d), и ось, проходящую посредине межполюсного пространства, - так называемую поперечную ось (ось q). Магнитное сопротивление ротора по оси d меньше чем оси q.

Неявнополюсный ротор также имеет две оси магнитной симметрии – продольную d и поперечную q, однако в отличие от явнополюсного ротора здесь магнитное сопротивление, обусловленное зазором, по осям d и q практически одинаковое.

Рис.5.1. Схематический поперечный разрез явнополюсного и неявнополюсного роторов: 1-кромка сердечника статора; 2-зазор; 3-обмотка возбуждения (показана частично); 4-вал; 5-крепление полюса

Обмотка возбуждения в явнополюсном роторе сосредоточена на выступающих полюсах, а в неявнополюсном роторе распределена по части окружности ротора. На рис.5.2 и 5.3 приведены примеры конструктивного исполнения неявнополюсного и явнополюсного роторов.

Рис. 5.2 Явнополюсный ротор: 1-остов ротора; 2-обод ротора; 3- контактные кольца; 4-вал; 5- катушка обмотки возбуждения; 6- сегмент демпферной обмотки; 7-стержень демпферной обмотки; 8- пакет сердечника полюса; 9- вентиляционный канал в полюсе	Рис. 5.3 Неявнополюсный ротор: 1-контактные кольца; 2- бандажное кольцо; 3- магнитопровод ротора; 4-немагнитный клин паза ротора; 5-центробежный вентилятор; 6-хоставик ротора

На рис. 5.4 схематично показано поперечное сечение явнополюсного синхронного генератора с четырьмя полюсами на роторе 2 чередующейся полярности N-S-N-S. Сосредоточенная обмотка возбуждения 4, размещенная на роторе, обтекается постоянным током, возбуждающим магнитное поле ротора. Пунктиром показаны пути циркуляции магнитного потока Ф. Ротор приводится во вращение источником механической энергии - турбиной, создающей механический вращающий момент. Частота вращения турбины может быть различной — в диапазоне от десятков до сотен и даже тысяч оборотов в минуту. Постоянный ток на вращающуюся обмотку возбуждения 4 подается через контактные кольца 5.

Рис. 5.4 Сечение принципиальной конструкции

явнополюсного генератора с двумя парами

полюсов: 1-статор; 2-полюсы ротора; 3-об-

мотки статора; 4-обмотка возбуждения; 5-

контактные кольца