6.3. Синхронные электрические машины

Синхронные электрические машины используются в качестве генераторов и двигателей большой мощности. Синхронные генераторы устанавливаются на крупных электростанциях и используются в качестве автономных источников электроэнергии. Синхронные двигатели применяются для привода производственных механизмов большой мощности: насосных агрегатов, компрессоров, прокатных станов. Основной особенностью синхронных машин является то, что ротор вращается синхронно с магнитным полем статора. На рис. 6.3.1 – 6.3.3 показан общий вид синхронных машин разной мощности.

Рис. 6.3.1. Синхронный генератор

Рис. 6.3.2. Синхронный двигатель

Рис. 6.3.3. Синхронный двигатель большой мощности вертикального исполнения

6.3.1. Конструкция синхронной машины

Конструкция статора синхронной машины принципиально не отличается от статора асинхронного двигателя. Он представляет из себя стальной цилиндрический магнитопровод, собранный из отдельных листов электротехнической стали. На внутренней поверхности магнитопровода имеются продольные пазы, в которых располагается обмотка статора. Обмотка статора синхронной машины трехфазная, аналогично трехфазной обмотке асинхронного двигателя. Три фазы обмотки статора смещены по его окружности друг относительно друга на 1/3 часть периода.

Ротор синхронной машины может быть двух типов: явнополюсный (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсный (с неявновыраженными полюсами). В машинах с большой частотой вращения по соображениям механической прочности ротор делается неявнополюсным

Явнополюсный ротор синхронной машины (рис. 6.3.4) имеет магнитопровод 1, расположенный на валу машины. К магнитопроводу крепятся полюса с полюсными наконечниками 2. На полюсах располагается электрическая обмотка ротора 3, называемая обмоткой возбуждения. На рис. 6.3.4 показан двухполюсный ротор. Синхронная машина может иметь большее число полюсов. На рис. 6.3.5 показан явнополюсный ротор тихоходной синхронной машины большой мощности с числом полюсов, равным 16.

Рис. 6.3.4. Явнополюсный ротор синхронной машины

Рис. 6.3.5. Явнополюсный ротор гидрогенератора с числом полюсов 16

Обмотка возбуждения питается постоянным током и создает постоянное магнитное поле. Для соединения обмотки возбуждения с неподвижной электрической цепью служат два контактных кольца 4 (рис. 6.3.4), установленные на валу ротора. К каждому из колец подсоединен один из выводов обмотки возбуждения. К наружной поверхности контактных колец прижимаются неподвижные электрические щетки 5. При вращении ротора кольца своей поверхностью скользят по неподвижным щеткам, обеспечивая скользящий электрический контакт. Устройство и работа щеточного узла аналогичны асинхронному двигателю с фазным ротором. Различия лишь в количестве контактных колец и щеток. Фазная обмотка ротора асинхронного двигателя требует три контактных кольца, а обмотка возбуждения синхронной машины – два.

Неявнополюсный ротор синхронной машины (рис. 6.3.6) имеет цилиндрический магнитопровод 1 (сердечник) с продольными пазами на его поверхности. Обмотка возбуждения 3 распределена в пазах сердечника ротора таким образом, что при питании постоянным током она создает постоянное магнитное поле. Для соединения обмотки возбуждения с неподвижной электрической цепью также используются контактные кольца 4 и электрические щетки 5.

Рис. 6.3.6. Неявнополюсный ротор синхронной машины

Условное обозначение синхронной машины в схемах электрических цепей показано на рис. 6.3.7.

Рис. 6.3.7. Условное обозначение синхронной машины в схемах.

а – с явнополюсным ротором; б – с неявнополюсным ротором