Московский государственный технический университет
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ
КАФЕДРА АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ
И ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ
ЛЕКЦИЯ № 3
по дисциплине
Электрические машины
для студентов специальности 160903
ТЕМА № 7
Cинхронные электрические машины
Иркутск, 2007 г.
Иркутский филиал МГТУ ГА
Кафедра Авиационных электросистем и пилотажно-
навигационных комплексов
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой АЭС и ПНК
к.т.н., доцент Мишин С.В.
«14» марта 2008 г.
Лекция № 10
По дисциплине: Электрические машины
Тема лекции: Синхронные электрические машины (2 часа)
СОДЕРЖАНИЕ
Принцип действия и элементы конструкции авиационных синхронных генераторов.
Реакция якоря синхронной машины.
Характеристики синхронного генератора.
ЛИТЕРАТУРА
Копылов Б.В. Электрические машины. М., 1988 г.
НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ТСО
Мультимедийная установка
Обсуждено на заседании кафедры
«14» марта 2008 г., протокол №8/07
1. Принцип ДЕЙСТВИЯ и элементы конструкции авиационных
синхронных генераторов
На рис.1. приведена принципиальная схема простейшего генератора переменного тока. Здесь NиS- неподвижные полюсы, соединенные внешним магнитопроводом, который на рисунке не показан. Эта часть машины создает магнитный поток и называетсяиндуктором. Для создания потока могут использоваться постоянные магниты или электромагниты.
В пространстве между полюсами вращается стальной цилиндр. На цилиндре расположен виток abсdиз проводникового материала. Концы витка присоединяются к кольцам1и4. Кольца наглухо насажены на вал цилиндра и, следовательно, вращаются вместе с ним. Эта часть машины называетсяякорем. На кольца наложены неподвижные щетки2и3, к которым присоединяется электрическая нагрузкаRн.
Полюсы создают постоянный магнитный поток, линии которого направлены от северного полюса к южному и радиально к поверхности цилиндра.
Так как машина работает в качестве генератора, то стальной цилиндр (ротор) приводится во вращение посторонним двигателем с числом оборотов (частотой)nв заданном направлении, например, против вращения часовой стрелки. При этом в активных сторонах виткаab и сdбудут индуцироваться электродвижущие силы ЭДС:
епр=BδlV,
где Bδ – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсами, в месте расположения проводника;
l – активная длина проводника в зоне действия магнитной индукции;
V – скорость движения проводника.
Воспользовавшись правилом правой руки (рис.2.), можно определить направление наведенных ЭДС, а, значит и тока, в проводниках ab и сdдля момента времени, показанного на рис.1. Это направление указано стрелками.
Рис.1. Простейший генератор Рис.2. Правило правой
переменного тока руки
Так как виток рассматриваемой машины состоит из двух проводников (abиcd), расположенных в диаметральной плоскости, то ЭДС витка:
ев=2BδlV
Во внешней цепи ток направлен от кольца 4через щетку2к щетке3и кольцу1. Условно считается, что при работе машины в качестве генератора щетка2, от которой ток отводится во внешнюю цепь, имеет положительный потенциал и обозначается знаком «плюс» (+), а щетка3, через которую ток обратно поступает в машину, имеет отрицательный потенциал и обозначается знаком «минус» (-).
При повороте ротора на 180° проводники abиcdпоменяются местами, вследствие чего изменится направление тока во внешней цепи. Таким образом, в контуре, состоящем из виткаabcdи внешней цепи, наводится переменная ЭДС и протекает переменный ток, изменяющие свое направление два раза за один оборот ротора.
Магнитная индукция в воздушном зазоре под полюсами распределяется по трапецеидальному закону, достигая максимального значения под полюсами и нулевого на геометрической нейтрали. Следовательно, и ЭДС в витке будет иметь такую же форму (рис.3.).
Рис.3. Кривая изменения магнитной индукции в воздушном зазоре.
В общем случае, когда машина имеет рпар полюсов и вращается с частотойnоборотов в минуту, ЭДС и ток в контуре изменяются с частотой:
f=pn/60.
Постоянные магниты (см. рис.1) применяются только в синхронных генераторах малой мощности. В большинстве же синхронных генераторов для получения возбуждающего магнитного поля применяют обмотку возбуждения, располагаемую на роторе. Эта обмотка подключается к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух колец, размещенных на валу и изолированных от вала и друг от друга, и двух неподвижных щеток (рис.4).
Рис.4. Электромагнитная схема синхронного генератора
На рис.5 представлена конструкция синхронного генератора с явновыраженными полюсами на роторе.
Рис. 5. Конструкция синхронного генератора
1, 7 - подшипники; 2, 6 – подшипниковые щиты; 3 - корпус; 4 – сердечник статора с обмоткой; 5 – сердечник ротора; 8 - вал; 9 – коробка выводов; 10 - лапы; 11 – контактные кольца