Глава 1. Синхронные машины

1.1. Основные конструктивные типы синхронных генераторов и схемы их возбуждения

В зависимости от конструктивного исполнения индуктора раз­личают синхронные генераторы двух типов: с явно выраженными полюсами (рис.1.1.) и неяв­но выраженными полюсами (рис.1.2.). При этом явно выраженные полюса Син­хронных генераторов могут размещаться как на стато­ре, так и на роторе. У гене­раторов с неявно выражен­ными полюсами ротор, яв­ляющийся индуктором, имеет цилиндрическую фор­му с пазами на поверхности для укладки обмотки воз­буждения.

Рис. 1.1. Принципиальная конструктивная схема синхронного генератора

с явно выраженными полюсами (а), соединения обмоток по схеме

« звезда » (б) и « треугольник » (в).

Рис. 1.2. Принципиальная конструктивная схема синхронного генератора

с неявно выраженными полюсами.

То или иное конструк­тивное выполнение синхрон­ного генератора связано с его мощностью и скоростью вращения. У самолетных генераторов мощностью до 15 кВА индуктор, как правило, разме­щается на статоре, а якорная обмотка на роторе (рис.1.3.). Выбор такой схемы исполнения генератора объясняется в основ­ном тем, что у многополюсной машины при небольшом диаметре ротора окна между полюсными выступами невелики, и в них труд­нее разместить полюсные катушки с большим числом витков. Кроме того, машина небольшой мощности с полюсами на статоре имеет несколько меньший вес и габариты, так как корпус ее од­новременно является частью магнитопровода. Токосъемные ще­точные устройства в машинах малой мощности получаются не слишком громоздкими, и потери мощности на них невелики. При большой мощности (15…120 кВА) и скорости вращения до 8000 об/мин наиболее целесообразна конструкция с явно выра­женными полюсами на роторе (рис.1.4.). В этом случае на роторе достаточно иметь лишь два контактных кольца со щетками, рассчитанными на сравнительно небольшой ток возбуж­дения.

Рис. 1.3. Разрез синхронного генератора типа СГС-7,5Б:

1 – корпус; 2 – якорь; 3 – щит; 4 - воздухозаборный патрубок;

5 - гибкий валик; 6 - клеммная панель; 7 - токосъемные кольца.

При большой скорости вращения (12 000, 24 000 об/мин) бо­лее рациональна конструкция с неявно выраженными полюсами. Изготовление ротора с явно выраженными полюсами в этом слу­чае связано с большими трудностями, обусловливаемыми не толь­ко креплением полюсов, но также креплением и изоляцией кату­шек обмоток возбуждения.

Помимо классификации синхронных машин по конструктив­ным особенностям магнитной системы их классифицируют также по способу возбуждения. Возбуждение синхронных машин осу­ществляется с помощью электромагнитов или постоянных маг­нитов.

Синхронные машины с электромагнитным возбуждением под­разделяются на машины с независимым возбуждением и машины с самовозбуждением. В генераторах с независимым возбуждением обмотка возбуждения получает питание от бортовой сети посто­янного тока или от особого генератора постоянного тока—воз­будителя, укрепленного на одном валу с синхронным генератором (рис.1.5. а). Изменить ток возбуждения синхронного генератора можно изменением сопротивления реостата R_р.в. или изменением сопротивления реостата в цепи якоря возбудителя.

Рис.1.4. Разрез синхронного генератора типа СГС-15:

1 – контактные кольца; 2 – клеммная панель; 3 – фланец; 4, 13 – шарикоподшипники; 5 – пустотелый вал; 6 – ротор генератора; 7 – корпус; 8 – якорь генератора; 9 – якорь возбудителя; 10 – полюс возбудителя; 11 – защитная лента; 12 – воздухозаборный патрубок; 14 – коллектор.

В генераторах с самовозбуждением постоянный ток, необхо­димый для питания обмотки возбуждения синхронного генерато­ра, получают путем выпрямления переменного тока с помощью твердых выпрямителей (рис.1.5. б).

Достоинством синхронных генераторов с самовозбуждением является их простота, отсутствие коллекторного узла машины по­стоянного тока и меньший вес системы возбуждения по сравне­нию с машинными возбудителями. Недостатки этого способа воз­буждения связаны с непостоянством параметров выпрямителей при изменении температуры окружающей среды, сложностью их охлаждения и потерей самовозбуждения при трехфазном коротком замыкании.

а) б)

Рис. 1.5. Принципиальная схема:

а – возбуждения синхронного генератора от возбудителя (В);

б – самовозбуждения трехфазного синхронного генератора.

Рис. 1.6. Принципиальная схема бесконтактного синхронного генератора с самовозбуждением

Рис. 1.7. Разрез бесконтактного синхронного генератора типа ГТ40ПЧ8

1 – гибкий вал; 2 – пружина демпфирующая муфта; 4 – щит; 5 – полный вал ротора; 6, 7 – втулки; 8 – маслопровод; 9 – пресс – масленка; 10 – ротор генератора; 11 – индуктор; генератора; 12 – корпус; 13 – статор генератора; 14 – обмотка переменного тока генератора; 15 – якорь возбудителя; 16 – магнитопровод возбудителя; 17 – обмотка возбуждения возбудителя; 18 – втулка; 19 – фланец; 20 – крышка; 21 – стопорное кольцо; 22 – гайка; 23 – шарикоподшипник; 24 – отражатель; 25 – патрубок; 26 – коробка выводных концов якоря генератора; 27 – клемма генератора; 28 – поддержка блока выпрямителей; 29 – блок выпрямителей; 30 – штепсельный разъем; 31 – коробка дифференциальной токовой защиты; 32 – крышка коробки дифференциальной токовой защиты; 33 – датчик температуры; 34 – стяжная лента; 35 – обмотка возбуждения индуктора генератора; 36 – плунжер; 37 – поддержка; 38 – статор возбудителя; 39 – балансировочное кольцо; 40 – постоянный магнит; 41 – сборочная камера; 42 – шарикоподшипник; 43 – фланец; 44 – сборник(карман) ; 45 – шланец; 46 – гайка.

Оригинально выполнена система возбуждения (рис.1.6) у бесконтактного синхронного генератора типа ГТ40ПЧ8 (рис.1.7), получившего в последнее время применение в авиационной технике. В качестве возбудителя здесь применен генератор переменного тока с неподвижной обмоткой возбуждения и вращающимся якорем, закрепленным на валу главного генератора. Переменный ток возбудителя выпрямляется с помощью кремниевых выпрями­телей. Обмотка возбуждения возбудителя питается выпрямлен­ным напряжением от подвозбудителя, представляющего собой электрическую машину переменного тока с возбуждением от по­стоянных магнитов, используемую одновременно для питания це­пей защиты и регулирования частоты.