Р а з д е л в т о р о й

МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ТРАНСФОРМАТОРЫ

Г Л А В А VI

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

§ 6.1. Общие сведения

Синхронной называется электрической машина переменного тока, скорость вращения которой и частота наводимой в ней э. д. с. связаны между собой отношением

, (6.1)

где — частота переменного тока, гц;

р — число пар полюсов в обмотке статора;

—скорость вращения поля статора, об/мин.

Синхронные машины обратимы, т. е. они могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.

Неподвижная часть машины называется статором, а вращающаяся — ротором.

Синхронные машины, чаще всего изготовляются с неподвижной рабочей обмоткой, располагаемой на статоре, и вращающейся обмоткой возбуждения, располагаемой на роторе. Такая конструкция обеспечивает большую надежность изоляции машины и упрощает соединение машины с внешней сетью. Обмотка возбуждения в данном случае соединяется с источником постоянного тока посредством двух контактных колец и щеток. Чаще всего таким источником является генератор постоянного тока, называемый возбудителем.

Генераторы малой мощности выполняются, как и машины постоянного тока, с неподвижными полюсами и вращающейся рабочей обмоткой. Последняя соединяется с сетью при помощи трех контактных колец (по числу фаз) и щеток.

Независимо от того, вращаются ли полюсы магнитной системы машины, а рабочая обмотка неподвижна или, наоборот, вращается рабочая обмотка, а полюсы неподвижны, магнитный поток полюсов и в том и в другом случаях пересекает проводники рабочей обмотки и по закону электромагнитной индукции наводит в них э. д. с. Частота наведенной в обмотке э. д. с. определяется выражением (6.1) и при данном числе пар полюсовр зависит исключительно от скорости вращения . При замкнутой цепи статора по его обмотке проходит переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля равна скорости вращения, ротора, т. е. .

Таким образом, оба магнитных поля (магнитное поле статора и поле ротора) вращаются с одинаковой скоростью, т. е. синхронно, образуя результирующее поле со скоростью вращения .

Число полюсов синхронной машины определяется требуемой частотой переменного тока и заданной скоростью вращения. В СССР стандартной является частота 50 гц. Поэтому число пар полюсов в синхронных машинах, рассчитанных на эту частоту,

.

На рис. 6.1,а представлена конструктивная схема синхронного генератора. Вращающаяся часть машины—ротор—имеет обмотку возбуждения, которая через контактные кольца и щетки подключена к источнику постоянного напряжения. На неподвижной части

генератора — статоре—располагается трехфазная обмотка. Посредством первичного двигателя ротор генератора приводится во вращение со скоростью . При этом в каждой фазной обмотке статора наводится э. д. с. (рис. 6.1, 6). Но так как фазные обмотки статора сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 120°, то э. д. с. , и , наведенные в них вращающимся полем ротора, сдвинуты по фазе относительно друг друга также на 120° и образуют трехфазную систему э. д. с. (рис. 6.1, 6).

Обмотки трех фаз обычно соединяют в звезду. При этом фазное напряжение в ]/3 раза меньше линейного напряжения сети, что важно в отношении большей надежности изоляции обмоток.

На современных электрических станциях в качестве первичных двигателей в основном используются паровые и гидравлические турбины. Скорость гидравлических турбин невелика и не превышает 500 об/мин. Поэтому генераторы для гидроэлектростанций делаются многополюсными.

Так, например, скорость вращения гидрогенераторов Волжской ГЭС им. В. И. Ленина мощностью 105. тыс. квт каждый составляет 68,2 об/мин, следовательно, генераторы имеют

пары полюсов, т. е. 88 полюсов.

В противоположность гидротурбинам паровые турбины выполняются на большую скорость вращения, поэтому их генераторы имеют малое число полюсов, например при 3000 об/мин — всего одну пару полюсов.

На судовых электростанциях в качестве первичных двигателей используются двигатели внутреннего сгорания — дизели и паровые турбины. Дизель-генераторы обеспечивают скорость вращения от 500 до 1500 об/мин.

Многополюсные синхронные машины (2р>2) выполняются с явно выраженными полюсами. Каждый полюс такой машины имеет сердечник с полюсным наконечником и катушку возбуждения. Однако при скорости вращения порядка 3000 об/мин применёние явно-выраженных полюсов невозможно из-за больших центробежных сил, действующих на выступающие полюса.

Роторы таких машин делают с неявно выраженными полюсами. Такой ротор представляет собой цилиндр, на поверхности которого в пазах расположена обмотка возбуждения.

Освоение гидроэнергетических ресурсов рек вызвало создание гидрогенераторов большой мощности (200—300 тыс. квт и более) с высокими технико-экономическими показателями. Объясняется это тем, что с увеличением мощности и скорости вращения агрегатов сокращается удельный расход стали, меди, изоляционных и других материалов. Так, удельный расход материалов для гидрогенератора Братской ГЭС мощностью 200 тыс. квт при скорости вращения 125 об/мин почти вдвое меньше, чем для гидрогенератора Волжской ГЭС им. В. И. Ленина мощностью 105 тыс. квт и скоростью вращения 68,2 об/мин.