1. Конструкция синхронных машин

Синхронные машины выпол­няют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой мощности для удобства отвода электрической энергии со статора или подвода ее выполняют с неподвижным якорем (рис. 6.2, а).Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3—2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. Синхронные машины не­большой мощности выполняют как с неподвижным, так и с вра­щающимся якорем. В обращенной синхронной машине с вращающимся якорем и неподвижным индуктором (рис. 6.2, б) нагрузка подключается к обмотке якоря посредством трех колец.

Рис. 6.2. Конструктивная схема синхронной машины с неподвижным и вращающимся якорем:

1 - якорь; 2 - обмотка якоря; 3 - полюсы индуктора; 4 - обмотка возбуждения; 5 - кольца и щетки

Рис. 6.3. Роторы синхронных неявнополюсной и явнополюсной машин:

1 — сердечник ротора; 2 — обмотка возбуждения

2. Магнитное поле при холостом ходе синхронного генератора. Характеристика холостого хода синхронного генератора

При холостом ходе магнитный поток генератора создается обмоткой возбуждения, причем он направлен по  оси  полюсов  ротора  и  индуцирует  в  фазах обмотки якоря ЭДС. Первая гармоническая Е₀ этой ЭДС определяется по той же формуле, что и первая гармоническая ЭДС для асинхронной машины:

Е₀ = 4,44f₁ w_a k_обa Ф_в

где w_a и k_обa — число витков в фазе и обмоточный коэффициент обмотки якоря; Ф_в — поток первой гармонической магнитного поля возбуждения.

Характеристика холостого хода синхронного генератора пред­ставляет собой график зависимости напряжения на выходе ге­нератора в режиме ХХ  U₁ = E₀ от тока возбуждения I_в0 при n₁ = const [5]. Схема включения СГ для снятия характеристики ХХ приведена на (рис. 3.1, а). Если характе­ристики ХХ различных СГ изобразить в относительных единицах Е_* = f(I_в*), то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой ХХ(рис. 3.1, б), которую используют при рас­четах синхронных машин

Е*	– 0,58	1,0	1,21	1,33	1,4	1,46	1,51;
Iв*	– 0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5.

 

Здесь Е_* = E₀/U_1ном – относительная эдс фазы обмотки статора; I_в* = I_в0/I_в0ном – относительный ток возбуждения; I_в0ном – ток возбуждения в режиме хх, соответствующий эдс ХХ E₀ = U_1ном.

Рис. 3.1. Опыт холостого хода синхронного генератора:  а – схема включения СГ; б – нормальная характеристика ХХ

3. Реакция якоря в синхронных машинах.

При нагрузке синхронного генератора по обмотке статора проходит ток, который создает свой магнитный поток. Последний, вступая во взаимодействие с потоком ротора, образует результирующий магнитный поток машины. Такое действие магнитного потока статора (здесь якоря) на поток полюсов ротора называется реакцией якоря. В дальнейшем изложении магнитным потоком рассеяния статора пренебрегаем.

Реакция якоря оказывает на работу синхронного генератора большое влияние. Рассмотрим три характерных случая: 1. Генератор нагружен на активную нагрузку. Ток I совпадает по фазе с э. д. с, индуктированной в обмотке статора. Разберем момент, когда обе стороны катушки одной фазной обмотки оказались над серединами полюсов (фиг. 250, а). В этот момент э. д. с. катушки имеет максимальное значение, а так как нагрузка генератора чисто активная, то и ток в катушке будет иметь максимальное значение. Направление магнитных линий вокруг проводников катушки статора определяется по правилу буравчика. Из чертежа видно, что поле статора размагничивает набегавший край полюсов и намагничивает сбегающий край полюсов. Этот случай носит название поперечной реакции якоря. 2. Генератор нагружен на чисто индуктивную нагрузку, при этом ток отстает от э. д. с. на 90° (фиг. 250, б). Максимум тока наступает в момент, когда полюсы проходят за соответствующие проводники расстояние, равное половине полюсного деления. Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен навстречу потоку полюсов вдоль их оси. Этот случай носит название продольно-размагничивающей реакции якоря. 3. Генератор нагружен на чисто емкостную нагрузку. При этом ток опережает э. д. с. на 90° (фиг. 250, в). Максимум тока наступает в момент, когда полюсы не дойдут до соответствующих проводников на расстояние, равное половине полюсного деления. Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен согласно с потоком полюсов вдоль их оси. Этот случай носит название продольно-намагничивающей реакции якоря. На фиг. 250 показаны моменты, когда токи в цепи обмотки одной фазы имеют максимальное значение. В любые другие моменты величины токов в обмотке фазы статора будут меньше, и реакция якоря обмотки одной фазы будет соответственно ослаблена. В действительности нагрузка имеет смешанный характер. Поэтому магнитный поток реакции якоря будет иметь как поперечную, так и продольную составляющие. Таким образом, реакция якоря синхронного генератора зависит от характера нагрузки, т. е. от сдвига фаз между индуктированной в статоре э. д. с. и его током.