Синхронные машины, общие сведения

Генераторы переменного тока, работающие на электрических станциях, в большинстве случаев являются синхронными машинами. Эти машины применяются также в качестве двигателей. Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы и двигатели.

Синхронная машина в обычном исполнении состоит из неподвижной части — статора, в пазах которого помещается трехфазная обмотка, и вращающейся части — ротора — с электромагнитами, к обмотке которых подводится постоянный ток при помощи контактных колец и наложенных на них щеток (рис. 4-1).

Статор синхронной машины ничем не отличается от статора асинхронной машины. Ротор ее выполняется или явнополюсным (с выступающими полюсами, рис. 4-1), или не явно-полюсным (цилиндрический ротор, рис. 4-2).

В зависимости от рода первичного двигателя, которым приводится во вращение синхронный генератор, применяются названия: паротурбинный генератор или сокращенно турбогенератор (первичный двигатель — паровая турбина), гидротурбинный генератор или сокращенно гидрогенератор (первичный двигатель — гидравлическая турбина) и дизель-генератор (первичный двигатель — дизель).

Турбогенераторы — быстроходные неявнополюсные машины (рис. 4-2), выполняемые в настоящее время, как правило, с двумя полюсами. Турбогенератор вместе с паровой турбиной, с которой он механически соединяется называется турбоагрегатом.

Гидрогенераторы — в обычных случаях тихоходные явнополюсные машины (рис. 4-1), выполняемые с большим числом полюсов и с вертикальным валом.

Дизель-генераторы представляют собой в большинстве случаев машины с горизонтальным валом.

Синхронные машины небольшой мощности иногда выполняются с неподвижными электромагнитами, помещенными на статоре, и обмоткой переменного тока, заложенной в пазы ротора, изготовленного из листовой-электротехнической стали; в этом случае обмотка переменного тока соединяется с внешней цепью через контактные кольца и щетки.

Ту часть синхронной машины, в обмотке которой наводится э. д. с, принято называть якорем. Электромагниты (полюсы) вместе с замыкающим их ярмом образуют полюсную систему; ее иногда называют индуктором.

В синхронных машинах обычной конструкции статор служит якорем, ротор — полюсной системой.

Основные преимущества конструкции с вращающимися полюсами заключаются в том, что здесь возможно осуществить более надежную изоляцию обмотки неподвижного якоря, более просто, без скользящих контактов соединить ее с сетью переменного тока. Указанные преимущества особенно

Рис. 4-1. Явнополюсная синхронная машина (2р=8).

Рис. 4-2. Неявнополюсная синхронная машина (2p=2).

Асинхронный тахогенератор

Тахогенераторы применяют для преобразования механического вращения в электрический сигнал. На выходе тахогенератора возникает напряжение, пропорциональное частоте вращения вала какой-либо машины. Шкала прибора, включенного на выходе тахогенератора, градуируется непосредственно в оборотах в минуту (об/мин) или километрах в час (км/ч).

Асинхронный тахогенератор (рис. 277). На статоре в пазах уложены две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90°. Одна из обмоток В (возбуждения) постоянно включена в сеть переменного тока, другая обмотка Г

Рис. 277. Схема асинхронного тахогенератора

(Генераторная) присоединена к нагрузке (электроизмерительному прибору V), т. е. является выходной.

По обмотке возбуждения В проходит переменный ток, благодаря чему создается магнитный поток Ф_d, пульсирующий с частотой сети. Этот поток распределен в пространстве практически синусоидально, и ось его совпадает с осью обмотки возбуждения, называемой продольной осью. Полый ротор можно представить в виде совокупности ряда элементарных проводников. В каждом таком проводнике поток Ф_d индуцирует э. д. с. e_т, называемую трансформаторной. Так как активное сопротивление полого ротора во много раз больше индуктивного, то э. д. с. е_т и вызываемый ею в роторе ток i_т практически совпадают по фазе. Создаваемая током i_т м. д. с. действует по продольной оси машины против м. д. с. обмотки возбуждения, т. е. при неподвижном роторе в машине имеют место те же процессы, что и в трансформаторе с вторичной обмоткой (ротором), замкнутой накоротко.

При вращении ротора каким-либо посторонним механизмом в его элементарных проводниках, помимо трансформаторной э. д. с, индуцируется еще и э. д. с. вращения е_вр, пропорциональная частоте вращения ротора n и изменяющаяся во времени с частотой сети. При любой частоте вращения направ-

Рис. 279. Выходные характеристики асинхронного тахогенератора

ление этой э. д.с. в элементах ротора, расположенных по обе стороны от поперечной оси, будет противоположным. Если пренебречь индуктивным сопротивлением полого ротора, то направление тока i_вр в каждом элементе будет совпадать с направлением э. д. с. е_вр. При этом условии токи ротора iвр будут создавать пульсирующий поперечный магнитный поток Ф_q. Этот поток не сцеплен непосредственно с обмоткой возбуждения, но в выходной обмотке Г он индуцирует э. д. с. Е_г. Э. д. с. Е_г пропорциональна потоку Ф_q который, в свою очередь, пропорционален току i_вр и э. д. с. е_вр. Но так как последняя пропорциональна частоте вращения ротора n, то и э. д. с. Е_г в выходной обмотке, приблизительно равная напряжению U_вых, будет пропорциональна n.

Иными словами, выходная характеристика 2 (рис. 279) тахогенератора является линейной. В реальных условиях работы тахогенератора указанная характеристика несколько отклоняется от линейной зависимости 1, т. е. появляется амплитудная погрешность ?U. Очевидно, что частота изменения э. д. с. Е_г в выходной обмотке не зависит от частоты вращения ротора и при любых условиях равна частоте изменения э. д. с. е_вр в роторе, т. е. частоте сети, питающей обмотку возбуждения. Неизменность частоты выходного напряжения является ценным свойством асинхронного тахогенератора.