2.2. Устройство и принцип действия синхронного генератора

Простейший синхронный генератор можно получить, если об­мотку якоря машины постоянного тока вывести не на коллектор, а на контактные кольца, как это показано на рис. 58,а.

У такой машины на станине 1 укреплены два полюса 2, на которых размещена обмотка возбуждения 3. В цепь этой обмотки от постороннего источника Е подается постоянный ток. Вы­воды трех симметрично расположенных по окружности якоря точек обмотки подсоединены к кольцам 4, укрепленным на валу генератора. Обмотка якоря коммутируется с сетью с помощью щеток, наложенных на кольца. Машины такого типа применяются только при малых мощностях.

Для производства электроэнергии в основном же используются син­хронные генераторы с неподвижным якорем — статором и вра­щающейся системой возбуждения — ротором, показанные на рис. 58,б. Такое исполнение генератора исключает применение скользящих контактов в силовой цепи, что важно для машин больших мощностей.

В зависимости от конструкции ротора синхронные машины делятся на два типа: явнополюсные и неявнополюсные. На рис. 58, б показано устройство явнополюсного синхронного гене­ратора, основная обмотка которого укладывается в пазах на внут­ренней поверхности статора. Полюса с обмоткой возбуждения ук­репляются на роторе, концы ее присоединяются к двум контакт­ным кольцам. Питание от источника постоянного тока подводится при помощи щеток. Устройство неявнополюсного синхронного ге­нератора (рис. 58, в) отличается тем, что его обмотка возбужде­ния укреплена не на выступающих полюсах ротора, а в пазах цилиндрического ротора.

Неявнополюсные генераторы используются в быстроходных машинах, где требуется значительная механическая прочность ро­тора. В связи с тем, что быстроходные машины выполняются с па­ровыми или газовыми турбинами, неявнополюсные генераторы называются иногда турбогенераторами.

Явнополюсные синхрон­ные генераторы применяются в более тихоходных установках, в частности при использовании в качестве первичного двигателя дизелей и гидротурбин.

Статор синхронной машины состоит из станины, сердечника и обмотки, укладываемой в пазы сердечника. Станина, в которой укрепляется сердечник статора, является одновременно корпусом машины. Она отливается из стали, а при значительных мощностях выполняется в виде сварной конструкции. Для удобства сборки и транспортировки станину делают разъемной.

Сердечник статора, по которому замыкается магнитный поток полюсов, для уменьшения потерь от вихревых токов собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5—1,0 мм. Листы выполняются в виде диска или сегментов, в которых выштампо-ваны пазы и отверстия для крепления и вентиляции.

Каждый лист сердечника изолируется с одной стороны бума­гой или лаком. Листы собираются в отдельные пакеты, между которыми оставляют вентиляционные каналы для радиальной вен­тиляции. В случае применения осевой вентиляции каналы выштамповываются непосредственно в листах сердечника. При диаметре статора свыше 1 м сердечник набирается из сегментов. В пазах сердечника статора укладывается обмотка переменного тока в виде секций, состоящих из медных изолированных проводников прямоугольного или круглого сечения. В пазах дополнительно пре­дусматривается изоляция. Для усиления последней и уменьшения гигроскопичности обмотку пропитывают изоляционными соста­вами и лаками.

Принцип действия однофазного генератора переменного тока был рассмотрен выше (см. рис. 9, а).

Частота переменного тока зависит от частоты вращения ро­тора п и числа пар полюсов р :

n=60f/p.

Известно, что трехфазным током является система трех одно­фазных, сдвинутых по фазе на 120°. Для изготовления трехфаз­ного генератора переменного тока требуется под каждой парой полюсов разместить не один, а три витка, симметрично располо­женных по окружности на 1/3 двойного полюсного шага.

Так же, как у генераторов постоянного тока, свойства синхрон­ного генератора определяются по его характеристикам: холостого хода, короткого замыкания, внешней и регулировочной.

Внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора показывают, что для сохранения постоянного напряжения ток возбуждения необходимо регулировать автоматическими ре­гуляторами.