2. Устройство и принцип действия синхронного генератора, его применение в промышленности, внешние характеристики.

Синхронный генератор- синхронная машина, работающая в генераторном режиме. Синхронный генератор используют обычно в качестве источников переменного тока постоянной частоты и устанавливают на электростанциях, в электрических установках, на транспорте и т. д. Применение синхронного генератора началось в 70-х гг. 19 в. в связи с изобретением свечи П. Н. Яблочкова. Наибольшее распространение имеют синхронные генераторы для получения тока промышленной частоты, роторы которых приводятся во вращение паровыми или водяными турбинами. Синхронный генератор строят также с приводом от газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, ветро- или электродвигателей. Обмотки ротора питаются постоянным током от отдельного генератора, размещаемого обычно на общем валу с синхронным генератором и приводимого совместно с ним во вращение, или от выпрямительного устройства. При вращении ротора его магнитное поле наводит в трёхфазной обмотке статора переменную ЭДС, частота которой f = р^. п, где р и n — соответственно число пар полюсов и частота вращения ротора. Быстроходные синхронные генераторы (турбогенераторы) имеют малое число пар полюсов (р = 1, 2), а в тихоходных (гидрогенераторах) р достигает нескольких десятков. Величина эдс регулируется изменением тока в обмотке ротора. В синхронном генераторе малой мощности иногда применяют конструкции, в которых обмотка переменного тока расположена на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре. Особый класс синхронных генераторов составляют синхронные генераторы с увеличенным числом пар полюсов — для получения тока повышенной частоты.

Принцип действия синхронного генератора

В генераторах обмотка состоит из большого числа проводов, которые, соединяясь между собой, образуют витки и катушки. Про­стейшим генератором может быть виток из провода / и 2, вращаю­щийся в магнитном поле (рис. 125). Магнитное поле возбуждается I током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N —S.

При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитные линии магнитного поля полюсов N — S, вследствие чего в витке будет индуктироваться ЭДС. Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энер­гии, потечет электрический ток под дей­ствием ЭДС созданной в витке. Полученная в таком простейшем гене­раторе ЭДС будет непрерывно изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. В момент изображенный на рис. 125, проводники 1 и 2 находятся под середи­нами полюсов и при вращении витка пересекают в единицу време­ни наибольшее число магнитных линий магнитного поля. Следова­тельно, в данный момент индуктируемая в витке ЭДС будет иметь наибольшее значение. В дальнейшем при повороте витка изменится число магнитных линий магнитного поля, пересекаемых в единицу времени провод­никами 1 и 2. В момент, соответствующий повороту витка на 90° в пространстве, проводники витка будут перемещаться в вертикаль­ном направлении, совпадающем с направлением магнитных линий магнитного поля. Следовательно, проводники 1 и 2 не пересекают магнитных линий и ЭДС в витке равна нулю. При повороте витка на угол, больший 90°, изменится направ­ление перемещения этих проводников в магнитном поле, а следо­вательно и направление ЭДС, индуктируемой в витке. Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равномерно, то ЭДС. будет меняться во времени синусоидально. За один оборот витка в пространстве ЭДС, индуктируемая в нем, претерпевает один период изменения. Если виток вращается при помощи какого-либо первичного двигателя с постоянным числом оборотов п в минуту, то в этом витке индуктируется переменная ЭДС с частотой ,где — число пар полюсов машины.