7.1.5. Особенности устройства бесщеточного

синхронного генератора

Контактные кольца и щеточные узлы генераторов, также как и коллекторы в машинах постоянного тока, являются «слабыми» элементами конструкции, так как требуют постоянного внимания, изнашиваются в процессе работы, подвержены дефектам и, кроме того загрязняют машину угольной пылью. В бесщеточных генераторах эти элементы отсутствуют за счет использования возбудителей, в качестве которых применяют обращенную машину переменного тока (рисунок 7.2).

В

Рисунок 7.2 – Основные элементы устройсва

Бесщеточного сг

отличие от генератора, у возбудителя обмотка переменного тока располагается на роторе, а обмотка возбуждения - на статоре. Для питания обмотки возбуждения генератора постоянным током на роторе смонтирован выпрямитель.

В качестве примера судового бесщёточного синхронного генератора на рисунке 7.3 приведен СГ фирмы Brushless alternator System, где он конструктивно объединён с возбудителем переменного тока и вращающимися выпрямителями в один агрегат.

В

Рисунок 7.3 - Конструктивная и электрическая схемы судового бесщеточного синхронного генератора Brushless altenator System

озбудитель (Exciter Rotor (3-Phase)) имеет трёхфазную обмотку, нетипично смонтированную на роторе и магнитные полюса (fixed poles) установленные отдельно от статора на станине (in the casing) машины. Катушки полюсов питаются постоянным током от автоматического регулятора напряжения (AVR). При вращении ротора в трёхфазной обмотке возбудителя наводится ЭДС, которая выпрямляется трёхфазным мостом (Rectifier), смонтированным на валу машины, подавая питание прямо на обмотку главных полюсов синхронного генератора (Alternator Rotor Poles). Как видно, в этой системе отсутствуют контактные кольца и щёточный аппарат.

7.2. Реакция якоря в синхронном генераторе

при симметричной нагрузке

7.2.1. Общее представление о реакции якоря

В режиме холостого хода СГ ротор его вращается, по обмотке возбуждения протекает постоянный ток, в фазных обмотках статора индуктируется переменная во времени ЭДС, но потребители к обмотке статора не подключены и поэтому ток статора равен нулю. Этот режим является обычно подготовительным к подключению нагрузки.

Обмотка возбуждения с током создает МДС и магнитное поле, которое в СГ называется основным. Величина основного магнитного потока Ф₀ определяется током возбуждения I_в и связан с ним типичной для магнитных цепей нелинейной зависимостью. Конструкция роторов СГ обеспечивает весьма близкое к синусоидальному распределение магнитной индукции основного поля по окружности воздушного зазора между сердечниками ротора и статора. При неизменной скорости вращения ротора в каждом проводнике обмотки статора индуктируется синусоидальная во времени ЭДС определенной частоты. Действующее значение этой ЭДС в фазе обмотки статора определяется формулой (7.5), которую можно представить в виде

(7.7)

где С_е – постоянный для СГ коэффициент, определяемый его конструкцией.

При подключении к трехфазному СГ симметричной нагрузки в обмотках всех фаз статора под действием индуктируемых в них ЭДС Е₀ протекают токи I, которые своей намагничивающей силой F_a создают поле статора Ф_а. Это поле вращается в ту же сторону и с той же скоростью, что и ротор со своим магнитным полем F₀. Таким образом, обе намагничивающие силы — ротора F₀ и статора F_a и создаваемые ими магнитные потоки Ф₀ и Ф_а неподвижны относительно друг друга и притягиваются друг к другу разноименными полюсами. С другой стороны, можно считать, что они образуют результирующую намагничивающую силу F_рез и результирующий магнитный поток Ф_рез.

Воздействие магнитного поля статора на магнитное поле ротора в СГ называют реакцией статора, или, чаще, реакцией якоря (РЯ).

Так как в установившемся режиме работы СГ поля статора и ротора взаимно неподвижны, то для оценки влияния РЯ на величину поля возбуждения выбирают такой момент, когда ток в одной из фаз достигает амплитудного значения I_т, так как в этот момент ось магнитного поля статора совпадает с осью этой фазы.

Явление реакции якоря в СГ сложнее, чем в генераторах постоянного тока, так как не только величина тока нагрузки СГ, но и характер нагрузки (cos φ) определяют результат проявления РЯ. Методика

количественной оценки роли РЯ различна для неявнополюсного и явнополюсного СГ.