7.2. Конструкция синхронной машины

Конструкция синхронной машины схематически изображена на рис. 7.3.

Рис. 7.3

На рис. 7.3, а роль индуктора выполняет ротор с явно выраженными полюсами 3. Питание обмотки возбуждения 4 постоянным током осуществляется через контактные кольца. Трехфазная обмотка 2 уложена в пазы статора 1.

На рис. 7.3, б схематически изображена синхронная машина, у которой роль индуктора играет статор. На статоре укреплены явно выраженные полюса с обмотками возбуждения 4. Трехфазная обмотка 2 машины уложена в пазы ротора 1. Выводы обмотки соединены с тремя контактными кольцами, позволяющими с помощью щеток снимать электрическую энергию с вращающегося якоря.

Ток возбуждения синхронных машин гораздо меньше тока трехфазной обмотки, поэтому расположение трехфазной обмотки на вращающихся частях машины нежелательно. В большинстве синхронных машин обмотку возбуждения располагают на роторе.

Рис. 7.4

Роторы синхронных машин, с помощью которых создается магнитное поле, могут быть с явно выраженными полюсами 1 (рис. 7.4, б) и с неявно выраженными полюсами (рис. 7.4, а). В первом случае обмотка возбуждения наматывается на каркасы, которые монтируются на явно выраженные полюса. Во втором случае обмотка возбуждения 2 укладывается в форме отдельных секций в пазы ротора. Ротор в этом случае изготавливается в форме цилиндра с пазами по его образующей.

Общий вид синхронной машины с явно выраженными полюсами, расположенными на роторе, изображен на рис. 7.5.

Рис. 7.5

В корпусе 1 крепится магнитный сердечник статора 2. В его пазах уложена трехфазная обмотка 3. Ротор 4 с явно выраженными полюсами опирается на подшипники, вмонтированные в корпус 1.

На явно выраженных полюсах расположены катушки обмотки возбуждения 5. На корпусе машины крепится клеммная панель 6. На оси ротора расположены контактные кольца 7, по поверхности которых скользят щетки 8, обеспечивая электрическую связь обмотки возбуждения с внешней цепью постоянного тока. При отсутствии источника питания постоянного тока, на оси ротора синхронной машины располагается генератор постоянного тока 9, называемый возбудителем. Связь обмотки возбуждения синхронной машины со щетками возбудителя осуществляется через контактные кольца.

Рис. 7.6

У синхронных машин, предназначенных для работы в качестве двигателей, а иногда и у генераторов в башмаках полюсов делают пазы 1 (рис. 7.6), в которые размещают стержни дополнительной обмотки типа «беличьего колеса» 2 (см. рис. 7.6). Стержни обмотки соединены контактными кольцами 3. Данная обмотка используется в качестве пусковой у синхронных двигателей или демпферной у синхронных генераторов.

7.3. Режим холостого хода генератора

Электродвижущая сила обмотки статора синхронных машин наводится магнитным полем, создаваемым ротором или индуктором. Процесс наведения ЭДС сходен с аналогичным процессом асинхронных машин, поэтому уравнение, позволяющее вычислить ЭДС синхронных машин, такое же, как и для определения ЭДС статора асинхронных машин, т. е.

,

где  – магнитный поток машины,

k – коэффициент обмотки,

N – количество витков фазной обмотки,

f – частота сети.

В случае синхронных машин невозможно ограничиться одним уравнением для определения электродвижущей силы статорной обмотки. Магнитные характеристики магнитопровода этих машин представляют особый интерес.

Рис. 7.7

ЭДС синхронной машины, работающей в режиме холостого хода, создается только главным магнитным потоком, пропорциональным току возбуждения. Поэтому кривая, выражающая зависимость ЭДС от тока возбуждения отличается от кривой зависимости магнитного потока от тока возбуждения только масштабом. Зависимость называют характеристикой холостого хода синхронного генератора или его магнитной характеристикой (рис. 7.7). Эту характеристику можно получить расчетным путем с использованием кривой намагничивания электротехнической стали, из которой изготовлен магнитопровод машины. По своему виду характеристика холостого хода напоминает кривую намагничивания стали, но отличается от нее меньшей кривизной, так как свое влияние оказывает магнитная характеристика воздушного зазора , которая представляется прямой линией.

Мгновенное значение электродвижущей силы синхронной машины во времени должно изменяться по синусоидальному закону. Для того чтобы получить такую зависимость, необходимо обеспечить распределение индукции в воздушном зазоре по синусоидальному закону.