§ 23.5. Синхронный генератор с когтеобразными полюсами и электромагнитным возбуждением

Такие синхронные генераторы широко применяются в авто­тракторном электрооборудовании. На выходе генератора включа­ют полупроводниковый выпрямитель (рис. 23.10, а,) поэтому ге­нератор выполняет функцию источника постоянного тока. Ротор генератора имеет конструкцию, аналогичную рис. 23.3, б, отлича­ясь наличием обмотки возбуждения вместо постоянного магнита.

Когтеобразная конструкция ротора позволяет возбудить многополюсный ротор посредством одной катушки возбуждения, подключаемой к источнику постоянного тока через контактные кольца и щетки. В таком роторе аксиально - направленный магнит­ный поток возбуждения меняет свое направление в воздушном зазоре и становится радиально направленным (рис. 23.10, б).

Рис.23.10. Принципиальная схема включения (а)

и магнитная система синхронного генератора (б) с когтеобразными полюсами

Рассматриваемый генератор отличается простотой конструкции, ком­пактностью, надежностью и высокой технологичностью. Послед­нее достоинство имеет важное значение в условиях массового производства синхронных генераторов с мощности (менее 1 кВА) В схеме электрооборудования генератор включают параллельно с аккумуляторной батареей, и он работает с ней в бу­ферном режиме, т. е. они дополняют друг друга в зависимости от величины нагрузки и частоты вращения приводного двигателя.

Рис.23.11. Устройство синхронного генератора с когтеобразными полюсами

На рис. 23.11 показано устройство автомобильного синхрон­ного генератора типа Г-250. Статор 8 этого генератора представ­ляет собой шихтованный пакет, на 18 зубцах которого расположе­ны катушки 7, образующие трехфазную обмотку, соединенную звездой. Ротор состоит из вала, на который напрессованы две стальные шайбы с отогнутыми когтеобразными полюсами 2 (по шесть полюсов на каждой шайбе). На стальную втулку 10 надета цилиндрическая катушкавозбуждения 9, концы которой присое­динены к контактным кольцам 5. На кольца наложены медно-графитовые щетки 6. На заднем подшипниковом щите 4 располо­жен выпрямительный блок из шести кремниевых диодов 3, соеди­ненных по мостовой схеме (см. рис 23.10, а). Подшипниковые щи­ты / и 4 и сердечник статора стянуты тремя болтами. На валу генератора укреплены центробежный вентилятор 11 и шкив 12, посредством которого ротор генератора приводится во вращение.

§ 23.6. Индукторные синхронные машины

Некоторые устройства, например установки индукционного нагрева, гироскопические и радиолокационные устройства, тре­буют для своей работы переменного тока повышенной частоты, выражаемой сотнями и даже тысячами герц. Получение таких пе­ременных токов посредством синхронных генераторов обычной конструкции сопряжено с непреодолимыми трудностями, так как связано с необходимостью либо увеличения частоты вращения свыше 3000 об/мин, либо чрезмерного увеличения числа полюсов, либо одновременного применения обоих мероприятий. Однако увеличение частоты вращения ведет к возрастанию центробежных усилий в роторе до опасных значений, а увеличение числа полю­сов ведет к такому уменьшению полюсного деления , при кото­ром размещение обмотки на статоре становится практически не­возможным.

Для получения переменного тока повышенной частоты (до 30 кГц) применяют индукторные генераторы, отличитель­ным признаком которых является то, что за один период магнит­ный поток в них не меняет своего знака, как в обычных синхрон­ных генераторах, а лишь изменяется от дозначений, т. е.пульсирует (рис. 23.12, а). Пульсирующий поток состоит из двух составляющих: постоянной и переменной, представляющейсобой периодически изменяющийся как по значению, так и по на­правлению магнитный поток с амплитудой =0,5(-).Постоянная составляющая потока не наводит в обмотках ЭДС, а переменная составляющая, сцепляясь с рабочей обмоткой генера­тора, наводит в ней ЭДС.

Существует несколько конструктивных схем индукторных ге­нераторов. Все они основаны на создании пульсаций магнитного потока за счет изменения проводимости магнитной цепи, т. е. за счет зубцовых пульсаций магнитного потока. Для этого статору и ротору генератора придают зубчатую структуру. Когда зубец ро­тора находится против зубца статора, то магнитный поток в зубце статора приобретает наибольшее значение, когда же против зубца статора расположен паз ротора, то магнитный поток в этом зубце статора становится наименьшим. При этом частота изменений пе­ременного магнитного потока, а следовательно, и частота ЭДС, наведенной в рабочей обмотке этим потоком, пропорциональны числу зубцов ротора ₂:

. (23.8)

Рассмотрим одну из конструкций индукторного генератора, называемую сдвоенной (рис. 23.12, ). Статор1 и ротор 5 генера­тора выполнены сдвоенными. Обмотка возбуждения 2, распола­гаемая на статоре, подключена к источнику постоянного тока и создает магнитный поток,

Рис. 23.12. Индукторный генератор сдвоенного типа:

—график магнитного потока; б — устройство генератора;

—взаимное рас­положение зубцов статора и ротора

замыкающийся вдоль вала ротора 4, при этом на каждой части статора (и ротора) возбуждаются полюсы одной полярности. Число зубцов на статоре и на роторе одинако­во. Пульсации магнитного потока происходят за счет смещения. 5цов вращающегося ротора относительно зубцов статора. На каждом зубце статора расположена катушка 3, в которой перемен­ной составляющей магнитного потока наводится ЭДС.

Весьма важным в индукторных генераторах является обес­печение постоянства общего магнитного потока при вращении ротора, так как в противном случае в обмотке возбуждения 2 будет индуцироваться ЭДС высокой частоты. В рассматривае­мом индукторном генераторе постоянство общего магнитного потока обмотки возбуждения обеспечивается тем, что один па­кет ротора смещен относительно другого пакета на половину зубцового деления (рис. 23.12, в). Благодаря этому магнитное сопротивление суммарному потоку возбуждения остается

неизменным при любом положении ротора. Это позволило ротор генератора сделать стальным монолитным (а не шихтованным) профрезерованными пазами.

Коэффициент полезного действия генераторов индукторного на несколько ниже, чем у генераторов промышленной частоты (50 Гц), из-за повышенных электрических потерь в обмотке стато­ра, обусловленных эффектом вытеснения тока, вызывающего

увеличение активного сопротивления обмотки. Отсутствие обмоток на роторе позволяет исключить в индукторном генераторе кон­тактные кольца. Это упрощает конструкцию генератора и повы­шает его надежность.

Генераторы индукторного типа применяются в качестве возбудителей турбогенераторов серии ТВВ (см. § 19.1). На рис. 23.13 показано устройство такого возбудителя — генератора индукторного типа мощностью 2700 кВА. В отличие от индук­торного генератора сдвоенного типа (см. рис. 23.12) ротор воз­будителя имеет шихтованную конструкцию. Вентиляция гене­ратора выполнена по замкнутому циклу (см. § 31.4) с приме­нением газоохладителей.

Индукторная синхронная машина обратима, т. е. она может работать не только в генераторном, но и в двигательном режиме. Индукторные синхронные двигатели позволяют по­лучать весьма малые частоты вращения без применения механиче­ских редукторов. Синхронная частота вращения такого двигателя при частоте питающего напряжения , зависит от числа зубцов₂ в сердечнике ротора: , =60/₂. Например, при = 50 Гц и ₂ = 100 получим = 5060/100 = 30 об/мин.

Для получения вращающегося магнитного поля обмотку ста­тора индукторного двигателя делают либо трехфазной, либо од­нофазной. В последнем случае на статоре помимо рабочей распо­лагают еще и пусковую обмотку, включаемую в сеть через пусковой конденсатор.

Рис. 23.13. Возбудитель индукторного типа мощностью 2700 кВА

1 — статор; 2 — ротор; 3 — газоохладитель

Контрольные вопросы

1. Почему при пуске синхронного двигателя с постоянными магнитами возни­кает тормозной момент?

1. Объясните физическую сущность реактивного момента.

2. Как влияет глубина межполюсных впадин ротора на рабочий и пусковой моменты реактивного двигателя?

2. Объясните физическую сущность гистерезисного момента.

3. В чем различие шаговых двигателей с активным и реактивным роторами?

3. Как изменится шаг двигателя, если от раздельного включения обмоток пе­рейти к раздельно-совместному?

Что такое частота приемистости шагового двигателя? Чем достигается большая частота пульсаций магнитного потока в индуктор­ном генераторе?

Почему ротор индукторного генератора на рис. 23.12 имеет монолитную конструкцию, а на рис 23.13 — шихтованную?