Тема № 7: электрические машины постоянного и переменного тока тема № 7.2. Синхронный генератор

Ротор синхронных машин вращается синхронно с вращающимся магнитным полем (отсюда их назва­ние). Поскольку частоты вращения ротора и магнит­ного поля одинаковы, в обмотке ротора не индуциру­ются токи. Поэтому обмотка ротора получает питание от источника постоянного тока.

Устройство статора синхронной машины (рис. 1) практически не отличается от устройства статора асинхронной машины.

Рис. 1. Общий вид статора синхронного Рис. 2. Общий вид неявнополюсного ротора

генератора. синхронного генератора.

В пазы статора укладывают трехфазную обмотку, концы которой выводят на клеммовую панель. Ротор в некоторых случаях изготовляют в виде постоянного магнита.

Роторы синхронных генераторов могут быть явнополюсными (рис. 2) и неявнополюсными (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид неявнополюсного ротора синхронного генератора.

В первом случае синхронные генераторы приводятся в действие тихоходными турбинами гидроэлектростанций, во втором – паровыми или газо­выми турбинами теплоэлектро­станций.

Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контак­ты, состоящие из медных колец и графитовых щеток. При враще­нии ротора его магнитное поле пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. Чтобы по­лучить синусоидаль-

- 2 -

ную форму ЭДС, зазор между поверхностью ротора и статором увеличивают от середины полюсного наконеч­ника к его краям (рис. 4).

Частота индуцированной ЭДС (напряжения, тока) синхронного генератора

ƒ = pn/ 60,

где р– число пар полюсов ротора генератора.

Отношение n/60выражает число оборотов ротора в секунду; прир= 1 каждый оборот ротора соответ­ствует полному циклу изменений индуцированного переменного тока (одному периоду); при увеличениирсоответственно увеличивается и число периодов тока, индуцируемого за один оборот ротора.

Как и у любого генератора, работающего по закону электромагнитной индукции, индуциро-

Рис. 4. Форма воздушного зазора ванная ЭДС пропорциональна магнитному пото-

и распределение магнитной ин- ку машины и час­тоте вращения ротора.

дукции по поверхности ротора Используют различные способы возбуждения

в синхронном генераторе. син­хронных генераторов. Широкое распростра-

нение полу­чил синхронный генератор с машинным возбудителем, представляющим собой генератор постоянного тока, расположенный на одном валу с синхронным генера­тором. Машинный возбудитель приводится в действие от того же первичного двигателя, что и синхронный генератор.

Выходные зажимы возбудителя через щет­ки и кольца подсоединены к обмотке ротора синхрон­ного генератора. Напряжение синхронного генератора можно регулировать реостатом в цепи обмотки воз­буждения возбудителя, что удобно и энергетически выгодно, так как в этой обмотке протекают сравни­тельно небольшие токи.

Находят также применение генераторы с самовоз­буждением через полупроводниковые или механиче­ские выпрямители.

Рис. 5. Внешние характеристики синхронного генератора

при повышении (а) и понижении (б) напряжения.

Из характеристик синхронного генератора наи­больший практический интерес представляют внешние характеристики, выражающие зависимость напряже­ния на

зажимах генератора от тока нагрузки при неиз­менных значениях тока возбуждения,

- 3 -

частоты и коэф­фициента мощности.

Внешние характеристики снимают при повышении и понижении напряжения (рис. 5) и различных значениях коэффициента мощности нагрузки: cosφ = 1,cosφ = = 0,8 (нагрузка индуктивная),cosφ = 0,8 (нагрузка емкостная). Так же как и у тран-сформа­тора, напряжение на зажимах синхронного генера­тора повышается при увеличении емкостной нагрузки.

Отечественная промышленность выпускает син­хронные генераторы на напряжение от 230 В до 21 кВ.