Конструкции роторов в трехфазных синхронных генераторах

Синхронная машина имеет две основные части — ротор и статор, причем статор не отличается от статора асинхронной машины. Ротор синхронной машины представляет собой си­стему вращающихся электромагнитов, которые питаются по­стоянным током, поступающим в ротор через контактные кольца и щетки от внешнего источника. В обмотках статора под действием вращающегося магнитного поля ротора наво­дится ЭДС, которая подается на внешнюю цепь генератора (в режиме двигателя на обмотку статора подается напряжение сети). Такая конструкция генератора позволяет устранить скользящие контакты в цепи нагрузки генератора (обмотки статора непосредственно соединяются с нагрузкой) и надеж­но изолировать обмотки статора от корпуса машины, что су­щественно для мощных генераторов, работающих при высо­ких напряжениях.

Основной магнитный поток синхронного генератора, созда­ваемый вращающимся ротором, возбуждается посторонним источником-возбудителем, которым обычно является гене­ратор постоянного тока небольшой мощности, установленный на общем валу с синхронным генератором. Постоянный ток от возбудителя подается на ротор через щетки и контактные кольца, установленные на валу ротора.

а

б

По своей конструкции роторы бывают явнополюсные (рис. 9.1, а) и неявнополюсные (рис. 9.1, б). Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения.

У многополюсной синхронной машины ротор имеет р пар полюсов, а токи в обмотке статора образуют также р пар

полюсов вращающегося магнитного поля (как у асинхрон­ной машины). Ротор должен вращаться с частотой вращения поля, следовательно, его синхронная скорость равна:

n=60f/p

При стандартной частоте переменного тока 50 Гц частота вращения двухполюсной машины (р = 1) 3000 об/мин. С такой частотой вращаются современные турбогенераторы, состоящие из паровой турбины и синхронного генератора большой мощ­ности с неявнополюсным ротором, который имеет одну пару полюсов. Неявнополюсный ротор такого генератора изготавли­вается из массивной стальной поковки. Обмотка постоянного тока расположена в пазах, выфрезерованных по всей его длине.

У гидрогенераторов первичным двигателем служит гид­равлическая турбина, скорость вращения которой невелика (от 50 до 750 об/мин) и определяется высотой напора воды. В этом случае используются синхронные генераторы с явнопо-люсным ротором, имеющим от 4 до 60 пар полюсов.

Частота вращения дизель-генераторов, соединенных с пер­вичным двигателем - ди­зелем, находится в пределах от 500 до 1500 об/мин. Обычно это явнополюсные машины небольшой мощ­ности.

 

27. Самовозбуждение трехфазного синх­ронного генератора.

В маломощных син­хронных генераторах обыч­но используется самовоз­буждение: обмотка возбуж­дения питается выпрямлен­ным током того же гене­ратора (рис. 9.2).

Цепь возбуждения образуют трансформаторы тока ТТ, вклю­ченные в цепь нагрузки генератора, полупроводниковый вы­прямитель, собранный по схеме трехфазного моста, и обмотка возбуждения генератора ОВ с регулировочным реостатом В.

Самовозбуждение генератора происходит следующим об­разом. В момент пуска генератора благодаря остаточной ин­дукции в магнитной системе появляются слабые ЭДС и токи в рабочей обмотке генератора. Это приводит к появлению ЭДС во вторичных обмотках трансформаторов ТТ и небольшого тока в цепи возбуждения, усиливающего индукцию магнитно­го поля машины. ЭДС генератора возрастает до тех пор, пока магнитная система машины полностью не возбудится.

 

Для точной подгонки амплитуды ЭДС величину магнит­ного потока регулируют путем изменения тока в цепи воз­буждения регулировочным реостатом. Форма ЭДС синхрон­ного генератора должна быть синусоидальной. Синусоидаль­ность ЭДС зависит прежде всего от распределения магнит­ной индукции в воздушном зазоре между статором и рото­ром. В явнополюсных машинах полюсным наконечникам ротора придают определенную форму (делают скосы по кра­ям). При этом воздушный зазор постепенно увеличивается от середины полюса к его краям, а магнитная индукция рас­пределяется по закону косинуса.

Однако такой способ получения синусоидальной ЭДС не­применим для машин с неявнополюсным ротором. В неяв-нополюсных машинах нужного распределения магнитной индукции добиваются путем особого размещения обмотки возбуждения на поверхности ротора. Эти и другие меры обес­печивают практически синусоидальную форму ЭДС.