Устройство трехфазной синхронной машины

Статор синхронной машины устроен так же, как асинхронной. В пазы пакета из листов электротехнической стали уложены катушки трехфазной обмотки, токи которой создают вращающееся магнитное поле.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит. На рис. 4.2.1, а показана электрическая схема статора и ротора, а на рис. 4.2.1, б — стандартное графическое обозначение синхронной машины на схемах. Обмотку статора 1 (см. рис. 4.2.1, а) обычно соединяют звездой. Обмотка ротора 2, которую называют обмоткой возбуждения, подключают через два контактных кольца^ и щетки 4 к независимому источнику постоянного напряжения (ИПН) 5.

Электрическая схема синхронной машины (а) и ее условное графическое обозначение на схемах (6)

Рис. 4.2.1. Электрическая схема синхронной машины (а) и ее условное графическое обозначение на схемах (6):

  • 1 обмотка статора; 2 — обмотка ротора; 3 — контактные кольца;^ — щетки;
  • 5 — источник постоянного напряжения ИПН

Роторы выполняются явнополюсными (рис. 4.2.2, а) или неявнополюсными (рис. 4.2.2, б). Явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, на которые надеты катушки обмотки возбуждения. Полюсы имеют полюсные наконечники (см. рис. 4.2.2, а). Неявнополюсный ротор имеет распределенную обмотку возбуждения, которая укладывается в пазы, выфрезерован- ные в цельной стальной поковке (см. рис. 4.2.2, б). При этом обеспечивается высокая механическая прочность ротора.

Синхронные машины проектируются таким образом, чтобы количество полюсов на статоре было равно количеству полюсов на роторе. От количества полюсов зависит синхронная частота вращения ротора:

где /— частота токов статора, Гц; р — число пар полюсов.

Поперечное сечение явнополюсного (а) и неявнополюсного (б) роторов

Рис. 4.2.2. Поперечное сечение явнополюсного (а) и неявнополюсного (б) роторов:

1 — полюс; 2 — обмотка возбуждения; 3 — полюсный наконечник

Неявнополюсные роторы применяются в синхронных машинах большой мощности, имеющих одну или две пары полюсов и соответственно частоту вращения п = 3000 или 1500 об/мин. Изготовление синхронных машин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по условиям механической прочности ротора. Неявнополюсные роторы (рис. 4.2.3, а) имеют синхронные генераторы, предназначенные для непосредственного соединения с паровыми и газовыми турбинами на ТЭС и АЭС. Такие машины называют турбогенераторами. По условиям обеспечения механической прочности диаметр ротора при

Конструкции неявнополюсного ротора (а) и явнополюсных роторов (бу в) (масштабы разные)

Рис. 4.23. Конструкции неявнополюсного ротора (а) и явнополюсных роторов (бу в) (масштабы разные):

1 — контактные кольца; 2 — кольцевые бандажи; 3 — ротор; 4 — металлические клинья; 5 — вентилятор; 6 — вал; 7 — катушка обмотки возбуждения; 8 — полюсы; 9 — пусковая асинхронная

обмотка

частоте вращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2—1,3 м, а активная длина ротора должна быть не более 6,5 м.

Явгюполюсные роторы применяются в синхронных машинах с большим числом полюсов и соответственно относительно низкой частотой вращения (рис. 4.2.3, б, в). Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным расположением вала широко используются в качестве двигателей и генераторов. Явнополюсные роторы с вертикальным расположением вала имеют синхронные генераторы, предназначенные для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами на ГЭС. Такие генераторы называются гидрогенераторами. Самые мощные гидрогенераторы имеют диаметр ротора около 12 м при относительно небольшой длине — около 2,5 м, число полюсов 2р = 42 и частоту вращения 143 об/мин.

Источниками постоянного напряжения для обмоток возбуждения являются специальные устройства, называемые возбудителями. Простейшим возбудителем является самовозбуждающийся генератор постоянного тока, установленный на валу синхронного генератора. Его мощность составляет 1—3% мощности синхронного генератора. С увеличением единичной мощности синхронного генератора возбудитель с коллектором стал ненадежным (истираются щетки, возрастает опасность искрения на коллекторе), поэтому в последнее время все большее применение находят вентильные системы возбуждения с диодами и тиристорами. В вентильной системе возбуждения используется специальный возбудитель, выполненный в виде трехфазного синхронного генератора, ротор которого укреплен на валу главного генератора. Переменное напряжение возбудителя выпрямляется и подводится через щетки и контактные кольца к обмотке возбуждения.

Для наиболее мощных синхронных генераторов применяется вентильная бесщеточная система возбуждения (рис. 4.2.4). На валу синхронного генератора размещается якорь возбудителя В, который представляет собой генератор переменного тока «обращенной конструкции». Полюсная система у такого возбудителя расположена на статоре (как в машинах постоянного тока), а трехфазная обмотка — на роторе. Переменное напряжение этой обмотки с помощью выпрямителя, закрепленного на валу машины, преобразуется в постоянное и непосредственно (без колец) подается на обмотку возбуждения главного генератора. Обмотка возбуждения возбудителя, расположенная на статоре, получает питание от подвозбудителя ПВ - генератора переменного тока меньшей мощности с постоянными магнитами на роторе и выпрямителем на статоре. Ротор подвозбудителя укреплен на валу главного генератора.

Схема бесщеточного возбуждения мощного синхронного генератора

Рис. 4.2.4. Схема бесщеточного возбуждения мощного синхронного генератора

Задание 4.2.1. Как отразится на КПД и потерях синхронной машины, если ее ротор будет изготовлен не из массивной стали, а набран из тонких стальных листов?

Варианты ответа:

  • 1. Магнитные потери уменьшатся, а КПД увеличится.
  • 2. КПД и магнитные потери в роторе не изменятся.
  • 3. КПД не изменится, так как магнитных потерь в роторе нет.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >