Устройство и принцип действия синхронных машин

В конструктивном отношении различают два основных типа синхронных машин: а) неявнополюсные, т.е. машины с неявно выраженными полюсами и б) явнополюсные, т.е. машины с явно выраженными полюсами.

Полюса, возбуждаемые постоянным током, располагаются на вращающейся части машины, называемой ротором, а обмотка переменного тока укладывается в пазах неподвижной части машины, называемой статором. При заданной частоте сети наибольшую частоту вращения имеют машины с числами пар полюсов р = 1 и р=2 (соответственно =3000 об/мин и = 1500 об/мин). В таких машинах большой мощности скорость на окружности ротора настолько велика, что из соображений механической прочности и укрепления обмотки возбуждения ее приходится распределять по поверхности ротора, т.е. выполнять обмотку как не явнополюсную.

Синхронные генераторы приводятся во вращение паровыми и гидравлическими турбинами. В первом случае синхронный генератор называется турбогенератором, а во втором - гидрогенератором.

Паровые турбины принадлежат к числу быстроходных машин и поэтому турбогенераторы имеют неявнополюсное исполнение. Гидрогенераторы имеют явнополюсное исполнение, так как гидравлические турбины принадлежат к тихоходным машинам.

На одном валу с гидрогенератором устанавливаются вспомогательные машины: возбудитель генератора (генератор постоянного тока) и регуляторный генератор.

При аварийном отключении гидрогенератора от сети его частота вращения сильно возрастает, т. к. быстрое прекращения доступа воды в турбину невозможно (из-за гидравлического удара), а подача энергии в сеть прекращается (исчезает тормозной электромагнитный момент). Достигаемая при этом максимальная (угонная) частота вращения может в два и более раз превышать номинальную, поэтому механическая прочность генератора рассчитывается на эту частоту вращения.

Гидрогенераторы обычно изготовляются в вертикальном исполнении для непосредственного соединения с гидравлической турбиной.

Неявнополюсные синхронные машины имеют цилиндрический ротор из массивной стальной поковки, в пазах которого уложена обмотка возбуждения.

Турбогенераторы предназначены для непосредственного соединения с работающими на тепловых станциях паровыми турбинами и поэтому они имеют горизонтальное исполнение.

Увеличение предельных мощностей связано с увеличением электромагнитных нагрузок (линейной нагрузки и плотности тока обмоток) и интенсификацией способов охлаждения.

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции и заключается в преобразовании механической энергии, отдаваемой потребителю.

Намагничивающая сила, создаваемая током обмотки возбуждения, возбуждает постоянный магнитный поток. Этот поток, вращаясь вместе с ротором генератора, пересекает обмотки статора и наводит в них трехфазную систему электродвижущих сил (ЭДС) При замыкании обмотки статора через нагрузку под действием ЭДС начинает протекать ток.