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 т, 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 Фmах до Фmin значе­ний, т. е. пульсирует (рис. 23.12, а). Пульсирующий поток со­стоит из двух составляющих: постоянной Фср и переменной Фпер, представляющей собой периодически изменяющийся как по зна­чению, так и по направлению магнитный поток с амплитудой Фпер = 0,5 (Фmах —Фmin). Постоянная состовляющая потока 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 Z2:

f1 = Z2n2/60. (23.8)

Рассмотрим одну из конструкций индукторного генератора, называемую сдвоенной (рис. 23.12, б). Статор 1 и ротор 5 генера­тора выполнены сдвоенными. Обмотка возбуждения 2, распола­гаемая на статоре, подключена к источнику постоянного тока и' создает магнитный поток, замыкающийся вдоль вала ротора 4, при этом на каждой части статора (и ротора) возбуждаются по-

а)

Ф

Рис. 23.1.2. Индукторный генератор сдвоенного типа: а — график магнитного потока; б — устройство генератора; в — взаимное расположение

зубцов статора и ротора

люсы одной полярности. Число зубцов на статоре и на роторе одинаково. Пульсации магнитного потока происходят за счет смещения зубцов 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) с профрезерованными пазами.

Коэффициент полезного действия генераторов индукторного типа 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 кВ∙А. 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

Рис. 23.13. Возбудитель индукторного типа мощностью 2700 кВ- А: / — статор; 2 — ротор; 3 — газоохладитель

получать весьма малые частоты вращения без применения меха­нических редукторов. Синхронная частота вращения такого дви­гателя при частоте питающего напряжения f1зависит От числа зубцов Z2 в сердечнике ротора: nl = f1/60/Z2. Например, при f1= 50 Гц и Z2=100 получим n1 = 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.

Контрольные вопросы

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

Объясните физическую сущность реактивного момента.

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

Объясните физическую сущность гистерезисного момента.

В чем различие шаговых двигателей с активным и реактивным роторами?

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?