Однофазная синхронная машина

Однофазная синхронная машина может работать как генератор и двигатель. При этом на статоре машины укладывают обмотку якоря (рис. 6.69, а),занимающую примерно 2/3 его окружности. Располагать обмотку якоря по всей окружности статора нецелесообразно, так как при этом расход меди увеличится в 1,5 раза, а мощность повысится незначительно — примерно на 15%. Это объясняется тем, что по мере увеличения числа пазов уменьшается обмоточный коэффициент, который для машины с равномерно распределенной обмоткой якоря составляет около 0,64. Однако из-за уменьшения числа пазов, заполненных обмоткой, мощность однофазной машины примерно в 1,4 раза меньше мощности трехфазной машины с одинаковым диаметром статора и при одинаковых потерях мощности в его обмотке.

Рис. 6.69. Схематический разрез однофазной синхронной машины (а) и векторная диаграмма МДС и ЭДС, создаваемых обратным полем (б): 1 — статор; 2 —обмотка якоря; 3 — ротор; 4 — обмотка возбуждения

При прохождении однофазного тока по обмотке якоря возникает как прямое Ф_пр, так и обратное Ф_обр магнитные поля (см. § 3.3). Прямое поле относительно ротора неподвижно, обратное вращается с угловой скоростью 2ω₁ и индуцирует в обмотке возбуждения ЭДС, частота которой в два раза больше частоты ЭДС в обмотке якоря. Проходящий при этом ток двойной частоты может вызвать искрение на щетках возбудителя и ряд других нежелательных последствий. Для устранения этих явлений на роторе однофазной машины размещают короткозамкнутую демпферную обмотку типа «беличья клетка», В стержнях демпферной обмотки обратное поле индуцирует ЭДС двойной частоты, вследствие чего создаваемая этой обмоткой МДС F _д вращается с той же частотой и в том же направлении, что и обратное поле, созданное МДС F _обр обмотки статора. Векторная диаграмма (рис. 6.69,б), иллюстрирующая взаимодействие этих МДС, сходна с векторной диаграммой трансформатора тока. Так же как и в трансформаторе тока, МДС F _д оказывает размагничивающее действие на МДС F _обр, при этом результирующая МДС F _рез и создаваемый ею поток Ф_рез, а также ЭДС Е _д в демпферной обмотке и ЭДС Е _в в обмотке возбуждения резко уменьшаются. Таким образом, при наличии демпферной обмотки обратное поле почти полностью гасится и через обмотку возбуждения переменный ток практически не проходит.