синхронних машин

На рис. 22.4 представлений пристрій двох-, а на рис. 22.5 — чотирьохполюсної однофазної синхронної машини з явнополюсним ротором з постійних магнітів. Як видно з малюнків, для утворення витка обмотки на статорі потрібно з'єднати між собою провідники, що перебувають один від одного на відстані приблизно полюсного кроку τ₁ тобто провідники, розташовані під різнойменними полюсами. Отже, крок витка або котушки на статорі, як і на якорі машини постійного струму, дорівнює або близький до полюсного кроку. Число ж котушок обмотки однофазного статора, згідно рис. 22.4 і 22.5, дорівнює числу пар полюсів р ротора (на пару полюсів ротора доводиться одна котушка статора). За ГОСТ початок обмотки статора однофазної синхронної машини позначають буквою А, а кінець її — буквою X.

При обертанні ротора машини найбільше значення е.р.с. у котушці обмотки статора буде в момент збігу осі ротора із серединою активної сторони котушки. У цей момент число перетинань силових ліній магнітного поля ротора активною стороною котушки максимально. Дійсно, у положенні 1 — 3 вісь полюсів ротора збігається з віссю котушки й пронизуюче її магнітне поле максимально по величині. Однак при такому положенні ротора зсув вісі його полюсів на незначний кут відносно вісі котушки не змінює величини магнітного поля, пронизуючого котушку. Тому в ній за законом електромагнітної індукції е.р.с. е=-ω(dф/dt)=0. При обертанні ротора проти годинникової стрілки пронизуюче котушку магнітне поле зменшується, а число перетинів силових ліній її провідниками одночасно зростає і за законом електромагнітної індукції в котушці індукується е.р.с. Найбільше значення її буде в положенні 2 північного полюса ротора. Для визначення напрямку е.р.с. потрібно застосувати правило лівої руки, так як в цій машині нерухомий провідник і обертається магнітне поле. При подальшому обертанні ротора відбувається зменшення числа перетнутих силових ліній провідниками або одночасна зростання пронизуючого котушку поля. В положенні 3 північного полюса е.р.с. в котушці рівна нулю. Далі е.р.с. міняє свій знак, знову збільшуючись по абсолютній величині до попереднього значення, і т.д.

Таким чином, е.р.с. в котушці статора максимальна, коли вісь полюсів ротора знаходиться під кутом 90 ел.град до вісі котушки. В цей час пронизуюче котушку магнітне поле полюса рівне нулю, а число перетинів силових ліній її активною стороною максимальне. Е.р.с. в котушці рівне нулю, коли вісі полюсів і котушки співпадають, і, відповідно, пронизуюче котушку поле максимальне, а число перетинів ліній рівно нулю. Якщо вважати, що величина пронизуючого котушку магнітного поля змінюється в часі за законом косинуса ф=Ф_mcosωt, то величина індукованої е.р.с. в котушці змінюється по синусоїдальній кривій e=-w(dф/dt)=ωwФ_msinωt=E√2∙sinωt, тобто відстає від кривої пронизуючого котушку поля на 90°. Діаграма магнітного поля і індукованої е.р.с. в часі представлена на рис. 22.6.

В багатополюсній однофазній машині, що має на статорі р котушок, явища протікають в кожній з них аналогічно описаному. Якщо ці котушки з’єднати між собою послідовно, то на затискачах машини отримається їх загальна напруга.

На рис. 22.7. представлено конструкцію двополюсної трьохфазної машини з явнополюсним ротором із постійних магнітів. Як видно з рисунка, на статорі цієї машини знаходяться три однакові однофазні обмотки, початки і кінці яких відповідно зміщенні по колу статора на 2/3 полюсного шага τ₂. Як і в випадку однофазної машини, початок обмоток трьох фаз тут також позначають великими латинськими літерами А, В, С, а їх кінці – відповідно X, Y, Z.

Так як в трьохфазній синхронній машині початок трьох фаз обмоток А, В, С взаємно зсунуті на (2/3)τ₁ або 120 ел.град, то процеси індукування е.р.с., однакові в кожній з них, зсунуті в часі відносно один одного на цей кут.

На рис. 22.8 представлена діаграма в часі індукованих е.р.с. в обмотках статора трифазної синхронної машини. Проекція векторів е.р.с. на вісь ординат визначає в будь-який момент часу величину й напрямок е.р.с., у початках обмоток.

Початки й кінці трьох обмоток статора машини, як і у випадку трифазних трансформаторів, звичайно з'єднують «зіркою» або «трикутником». Переважніше з'єднання обмоток статора «зіркою», тому що в цьому випадку третя гармоніка в лінійній напрузі машини відсутній.