Синхронные машины с когтеобразными полюсами отличаются от обычных конструкцией магнитопровода индуктора (ротора) и обмотки возбуждения. Магнитопровод индуктора (ротора) состоит из трех частей: ярма 2, диска 1 когтеобразными выступами, образующими северные полюсы N, и диска 3 с когтеобразными выступами, образующими южные полюсы S. Кольцевая обмотка возбуждения 4 располагается между дисками 1 и 3 с выступающими системами полюсов и питается от возбудителя с помощью контактных колец. При возбуждении индуктора образуется магнитное поле, линии которого, охватывающие проводники обмотки возбуждения, показаны на рисунке.
Устройство синхронной машины с когтеобразными полюсами:
1 — диск с системой южных полюсов индуктора; 2 — ярмо индуктора; 3 — диск с системой северных полюсов; 4 — обмотка возбуждения; 5 — магнитопровод якоря; б — обмотка якоря
Большая часть линий, выходящих из северных полюсов, пересекает зазор, сцепляется с обмоткой якоря, проходит по ярму и снова возвращается в индуктор через зазор между зубцами якоря и южными полюсами. Эти линии образуют поток взаимной индукции с обмоткой якоря. Меньшая часть линий направляется прямо от северных полюсов к южным, не образуя полезного потокосцепления с обмоткой якоря. Эти линии образуют поток рассеяния обмотки возбуждения.
Индукторы с когтеобразными полюсами, предложенные английскими инженерами Д. Джиббсом и Э. Фэсквитом, получили применение в синхронных генераторах, выпускавшихся в 1890—1900 гг. Однако по мере увеличения относительной длины //т и мощности генераторов достоинства индукторов этого типа — простота устройства и низкая стоимость обмотки возбуждения — отступили на второй план по сравнению с их существенным недостатком — весьма большим рассеянием потока. Поэтому в настоящее время модификации когте- образного исполнения применяются только в машинах небольшой мощности с большим числом полюсов в таком промежуточном диапазоне соотношений между угловой частотой сети и угловой скоростью ротора, в котором машина с когтеобразными полюсами превосходит по своим показателям и обычную, и индукторную синхронные машины. Особенно ценные качества приобретает машина с когтеобразными полюсами в исполнении с неподвижной кольцевой обмоткой возбуждения. Поскольку в такой машине исключен скользящий контакт в щеточном устройстве для питания обмотки возбуждения, она получила название бесконтактной.
Рис. 2. Бесконтактная синхронная машина с когтеобразными полюсами:
1 — кольцевые катушки возбуждения; 2 — обмотка якоря; 3 — магнитопровод якоря; 4 — станина; 5, 11 — подшипниковые щиты; б — вал, 7, 10 — ярма южных и северных полюсов; 8, 9 — южные и северные полюсы
Рис. 3. Ротор бесконтактного синхронного генератора с когтеобразными полюсами
Бесконтактный синхронный генератор с когтеобразными полюсами на роторе показан на рис. 2, его ротор — на рис. 3. Обмотка возбуждения генератора состоит из двух неподвижных кольцевых катушек 1, установленных в углублениях подшипниковых щитов 5, 11. Линии поля, возбужденного токами в катушках, замыкаются в основном по пути, показанному на рисунке: от северных полюсов 9 через зазор к зубцам магнитопровода якоря 3; по ярму и зубцам якоря еще раз через зазор к южным полюсам 8; по ярму 7 южных полюсов; через зазор между ярмом 7 и щитом 5; по щиту 5, станине 4 и щиту 11; через зазор между щитом 11 и ярмом 10 северных полюсов; по ярму 10 снова в северные полюсы. Частично рассеиваясь, поле возбуждения сцепляется с обмоткой якоря. При вращении вала 6 вместе с ярмами полюсов 7,10 и полюсами 8, 9 периодически изменяется потокосцепление с обмоткой якоря и в ней индуктируется ЭДС.
Бесконтактные синхронные генераторы и двигатели применяются в случаях, когда обслуживание щеточного устройства затруднено и требуется высокая надежность машины в течение длительной эксплуатации в тяжелых условиях. Такие генераторы мощностью 10 кВт и более применяются, например, для электроснабжения железнодорожных вагонов.
Магнитопровод ротора сборный и состоит из трех частей.
Конструкция была придумана в 1890 – 1900 г. Джибсом и Фексвитом.
Недостаток – большое рассеяние магнитного поля, поэтому при увеличении соотношения длины к радиусу и увеличении мощности его недостатки получают преимущество относительно достоинств.
Машины выполняются на небольшие мощности (до 10 кВт)
