Синхронной называют такую машину переменного тока, в которой частота вращения ротора жестко связана с частотой сети и э. д. с. в обмотке якоря. В основном синхронные машины используют в генераторном режим работы и устанавливают на электрических станция) Иногда синхронные машины используют в двигательном режиме и в режиме компенсаторов реактивной мощности.
Рис. 53. Синхронная машина нормального исполнения:
1— вал; 2 — возбудитель; 3 — контактные кольца; 4 — обмотка статора; 5 — полюс ротора; 6 — станина (корпус)) 7 — вентилятор) 8 — подшипниковый щит.
Рис. 54. Явнополюсный ротор синхронной машины.
Синхронная машина нормального исполнения состоит из следующих основных частей: статора-якоря с обмоткой переменного тока; ротора с обмоткой возбуждения постоянного тока; возбудителя-генератора постоянного тока с параллельным или смешанным возбуждением; вала ротора; подшипниковых щитов; двух контактных колец и щеточного аппарата; вентилятора; подшипников; фланцев и деталей крепежа.
Рис. 55. Полнополюсный ротор синхронной машины.
Статор-якорь синхронной машины с обмоткой переменного тока по устройству аналогичен статору асинхронного двигателя.
Ротор синхронной машины выполняют в двух вариантах — явнополюсном и полноявнополюсном.
Явнополюсный ротор состоит из металлического обода, насаживаемого на вал; к ободу крепят полюсные башмаки с обмоткой возбуждения постоянного тока. Устройство полюсных башмаков с обмоткой аналогично устройству основных полюсов машины постоянного тока. Обмотку возбуждения ротора при помощи двух колец и щеточного аппарата соединяют с выводами возбудителя. Явнополюсный ротор обыкновенно имеет большой диаметр и малую длину. Его применяют в машинах с частотой вращения 1500 об/мин и менее. Полнополюсный ротор изготовляют из специальной стали путем ковки. На наружной поверхности ротора фрезеруют пазы для укладки обмотки. На роторе делают два или четыре больших зубца, которые охватываются катушками возбуждения. Число больших зубцов равно числу полюсов машины. Полнополюсный ротор имеет малый диаметр, большую дли ну. Его используют в машинах с частотой вращения 1500 или 3000 об/мин. Башмаки явнополюсного ротора часто снабжают демпферной (пусковой) обмоткой, ана
логичной короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя; в машинах с полнополюсным ротором роль демпферной обмотки выполняет тело-бочка ротора.
Возбудитель — генератор постоянного тока с параллельным или смешанным возбуждением, вал которого жестко соединяется с валом ротора синхронной машины. Все остальные детали синхронной машины аналогичны соответствующим деталям асинхронного двигателя. На рисунке 53 показана синхронная машина нормального исполнения, на рисунке 54 — явнополюсный ротор синхронной машины, а на рисунке 55 — полнополюсный ротор синхронной машины.
Принцип действия синхронного генератора
Если вращать ротор синхронного генератора каким- либо приводным двигателем, например тепловым, то по обмотке возбуждения ротора синхронного генератора, подключенной к возбудителю, будет течь постоянный ток. Магнитный поток, созданный ампер-витками обмотки возбуждения, вращаясь вместе с ротором синхронного генератора, будет пересекать неподвижную обмотку статора-якоря и наведет в каждой фазе обмотки переменную э. д. с. Действующее значение э. д. с. фазы, В, можно определить по формуле
(70)
Частота э. д. с.
где п — частота вращения ротора, об/мин.
Из формулы 70 можно сделать вывод, что величина э.д. с. зависит от частоты вращения ротора и потока, но частота ротора должна быть постоянной, так как при изменении частоты будет меняться э. д. с., а это недопустимо. Практически величину э. д. с. можно менять путем изменения магнитного потока. Магнитный поток зависит от величины тока возбуждения ротора, а последний — от величины напряжения возбудителя.
Если к выводам обмотки статора подключить нагрузку, то генератор будет отдавать ей электрическую энергию. Генератор преобразует механическую энергию двигателя, вращающего ротор, в электрическую.
