Можно ли трехфазную обмотку синхронного генератора большой мощности расположить на роторе

§8.14. Синхронный двигатель

Устройство статора синхронного двигателя аналогично устройству статора асинхронного двигателя . Ротор синхронного двигателя представляет собой электромагнит или постоянный магнит ( рис . 8.27). Принцип работы синхронного двигателя поясняется рис . 8.28. Внутри магнита N 1 S 1 помещен магнит NS. Если магнит N 1 S 1 вращать , то он потянет за собой магнит NS. В стационарном режиме частоты вращения обоих магнитов одинаковы .

К валу магнита NS можно приложить механическую нагрузку . Чем больше эта нагрузка , тем больше угол отставания оси магнита NS от оси магнита N 1 S 1 . При некоторой нагрузке силы притяжения между магнитами будут преодолены и ротор остановится . В реальном двигателе поле магнита N 1 S 1 заменено вращающимся магнитным полем статора ; при этом ротор либо вращается синхронно с магнитным полем статора , отставая на угол α , либо останавливается ( выпадает из синхронизма ) при перегрузке . Таким образом , независимо от нагрузки ротор всегда вращается с постоянной частотой , равной частоте вращения магнитного поля статора : n 2 =n 1 =60f/p.

Рис . 8.27. Схематическое изображение синхронного	Рис . 8.28. К пояснению принципа работы синхронного
двигателя	двигателя

Постоянство частоты вращения — важное достоинство синхронного двигателя . Строгое постоянство частоты вращения требуется во многих областях техники , например при записи и воспроизведении звука . Недостаток синхронного двигателя — трудность пуска : для пуска нужно раскрутить ротор в сторону вращения поля статора . Для этого чаще всего применяют специальную короткозамкнутую обмотку , вделанную в ротор . В момент пуска двигатель работает как асинхронный . Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения поля статора , ротор входит в синхронизм и двигатель работает как синхронный . Короткозамкнутая обмотка при этом оказывается обесточенной , так как частота вращения ротора равна частоте вращения поля статора и стержни обмотки ротора не пересекаются магнитными силовыми линиями . В настоящее время существует тенденция замены на подвижных объектах ( корабли , самолеты , автомобили ) электрических цепей постоянного тока цепями переменного тока повышенной частоты (200, 400 Гц и выше ). Возможность использования бесколлекторных машин переменного тока , трансформаторов и магнитных усилителей позволяет повысить надежность работы цепи , а также уменьшить габариты и массу машин и аппаратов . При оборудовании объекта сетью переменного тока широкое применение находит электропривод на переменном токе . Разработаны схемы с асинхронными и синхронными двигателями , которые позволяют выполнить все операции , осуществляемые ранее двигателями постоянного тока . Преимущества асинхронных двигателей особенно заметны тогда , когда по условиям работы привода нет необходимости в плавном регулировании частоты вращения в широких пределах и больших пусковых моментах ( привод насосов , вентиляторов и др .). Синхронные двигатели особенно удобны для привода роторов гироскопов . В тех случаях , когда гироскоп используют для особо точных измерений ( например , в баллистических ракетах ), приводом ротора гироскопа служит синхронный двигатель . При этом частота вращения ротора зависит только от конструкции двигателя и частоты питающего тока , которую можно стабилизировать с очень высокой степенью точности .

Карточка № 8.14 (242). Синхронный двигатель

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного ?	Устройством статора		13
Устройством ротора		66
Нужны ли щетки и контактные кольца для синхронного		Нужны	163
двигателя , ротор которого представляет собой постоянный
		Не нужны	39
магнит ?
Нужны ли кольца и щетки , если ротор синхронного двигателя		Нужны	118
изготовлен в виде электромагнита ?
	Не нужны	164
Определить частоту вращения синхронного двигателя ,	если	2850 об / мин	156
f =500 Гц , р =1
	30000 об / мин	125
15000 об / мин	43
С какой целью на роторе синхронного двигателя иногда		Для	увеличения	75
размещают дополнительную коротко — замкнутую обмотку ?	вращающего момента
Для раскручивания ротора		94
при запуске

Открытый урок по теме: «Устройство синхронного генератора и принцип действия».
учебно-методический материал по теме

Цель данного занятия состоит в формировании знаний обучающихся о назначении синхронного генератора, его устройстве и принципе действия.

Скачать:

Вложение	Размер
urok.docx	587.81 КБ

Предварительный просмотр:

Государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования Новосибирской области «Татарский политехнический техникум»

Методическая разработка учебного занятия по теме: « Устройство синхронного генератора и принцип действия».

Профессия 110800.03 Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования в сельскохозяйственном производстве.

Тема: Устройство синхронного генератора и принцип действия.

Цель урока: показать учащимся устройство синхронного генератора и принцип его действия.

1. Образовательная: сформировать у студентов понятие о назначении синхронного генератора, его устройстве и принципе действия.
2. Развивающая: способствовать развитию самостоятельности мышления. Развивать творческую деятельность.
3. Воспитательная: Привить студентам интерес к дисциплине и навыки работы в коллективе.
4. Дидактическая: Научить использовать различные дидактические материалы. Показать формы и методы управления познавательной деятельностью обучающихся на уроке.

Тип урока: комбинированный.

Вид урока: традиционный.

Наглядность на уроке:

1. Плакат «Асинхронный двигатель».
2. Плакат «Синхронный генератор».
3. Настенный стенд «Машины переменного тока».
4. Карточки-задания.
5. Тесты для закрепления материала.

Список используемой литературы:

1. П.А. Бутырин «Электротехника»; Учебное пособие; М. «Академия»; 2007, 272 с.
2. А.Е. Зорохович, В.К. Калинин «Электротехника с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1975, 432 с. с ил.
3. А.С. Касаткин «Основы электротехники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1986, 287 с.; ил.
4. В.Е. Китаев «Электротехника с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1980, 254 с.; ил.
5. И.А. Данилов «Общая электротехника»; Программированное учебное пособие для неэлектротехнических специальностей техникумов. М., «Высшая школа»; 1977, 416 с., с ил.
6. А.В. Грищенко, В.В.Стрекопытов «Электрические машины и преобразователи подвижного состава»; Учебное пособие для студентов СПО. М., Издательский центр «Академия», 2005. – 320 с.
7. П.Н. Новиков, В.Я. Кауфман «Задачник по электротехнике с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО. М., «Высшая школа»; 1998. – 336 с., с ил.

1. Организационный момент:

У.: Здравствуйте, присаживайтесь. Я рад, что Вы в полном составе собрались на сегодняшнем занятии по учебной дисциплине «Электротехника». Так как сегодня отсутствующих нет, а на столах я вижу полную готовность к уроку, то мы можем начать наш сегодняшней разговор. А начать бы мне хотелось с проверки домашнего задания.

Учащиеся слушают учителя.

2. Проверка домашнего задания:

У.: Итак, для проверки усвоения вами знаний по предыдущей теме я предлагаю вам выполнить несколько заданий:

Фронтальный опрос группы:

1. Какая электрическая машина называется генератором?

Ответ: Генератором называется электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.

2. На каком законе электромагнетизма основан принцип действия генераторов?

Ответ: Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции: ЭДС индуктируется в двух случаях: при движении проводника в магнитном поле и при изменении магнитного потока вокруг проводника.

3. Что представляет собой магнитное поле?

Ответ: Магнитным полем называется материальная среда, обнаружить которую возможно только опытным путём – внеся в это поле другое намагниченное тело или проводник с током, так как вокруг проводника с током возникает магнитное поле.

4. Какое электротехническое устройство называется электромагнитом и для чего оно предназначено?

Ответ: Электромагнит – это электротехническое устройство, состоящее из катушки и ферримагнитного сердечника, предназначенное для создания магнитного потока.

5. Особые требования, предъявляемые к электрическим машинам ПС

Ответ: К основным требованиям, предъявляемым электрическим машинам ПС относятся:

1. частота вращения находится в пределах 50–12000 об/мин;
2. широкий диапазон мощностей (от десятков Вт до десятков МВт);
3. минимальные габариты, масса, нагрузка на ось, габариты совпадающие с габаритами подвижного состава;
4. высокую надёжность работы.

6. Специфические условия эксплуатации электрических машин ПС.

Ответ: К специфическим особенностям работы электрических машин ПС относятся:

1. колебание температуры окружающей среды (от -50°С до + 50°С);
2. колебание влажности (95*3%);
3. запыление машин, установленных на открытом воздухе, встречным потоком воздуха;
4. конструкция машин и условия размещения её на подвижном составе должны обеспечивать удобный доступ к обслуживаемым частям.

7. Что называют асинхронным двигателем?

Ответ: машина переменного тока, состоящая из статора и ротора.

8. Назовите основные части асинхронного двигателя (слайд 2)

1 – передний подшипниковый щит

2 – выходной конец вала

3 – уплотнение подшипника

5 – лопатки вентилятора ротора

6 – короткозамыкающее кольцо

10 – сердечник статора

11 – сердечник ротора

12 – обмотка статора

13 – винт крепления кожуха вентилятора

14 – кожух вентилятора

15 – задний подшипниковый щит

17 – стопорное кольцо

18 – стопорный винт вентилятора

9. Объясните принцип действия асинхронного двигателя (Учащиеся по плакату рассказывают принцип действия асинхронного двигателя)

Учащиеся отвечают на вопросы учителя.

Индивидуальная работа по карточкам:

1.Дайте определение понятию статор — это__________________________________.

2. Напишите пары чисел и букв из первого и второго столбцов соответствующие определениям:

1. обмотка статора
2. станина
3. сердечник ротора
4. вал
5. короткозамыкающее кольцо
6. сердечник статора

Ответ : 1в; 2а; 3е; 4б; 5г; 6д

1. 1.Дайте определение понятию ротор — это__________________________________.

2. Напишите пары чисел из первого и второго столбцов соответствующие определениям:

1. паспортная табличка
2. сердечник статора
3. ребро станины
4. паз сердечника
5. клеммы обмотки
6. рым-болт
7. станина
8. обмотка статора

Ответ: 1з; 2д; 3в; 4г; 5ж; 6е; 7а; 8б.

Работу выполняют двое учащихся.

3. Целеполагание и мотивация:

У.: Мы повторили темы предыдущих занятий, а теперь давайте начнём изучать новый материал. Тема сегодняшнего занятия: Устройство синхронного генератора и принцип действия.

Ознакомьтесь с планом учебного занятия:

1. Определение понятия: Синхронный генератор. Назначение.

2. Устройство синхронного генератора.

3. Принцип действия синхронного генератора.

Учащиеся знакомятся с планом работы над новой темой.

У.: Будьте внимательны. По ходу изучения этой темы Вы будете выполнять несколько практических заданий.

4. Изучение нового материала:

Учащиеся по ходу изучения темы составляют конспекты.

1. Определение понятия: Синхронный генератор. Назначение.

У.: Как вы знаете, Генератором называется электрическая машина, преобразовывающая механическую энергию в электрическую. Синхронный генератор – это машина переменного тока, преобразовывающая какой-либо вид энергии в электрическую энергию. Синхронной называется бесколлекторная машина переменного тока, скорость вращения которой постоянна и определяется (при заданной частоте) числом пар полюсов: n = 60*f/p; (f = 50 Гц) , где р – количество пар полюсов. Например: двадцатиполюсный генератор должен иметь скорость n = 60*50/10 = 300 об/мин.

Учащиеся записывают определение Синхронный генератор в тетрадь.

У.: Мы выяснили, что такое Синхронные генераторы. Теперь, давайте посмотрим, где нашли эти машины своё применение. Для этого прочитайте стр.137, 138 учебника и выпишите в тетрадь Назначение синхронных двигателей.

Учащиеся выполняют задание.

У.: Так, каково же назначение синхронных генераторов?

Ответ: Синхронные двигатели применяются в качестве основных устройств, производящих электрическую энергию на электрических станциях, на металлургических заводах, в компрессорных и насосных агрегатах, вентиляторах, в электрочасах, системах звуко- и видеозаписи, устройствах автоматики.

У.: Правильно, вы верно справились с предложенным мной заданием. А теперь давайте рассмотрим устройство Синхронных генераторов . Я Вам о нём расскажу, а вы по ходу моего рассказа запишите основные части синхронного генератора.

Рассказ учителя по плакату. Выполнение заданий учащимися.

На рисунке показан общий вид синхронного генератора с возбудителем. Синхронный генератор состоит из статора, ротора, щётки, кольца. Устройство статора синхронного генератора аналогично устройству статора асинхронной машины. Ротор представляет собой электромагнит. По обмотке ротора протекает постоянный электрический ток. Для этой цели служат контактные кольца и щётки. В генераторе ротор вращается с помощью дополнительного устройства гидротурбины, паровой турбины, дизеля.

У.: Каковы же основные части Синхронного двигателя?

Ответ: Основные части синхронного двигателя – это статор, ротор, щётки, кольца.

У.: Верно, но каков же принцип работы Синхронного генератора. По ходу моего рассказа запишите алгоритм его работы.

Учащиеся выполняют задание учителя.

Из упрощённой схемы первичной машины, приведённой на стр.138 вашего учебника видно, что обмотка ротора подключается к источнику постоянного электрического тока, который создаёт магнитное поле возбуждения. Трёхфазная обмотка статора подключается также к источнику электроснабжения или к какой-либо энергосистеме. В генераторе ротор вращается с помощью дополнительного устройства гидротурбины, паровой турбины, дизеля с синхронной частотой вращения n 2 = n синхр. Магнитное поле ротора, вращаясь относительно статора, с частотой вращения n синхр., наводит в обмотке статора ЭДС индукции Е 0. Если цепь статора замкнута, в ней возникает ток, который создаёт магнитное вращающееся поле с помощью трёхфазной обмотке статора. Частота вращения этого поля относительно статора n 1 будет равна n синхр. Поскольку поле ротора первично, то можно сказать, что оно как бы ведёт за собой поле статора. Статорная обмотка синхронного генератора, находящегося на электростанции, подключается через трансформаторы к энергосистеме. В двигателе обмотка статора подключается к сети электроснабжения. Ток статора, создаёт вращающееся с синхронной частотой n синхр. Магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора. При вращении ротора магнитные полюсы статора и ротора должны быть противоположны и поле статора в этом случае будет вести поле ротора. (Рис 7.29. учебника, стр. 139). Это означает, что в отдельный момент времени, магнитное поле статора будет вращать ротор, в другие моменты – тормозить его. В синхронном двигателе частота вращения ротора равна синхронной, т.е. n 2 =n 1 =n синхр.

1. Обмотка ротора подключается к источнику постоянного электрического тока, который создаёт магнитное поле возбуждения.

2. Трёхфазная обмотка статора подключается также к источнику электроснабжения или к какой-либо энергосистеме.

3. Ротор вращается с синхронной частотой вращения n 2 = n синхр.

4. Магнитное поле ротора, вращаясь относительно статора, с частотой вращения n синхр., наводит в обмотке статора ЭДС индукции Е 0.

5. Если цепь статора замкнута, в ней возникает ток, который создаёт магнитное вращающееся поле с помощью трёхфазной обмотке статора. Частота вращения этого поля относительно статора n 1 будет равна n синхр.

6. В двигателе обмотка статора подключается к сети электроснабжения. Ток статора, создаёт вращающееся с синхронной частотой n синхр. магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора.

7.При вращении ротора магнитные полюсы статора и ротора должны быть противоположны и поле статора в этом случае будет вести поле ротора.

8. в отдельный момент времени, магнитное поле статора будет вращать ротор, в другие моменты – тормозить его. В синхронном двигателе частота вращения ротора равна синхронной, т.е. n 2 =n 1 =n синхр.

Учащиеся записывают алгоритм работы синхронного двигателя в тетрадь.

У.: Верно, вы справились с этим заданием, а теперь давайте закрепим полученные нами знания на уроке и выполним несколько практических заданий.

5. Закрепление изученного материала:

– Какая электрическая машина называется генератором?

Ответ: Генератором называется машина, преобразовывающая механическую энергию в электрическую.

– Почему машина называется синхронной?

Ответ: Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения магнитного поля равна скорости вращения ротора – из-за этого и название синхронная.

— Назовите основные части синхронной машины?

Ответ: Основные части синхронного двигателя – это статор, ротор, щётки, кольца.

Работа с карточками-заданиями :

№1: Число пар полюсов синхронного генератора 4.

Определить частоту вращения магнитного поля статора, если частота генерируемого тока 50 Гц.

f = 50 Гц; n = f*60/p = 50*60/4 = 750 об/мин.

№2: Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора с частотой ЭДС 50 Гц, если ротор его вращается с частотой 500 об/мин.

n = 500 об/мин; р = f*60/n = 50*60/500 = 6 пар.

№3: Генератор переменного тока имеет 10 пар полюсов и его ротор вращается с частотой 1200 об/мин. Сколько раз в секунду ток меняет своё направление?

n = 1200 об/мин; f/2 = p*n/60*2 = 10*1200/60*2 = 100 раз;

5.3. Работа с тестами:

1. Почему синхронный генератор называется синхронным?

1. Скорость вращения ротора больше скорости вращения магнитного поля;
2. Скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля;
3. Скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля.

2. Определить скорость двенадцатиполюсного синхронного генератора при частоте 50 Гц.

3. В каком генераторе, при заданной частоте, наибольшая скорость вращения?

1. с явновыраженными полюсами;
2. с неявновыраженными полюсами;
3. в бесполюсном.

4. Можно ли трёхфазную обмотку синхронного генератора большой мощности расположить на роторе?

1. можно;
2. нельзя;
3. можно, но нецелесообразно.

5. Четырёхполюсный ротор синхронного генератора вращается со скоростью 3000 об/мин. Определить частоту переменной ЭДС.

Урок по дисциплине «Электрические машины»

Протокол №_2___от «__02__»__10_ 2016 г.

Председатель ЦМК _________________ /О.А. Фарафонова/

Разработчик:

Краюшкин Владимир Александрович– преподаватель ГБОУ СПО ПО «Кузнецкий колледж электронных технологий» _____________

1. Пояснительная записка……………………………………………3

2. Характеристика занятия…………………………………………..7

3. Структурный план занятия……………………………………….9

6. Методические рекомендации…………………………………….5

7. Список используемой литературы……………………………….19

2) контрольные вопросы;

Пояснительная записка

Урок является самой распространенной и наиболее удачной формой учебной и воспитательной работы, хотя это не единственная форма проведения занятий. На уроке преподаватель проводит разнообразную работу по доведению новых знаний, развитию познавательных способностей, умений и навыков студентов, а также по их воспитанию.

Электротехнические дисциплины, в том числе и «Электрические машины» содержат большое количество учебного материала с высоким научно-техническим уровнем. Чтобы эффективно провести урок по изучению технически сложных тем, преподавателю недостаточно глубокое знание предмета, но в соответствии с требования педагогики, методики, сочетать фронтальную работу со всей группой с индивидуальной работой с отдельными студентами, а доходчивое изложение нового материала дополнять самостоятельной познавательной и поисковой деятельностью студентов.

Значительно повышает заинтересованность в изучении нового материала, прочность знаний и навыков правильное определение целей урока, разъяснение студентам практической значимости учебной работы при изучении теории электрических машин. Очень важную роль играет применение современных информационных технологий

При изложении нового материала необходимо, опираясь на ранее изученные материалу по этому предмету и знания, полученные на других дисциплинах, осуществляя определенную преемственность, выделить новую проблему, и, активизируя познавательные способности слушателей, мобилизуя студентов на поиск новых решений, знакомить их с новой темой. Для успешного изучения нового материала преподавателю необходимо умело сочетать решение двух основополагающих: обобщить богатство научных знаний и умело организовать активную познавательную деятельность студентов. Полученная на уроке информация должна быть в завершении обобщена и проанализирована, подкреплена практическими примерами. Поэтому в конце урока необходимо сделать вывод, чтобы у студента сложилась целостная картина.

Важным звеном в закреплении знаний являются повторение и опрос в виде тестов, решении задач, устных ответах и др. Проверке знаний присуща контрольная, воспитательная, обучающая и развивающая функции. Опрос важен для развития речи учащегося, умению кратко донести свои мысли до окружающих.

Методические рекомендации

Изучение устройства и принципа действия синхронных генераторов – этого технически сложного учебного материала, сопряжено с определенными трудностями: понимания принципа их действия, особенностей функционирования, необходимостью усвоения электромагнитных процессов при работе генератора.

С целью достижения получения студентами прочных знаний предлагается один из вариантов комбинированного занятия с поэтапным изучением новой темы.

На первом этапе осуществляется повторение ранее изученного материала, на базе которого строится изучение новой темы. Для этого используются:

— анализ самостоятельной работы студентов по исследованию работы генераторов с помощью компьютерных программ,

— решение тестовых задач о роли и влиянии различных электрических параметров на функционирование генератора в целом,

— устные ответы на контрольные вопросы по особенностям работы электрических машин, изученных ранее.

На втором этапе озвучивается проблема необходимости применения и конструирования синхронных генераторов, которые изучаются в новой теме, излагается тема и цель нового занятия.

На основном этапе для наиболее эффективного изучения принципа действия электрических машин материал излагается с максимальными возможностями современных информационных технологий:

— традиционные схемы, диаграммы, графики,

— мультимедийные демонстрации на экране электромагнитных процессов, протекающих при работе электрических машин,

— показ разновидностей данных машин и области их применения в виде презентаций и демонстрация других ЦОР.

В ходе изучения, с целью активизации познавательных, творческих способностей студентов, предлагается выполнить самостоятельную работу по анализу и синтезу изучаемых электрических машин.

На заключительном этапе с целью закрепления полученных знаний проводится устный фронтальный экспресс-опрос и решаются индивидуальные тестовые задачи. В завершении, с помощью демонстрации на экране контрольных вопросов проводится самопроверка правильности ответов.

В самостоятельной домашней работе студентам предлагается найти и подготовить информацию о современных разработках по данной теме.

Назначение и устройство синхронных машин

Синхронная машина — машина переменного тока, у которой скорость ротора при постоянной частоте тока в обмотках статора сохраняется постоянной и не зависит от величины нагрузки на валу машины.

Синхронные машины применяют главным образом для преобразования механической энергии первичных двигателей в электрическую, т е. в качестве генераторов электрической энергии переменного тока. Однако синхронные машины используют также в режимах двигателей, компенсаторов реактивной мощности и других устройств.

В промышленных установках наибольшее распространение получили трехфазные синхронные машины. Однофазные синхронные двигатели нашли применение в электроприводах компрессоров, мощных вентиляторов, двигатели малой мощности в различных автоматических приборах и т. п.

Устройство синхронной машины

Трехфазная синхронная машина состоит из неподвижного статора и вращающегося внутри него неявно- или явнополюсного ротора, между ними имеется воздушный зазор, радиальный размер которого определяется номинальной мощностью машины, ее быстроходностью и изменяется от долей до нескольких десятков миллиметров.

Статор такой машины по устройству практически не отличается от статора асинхронной машины, имеет трехфазную обмотку, начала фаз которой обозначают C1, С2, С3 и концы — С4, С5, С6 и выводят к зажимам с аналогичными обозначениями, что позволяет соединять фазы обмотки статора треугольником или звездой.

Фазы обмотки статора трехфазного синхронного генератора соединяют преимущественно звездой, так как это позволяет при трехфазной четырех проводной сети располагать линейными и фазными напряжениями, отличающимися друг от друга в √ 3 раз (рис. 1).

Рис. 1. Схема присоединении трехфазной четырехфазной сети к зажимам обмотки статора трехфазного синхронного генератора при соединении фаз звездой.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнитную систему постоянного тока с обмоткой, имеющей то же число полюсов, что и трехфазная обмотка статора. Магнитные силовые линии замыкаются между соответствующими северными и южными полюсами ротора через воздушный зазор и мапштопровод статора (рис. 2, а, б).

Обмотка ротора, или обмотка возбуждения, получает питание от выпрямителя или небольшого генератора постоянного тока — возбудителя, мощность которого составляет 0,5 — 10% номинальной мощности синхронной машины. Возбудитель может находиться на одном валу с синхронной машиной, приводиться от ее вала гибкой передачей или иметь привод от отдельного двигателя.

Неявнополюспый ротор синхронной машины — сплошной или составной цилиндр из углеродистой или легированной стали с пазами, профрезерованными на его поверхности в осевом направлении. В эти пазы уложена обмотка, выполненная изолированным медным или алюминиевым проводом. Начало И1 и конец И2 этой обмотки присоединяют к двум контактным кольцам, укрепленным на втулке из изолятора, расположенной: на валу машины, и вращающихся вместе с ротором.

К кольцам прижаты неподвижные щетки, от которых выведены провода к зажимам с маркировкой И1 и И2 для присоединения к источнику электрической энергии постоянного тока. Большие зубья цилиндра ротора, в которых нет пазов, образуют полюсы ротора.

Неявнополюсный ротор обычно имеет два или четыре полюса с чередующейся полярностью, его используют в быстроходных синхронных машинах, в частности в турбогенераторах — трехфазных синхронных генераторах, непосредственно соединенных с паровыми турбинами, рассчитанными на частоту вращении 3000 или 1500 оборотов в минуту при частоте переменного тока 50 Гц.

Рис. 2. Устройство трехфазной синхронной машины с ротором: а — неявнополюсным, б — явнополюсным, 1 — станина, 2 — магнитопровод статора, 3 — проводники статора, 4 — воздушный зазор, 5 — полюс ротора, 6 — полюсный наконечник, 7 — праведники ротора, 8 — катушечная обмотка возбуждения, 9 — короткозамкнутая обмотка, 10 — контактные кольца, 11 — щетки, 12 — вал.

Явнополюсный ротор синхронной машины с числом полюсов от четырех и более имеет массивное или шихтованное из стальных листов ярмо, на котором крепятся аналогичной конструкции стальные полюсы, имеющие прямоугольное сечение, заканчивающиеся наконечниками (рис. 2, б). На полюсах расположены соединенные между собой катушки, образующие обмотку возбуждении.

Такой ротор применяют в тихоходных синхронных машинах, которыми могут быть гидрогенераторы и и дизельгенераторы — трехфазные синхронные генераторы, непосредственно соединенные соответственно с гидравлическими турбинами или двигателями внутреннего сгорания, рассчитанными на частоту вращения 1500, 1000, 750 и ниже оборотов в минуту при частоте переменного тока 50 Гц.

Многие синхронные машины имеют на роторе помимо обмотки возбуждения еще медную или латунную короткозамкнутую успокоительную обмотку, которая в неявнополюсном роторе мало отличается от аналогичной обмотки ротора асинхронной машины, а в явнополюсном роторе она выполняется в виде неполной короткозамкнутой обмотки, стержни которой заложены только в пазы полюсных наконечников и отсутствуют в междуполюсном пространстве. Эта обмотка способствует затуханию колебаний ротора при неустановившихся режимах синхронной машины, а также обеспечивает асинхронный пуск синхронных двигателей.

Синхронные машины номинальной мощностью до 5 кВт иногда изготавливают в обращенном исполнении с обмоткой возбуждения на статоре и трехфазной обмоткой на роторе.

Эффективность работы трехфазного синхронного генератора

Работа трехфазных синхронных машин в генераторном режиме сопровождается потерями энергии, которые но своему характеру аналогичны потерям в асинхронных машинах. В связи с этим эффективность работы трехфазного синхронного генератора характеризуется значением коэффициента полезного действия (кпд), который в условиях симметричной нагрузки определяется по формуле:

η = ( √3 UIcosφ)/( √3 UIcosφ+ΔP) ,

где U и I — действующие, линейные напряжение и ток, cosφ — коэффициент мощности приемников, ΔP — суммарные потери, отвечающие данной нагрузке синхронной машины.

Величина коэффициента полезного действия (кпд) синхронных генераторов зависит от величины нагрузки и коэффициента мощности приемников (рис 3).

Рис. 3. Графики зависимости коэффициента полезного действия трехфазного синхронного генератора от нагрузки и коэффициента мощности приемников.

Максимальное значение кпд соответствует нагрузке, близкой к номинальной, и составляет для машин средней мощности 0,88-0,92, а для генераторов большой мощности доходит до значения 0,96-0,99. Несмотря на высокое значение кпд в крупных синхронных машинах из-за большого количества выделяемого тепла приходится применять охлаждение обмоток водородом, дистиллированной водой или трансформаторным маслом, что способствуют лучшему отводу тепла, а также позволяет создавать более компактные и эффективные трехфазные синхронные машины.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: