Рис. 57. Устройство синхронной машины: а) с неявно выраженными полюсами; б) ротора машины с явно выраженными полюсами
Трехфазные синхронные генераторы, двигатели и синхронные компенсаторы имеют в принципе одинаковое устройство.
Неподвижная часть машины, называемая статором (рис. 57а), состоит из стального или чугунного корпуса 1, в котором закреплен цилиндрический сердечник 2 статора. Для уменьшения потерь на перемагничивание и вихревые токи его набирают из листов электротехнической стали. В пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка 3, выполняемая так же, как и обмотка статора асинхронных двигателей. Сердечник статора в совокупности с обмоткой статора называется якорем машины. В подшипниковых щитах, прикрепленных с торцевых сторон к корпусу, либо в стояках, закрепленных на фундаменте, расположены подшипники, несущие вал 4 вращающейся части машины – ротора или индуктора.
Синхронные генераторы гидроэлектростанций выполняют обычно с вертикальным расположением вала. На валу размещен цилиндрический сердечник 7 ротора, выполняемый из сплошной стали. В пазах сердечника ротора уложена обмотка возбуждения 8, питаемая постоянным током.
Для присоединения обмотки возбуждения к внешней электрической цепи на валу укрепляют два изолированных друг от друга и от вала контактных кольца 6, к которым пружинами прижимаются неподвижные щетки 5. Обмотка 8 служит для возбуждения основного магнитного поля машины.
Питание обмотки возбуждения осуществляется от генератора постоянного тока (возбудителя), вал которого соединен с валом синхронной машины, от полупроводникового преобразователя переменного тока в постоянный либо от других источников постоянного тока. Мощность для питания обмотки возбуждения составляет 1—3 % мощности машины.
На рисунке 57а показан разрез двухполюсной синхронной машины с неявно выраженными полюсами ротора. Такие машины изготовляют на частоты вращения 3000, 1500 и 1000 об/мин. Машины, предназначенные для работы с меньшими частотами вращения (750, 600, 500 об/мин и т. д.), имеют явно выраженные полюсы, число которых тем больше, чем меньше частота вращения. На рисунке 57б показано устройство ротора восьми-полюсной машины с явно выраженными полюсами.
59. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА
Если обмотку возбуждения генератора подключить к источнику постоянного тока, то МДС обмотки будет создано основное магнитное поле, характеризуемое магнитным потоком Ф0.
Рис. 58. Векторная диаграмма ЭДС машины
Так как катушки фаз обмотки якоря имеют одинаковые числа витков и смещены в пространстве относительно друг друга на 120°, то при вращении магнитного поля в трех фазах будут индуктироваться три ЭДС, одинаковые по амплитуде и частоте, сдвинутые по фазе друг относительно друга также на угол 120°. Чтобы при постоянной частоте вращения ЭДС изменялись по закону, близкому к синусоидальному, магнитная индукция вдоль воздушного зазора, разделяющего магнитопроводы статора и ротора, должна быть распределена также примерно по синусоидальному закону. В машинах с явно выраженными полюсами это достигается за счет неодинакового воздушного зазора между сердечником статора и полюсными наконечниками, в машинах с неявно выраженными полюсами – за счет соответствующего распределения обмотки возбуждения по пазам сердечника статора.