Як влаштовані синхронні машини?

У більшості синхронних машин вживається звернена конструктивна схема в порівнянні з машинами постійного струму, т. Е, система збудження розміщена на роторі, а якірна обмотка на статорі. Це пояснюється тим, що через ковзаючі контакти простіше виконати підведення порівняно слабкого струму до обмотки збудження, ніж струму до робочій обмотці. Магнітна система синхронної машини показана на рис. 1.

Полюса порушення синхронної машини розташовані на роторі. Сердечники полюсів електромагнітів виробляються так само, як в машинах постійного струму. На нерухомій частині - статорі розміщений сердечник 2, набраний з ізольованих листів електротехнічної сталі, в пазах якого розташована робоча обмотка змінного струму - зазвичай трифазна.

Мал. 1. Магнітна система синхронної машини

При обертанні ротора в обмотці якоря наводиться змінна е.р.с., частота якої прямо пропорційна частоті обертання ротора. Протікає по робочій обмотці змінний струм робить своє магнітне поле. Ротор і поле робочої обмотки крутяться з однаковою частотою - синхронно. У руховому режимі крутиться робоче поле захоплює за собою магніти системи збудження, а в генераторному - навпаки.

Розглянемо конструкцію найпотужніших машин - турбо- і гідрогенераторів. Турбогенератори приводяться в обертання паровими турбінами, які більш економні при великих частотах обертання. Тому турбогенератори роблять з найменшим числом полюсів системи збудження - 2-мя, що відповідає найбільшій частоті обертання 3000 об / хв при промисловій частоті 50 Гц.

Основна проблема турбогенераторостроенія полягає в розробці надійної машини при граничних величинах електронних, магнітних, механічних і термічних навантажень. Ці вимоги накладають відбиток на всю конструкцію машини (рис. 2).

Мал. 2. Форма турбогенератора: 1 - контактні кільця і ​​щітковий апарат, 2 - підшипник, 3 - ротор, 4 - бандаж ротора, 5 - обмотка статора, 6 - статор, 7 - висновки обмотки статора, 8 - вентилятор.

Ротор турбогенератора здійснюється у вигляді цільної поковки діаметром до 1,25 м, довжиною до 7 м (робоча частина). Повна довжина поковки з урахуванням вала становить 12 - 15 м. На робочій частині фрезеруються пази, в які вкладається обмотка збудження. Таким чином виходить двополюсний електромагніт циліндричної форми без явно виражених полюсів.

При виробництві турбогенераторів використовуються нові матеріали і конструктивні рішення, а саме конкретне охолодження активних частин струменями охолоджуючого агента - водню або води. Для отримання величезних потужностей доводиться нарощувати довжину машини, що і присвоює їй дуже типовий вигляд.

Гідрогенератори (рис. 3) по конструкції значно відрізняються від турбогенераторів. Економічність режиму гідравлічних турбін залежить від швидкості водяного потоку, т. Е. Напору. На рівнинних річках зробити великий напір нереально, тому частоти обертання турбін дуже низькі - від 10-ів до сотень об / хв.

Щоб отримати промислову частоту 50 Гц, а також вони тихохідні машини доводиться робити з величезним числом полюсів. Для розміщення величезної кількості полюсів доводиться нарощувати діаметр ротора гідрогенератора, час від часу до 10 - 11 м.

Мал. 3. Поздовжній розріз гідрогенератора зонтичного типу: 1 - маточина ротора, 2 - обід ротора, 3 - полюс ротора, 4 - сердечник статора, 5 - обмотка статора, 6 - хрестовина, 7 - гальмо, 8 - підп`ятник, 9 - втулка ротора.

Створення потужних турбо- і гідрогенераторів представляє складну інженерну задачу. Потрібно вирішити цілий ряд питань механічного, електричного, термічного і вентиляційного розрахунків і забезпечити технологічність конструкції у виробництві. Ці завдання під силу лише потужним конструкторсько-виробничим колективам і фірмам.

Дуже цікаві конструкції різних типів синхронних микромашин, в яких широко використовуються системи з незмінними магнітами і реактивні системи, т. Е. Системи, у яких робоче магнітне поле взаємодіє ні з магнітним полем збудження, а з феромагнітними виступаючими полюсами ротора, що не мають обмотки.

Але все-таки основна область техніки, де синхронні машини зараз не мають суперників - це енергетика. Всі генератори на електричних станціях від найпотужніших до пересувних виробляються на базі синхронних машин.

Мал. 4. Синхронний турбогенератор

Що все-таки стосується синхронних двигунів, то їх слабким місцем є проблема запуску. Сам по собі синхронний двигун зазвичай не може розігнатися. Для цього він забезпечується спеціальною пусковою обмоткою, що працює за принципом асинхронної машини, що ускладнює конструкцію і сам процес запуску. Тому синхронні двигуни зазвичай випускаються на середні і величезні потужності.

Школа для електрика