Устройство и принцип работы трехфазного синхронного генератора

Синхронный генератор – машина (механизм) переменного тока, которая преобразовывает определенный тип энергии в электроэнергию.

К таким устройствам относят электростатические машины, гальванические элементы,

солнечные батареи, термобатареи и т. п.

Синхронная машина состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор - состоит из корпуса и сердечника с трехфазной обмоткой. Корпус отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Он имеет ряд продольных ребер, которые увеличивают поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Ротор — вращающаяся часть машины — представляет собой систему полюсов, на которых расположена обмотка возбуждения. Ротор служит для создания основного магнитного потока. По кон­струкции различают роторы с явно и неявно выраженными полю­сами. Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения.

Ротор с явно выраженными полюсами состоит из стального вала, роторной звезды и полюсов возбуждения с полюс­ными катушками, укрепленными на ободе роторной звезды.Явнополюсный ротор имеет выступающие полюсы. Сердечники полюсов набирают оиз листов электротехнической стали толщиной 1-2 мм, которые прочно скрепляют в пакет стяжными шпильками. На валу ротора полюсы крепят болтами или при помощи Т-образного хвостовика полюса, укрепляемого в специальных пазах в стальном теле ротора.

Обмотку возбуждения наматывают изолированным медным проводом соответствующего сечения.

При больших частотах вращения (3 тыс об/мин), исходя из со­ображений механической

прочности, ротор выполняют неявнополюсным, и на его поверхности про­дольные пазы, в которые закладывают обмотку возбуждения.

Неявнополюсным называют ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов. Такие роторы выполняют обычно двух- или четырехполюсными.

Неявнополюоный ротор состоит из вала и стальной поковки с профрезерованными в ней пазами, в которые уложена обмотка возбуждения. В остальном неявнополюсный ротор конструктивно выполнен так же, как и явнополюсный.

Принцип работы трехфазного синхронного генерато­ра: Синхронными называются электрические машины, часто­та вращения которых связана постоянным соотношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина вклю­чена. Синхронные машины служат генераторами перемен­ного тока на электрических станциях, а синхронные двига­тели применяются в тех случаях, когда нужен двигатель, ра­ботающий с постоянной частотой вращения. Синхронные ма­шины обратимы, т.е. они могут работать и как генераторы, и как двигатели. Синхронная маши­на переходит от режима генератора к режиму двигателя в зависимости от того, действует ли на ее вал вращающая или тормозящая механическая сила. В первом случае она полу­чает на валу механическую, а отдает в сеть электрическую энергию, а во втором случае она потребляет из сети электри­ческую энергию, а отдает на валу механическую энергию.

Основной магнитный поток синхронного генератора, созда­ваемый вращающимся ротором, возбуждается посторонним источником-возбудителем, которым обычно является гене­ратор постоянного тока небольшой мощности, установленный на общем валу с синхронным генератором. Постоянный ток от возбудителя подается на ротор через щетки и контактные кольца, установленные на валу ротора.

На валу ротора устанавливают контактные кольца, к которым присоединяют выводы обмотки возбуждения. Кольца надежно изо­лируют от вала и друг от друга. К кольцам прилегают щетки,укрепленные в щеткодержателях, образуя скользящий контакт. Через него обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока. При подключении обмотки возбуждения вращающегося ротора к источнику постоянного тока созда­ется вращающийся вместе с ротором маг­нитный поток, пересекающий трехфазную обмотку статора и по закону электромаг­нитной индукции в каждой фазной обмотке образуется наводящий ЭДС.ЭДС статора составляет симметричную трехфазную ЭДС, и при подключении к обмотке статора симметричной нагрузки эта обмотка нагружается симметричной системой токов. Машина при этом работает в режиме генератора.

Как осуществляется самовозбуждение трехфазного синхронного генератора?

Для самовозбуждения необходимо:

- наличие остаточного намагничивания генератора;

- подключение обмотки возбуждения к выходным зажимам выпрямительного блока согласно с остаточным намагничиванием;

- чтобы сопротивление цепи возбуждения генератора не превышало некоторого критического значения.

 В маломощных син­хронных генераторах обыч­но используется самовоз­буждение: обмотка возбуж­дения питается выпрямлен­ным током гене­ратора.

Цепь возбуждения образуют трансформаторы тока, вклю­ченные в цепь нагрузки генератора, полупроводниковый вы­прямитель, собранный по схеме трехфазного моста, и обмотка возбуждения генератора с регулировочным реостатом.

Самовозбуждение генератора происходит следующим об­разом. В момент пуска генератора благодаря остаточной ин­дукции в магнитной системе появляются слабые ЭДС и токи в рабочей обмотке генератора. Это приводит к появлению ЭДС во вторичных обмотках трансформаторови небольшого тока в цепи возбуждения, усиливающего индукцию магнитно­го поля машины. ЭДС генератора возрастает до тех пор, пока магнитная система машины полностью не возбудится.

Для точной подгонки амплитуды ЭДС величину магнит­ного потока регулируют путем изменения тока в цепи воз­буждения регулировочным реостатом. Форма ЭДС должна быть синусоидальной. Синусоидальность ЭДС зависит прежде всего от распределения магнит­ной индукции в воздушном зазоре между статором и рото­ром. В явнополюсных машинах полюсным наконечникам ротора придают определенную форму (делают скосы по кра­ям). При этом воздушный зазор постепенно увеличивается от середины полюса к его краям, а магнитная индукция рас­пределяется по закону косинуса.

В неявнополюсных машинах нужного распределения магнитной индукции добиваются путем особого размещения обмотки возбуждения на поверхности ротора.