Устройство и принцип действия синхронной машины

Устройство и принцип действия. Статор синхронной машины (рис. 19-8) имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины. Трехфазная или в общем случае m-фазная обмотка статора синхронной машины выполняется с таким же числом полюсов, как и ротор, и называется также обмоткой якоря. Сердечник статора

вместе с обмоткой называется также якорем. На рис. 19-8 условно показаны только выводные концы А, В, С обмотки статора.

Ротор синхронной машины имеет обмотку» возбуждения, питаемую Через два контактных кольца и щетки постоянным током от постороннего источника. В качестве источника чаще всего служит генератор постоянного тока относительно небольшой мощности (0, 3—3, 0% от мощности синхронной машины), который называется возбудителем и устанавливается обычно на одном валу с синхронной

Рис. 19-8. Принцип устройства явнополюеной (а) и неявнопо-люсной (б) синхронной машины

/ — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), 31 — обмотка возбуждения

машиной. Назначение обмотки возбуждения — создание в машине первичного магнитного поля. Ротер вместе со своей обмоткой возбуждения называется также индуктором. При изготовлении синхронных машин нринимаются меры к тому, чтобы распределение индукции поля возбуждения вдоль окружности статора было по возможности близко к синусоидальному.

Если ротор синхронной машины {рис. 19-8) привести во вращение с некоторой скоростью я об/сек и возбудить его, то поток ■ возбуждения Ф^ будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах последней будут индуктироваться э. д. с, с частотой

Э. Д. с. статора составляют симметричную трехфазную систему э. д. с, и при подключении к обмотке статора симметричной на-грузйи эта обмотка нагрузится симмметричной системой токов. Машина при этом будет работать в режиме генератора.

При нагрузке обмотка статора создает такое же по своему характеру вращающееся магнитное поле, как и обмотка статора асинхронной машины (см. § 19-2). Это поле статора вращается в направлении вращения ротора со скоростью

«i = /i/P» об/сек.

Если подставить сюда /_х из формулы (19-12), то получим

% = п.

Поля статора и ротора вращаются с одинаковой скоростью и образуют, таким образом, общее вращающееся поле, как и в асинхронной машине,

Поле статора (якоря) оказывает воздействие на поле ротора (индуктора) и называется в связи с этим также полем реакции якоря.

Синхронная машина может работать и в качестве двигателя, если подвести к обмотке ее статора трехфазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора поле статора увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается ~в ту же сторону и с такой же скоростью, как и поле статора.

Из формулы (19-12) следует, что чем больше число пар полюсов синхронной машины р, тем меньше должна быть ее скорость вращения п для получения заданной частоты fi. Соотношения между рия, при 1_г = 50 гц также соответствуют данным табл. 19-1.

По своей конструкции синхронные машины подразделяются на явнополюсные (рис. 19-8, а) и неявнополюсные (рис. 19-8, б).

Явнополюсные синхронные машины (рис. 19-8, а) имеют выступающие полюсы и изготовляются с числом полюсов 2р За 4. На рис. 19-9 представлены фотографии егйтора и ротора явнополюсного синхронного двигателя.

Сердечники полюсов явнополюсных машин (рис. 19-10) набираются из листов стали толщиной 1—2 мм й стягиваются с помощью шпилек. В средних и крупных машинах полюсы крепятся к выступам вала, к втулке вала или к ободу крестовины с помощью Т-образных хвостов. В малых машинах полюсы крепятся также с помощью болтов. Обмотка возбуждения крупных машин наматывается из голой полосовой меди на ребро, и проводники обмотки изолируются друг от друга изоляционными прокладками.

В полюсных наконечниках синхронных двигателей (рис-. 19-9), в соответствующих пазах, помещаются стержни Пусковой обмотки из материала с повышенным удельным сопротивлением (латунь и др.), которые привариваются по торцам к короткозамыкающим сегментам, а последние соединяются в общие короткозамыкающие

Рис. 19-9. Ротор и статор синхронного двигателя типа ДСЗ-21-21-16 на 17 000 кв-а,

14000 кет, 10 000 в, 375 об/мин

кольца. Такая обмотка напоминает беличью клетку короткозам-кнутого асинхронного двигателя и служит для асинхронного пуска синхронного двигателя (см. § 36-1 и 37-1). Такие же по конструкции обмотки, но из медных стержней изготовляются нередко в синхронных генераторах и называются в этом случае успокоительными или демпферными обмотками (о роли демпферных обмоток см. § 39-1). В последнее время полюсы синхронных двигателей часто делают также массивными из стальных поковок, и в этом случае роль пусковой обмотки выполняют сами массивные полюсы. Торцы наконечников соседних полюсов при этом соединяются проводниками в виде планок.

Явнополюсные синхронные машины с горизонтальным валом обычно имеют аксиально-радиальную вентиляцию. У двигателя, изображенного на рис. 19-9, воздух засасывается по обоим торцам машины с помощью вентиляционных лопаток на ободе ротора, затем проходит между полюсами и по воздушному зазору, далее через радиальные каналы в сердечнике статора и выпускается наружу через окна на боковых поверхностях корпуса статора.

Явнополюсные синхронные машины мощностью до 10-12 кет имеют иногда также так называемую обращенную конструкцию, когда индуктор (полюсы) является неподвижным, а якорь вращается. Такие машины напоминают по устройству машины постоянного тока, у которых коллектор заменен тремя контактными кольцами для отвода тока из обмотки якоря. Для крупных машин обращенная конструкция невыгодна, так как отвод из обмотки якоря больших токов при высоком напряжении с помощью колец и щеток чрезвычайно затруднителен и сложно осуществить надежную изоляцию вращающейся якорной обмотки высокого напряжения.

Явнополюсные синхронные машины с горизонтальным валом широко используются в качестве двигателей и генераторов, в частности в качестве так называемых дизель-генераторов, соединяемых с дизельными двигателями внутреннего сгорания. Дизель-генераторы обычно имеют один подшипник, вал генератора жестко

Рис. 19-10. Полюсы явнополюсной синхронной машины

/ — обмотка возбуждения; 2 — сердечник полюса с полюсным наконечником и Т-образным хвостом; 3 — междукатушечные соединения, 4 — шпилька для крепления междукатушечного соединения, 5 — пружина для сжатия обмотки, 6 — клинья

соединяется с валом дизеля, и в качестве второй опоры ротора генератора используется подшипник самого дизеля. Во избежание затруднений, которые могут возникнуть при работе дизель-генератора вследствие неравномерности вращающего момента дизеля как поршневой машины (см. § 39-1), дизель-генератор снабжается маховиком или его ротор выполняется с повышенным маховым моментом (моментом инерции). Аналогичную конструкцию имеют

Рис. 19-11. Капсульный гидрогенератор

1 — капсула; S — статор генератора; 3 — ротор генератора; 4 — направляющий аппарат турбины; 5 — ротор гидравлической турбины; 6 и S — Подшипники;

7 — вал

также синхронные двигатели, предназначенные для привода поршневых компрессоров.

Синхронные генераторы, сочленяемые с гидравлическими турбинами, работающими на гидроэлектростанциях, называются гидрогенераторами. Они имеют явнополюсную конструкцию и при мощностях до нескольких тысяч киловатт чаще всего также выполняются с горизонтальным валом. В последние годы все большее применение начинают находить так называемые капсульные гидрогенераторы.(рис. 19-11), также имеющие горизонтальный вал. Такие генераторы заключаются в водонепроницаемую оболочку, или капсулу, которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через турбину. Такая конструкция применяется для низконалорных гидростанций и позволяет отказаться от машин-

ного зала и достичь большей компактности станции, что приводит к ее удешевлению. Капсульные гидрогенераторы изготовляются на мощности до нескольких десятков тысяч киловатт.

Вертикальные гидрогенераторы (рис. 19-12) представляют собой особый класс явнополюсных синхронных машин, которые имеют вертикальный вал и соединяются непосредственно с гидравлическими турбинами.

Гидравлические турбины в зависимости от напора воды и мощностей имеют обычно относительно малую скорость вращения (п — 60 ■ *- 500 об/мин). Скорость вращения тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше мощность турбины. Гидрогенераторы поэтому являются тихоходными машинами и имеют большие размеры и веса, а также большое количество полюсов. В СССР изготовлены уникальные и самые крупные в мире гидрогенераторы мощностью до 500 000 квш- Данные ряда изготовленных в СССР гидрогенераторов приведены в табл. 19-2. В этой таблице, кроме использованных ранее, приняты следующие обозначения; D_a — диаметр расточки статрра: / — длина активной части генератора; б — величина зазора (под серединой полюсного наконечника); G_t — вес генератора; g_t — вес на единицу мощности; G_n — давление на подпятник.

Весьма ответственной частью вертикального гидрогенератора является упорный подшипник, или подпятник, который воспринимает веса вращающихся частей генератора и турбины, а также давление воды на лопасти турбины. Поэтому на подпятник действуют огромные усилия (см. табл. 19-2). Особенно трудны условия работы подпятника при пуске и тем более при остановке агрегата, так как при малой скорости вращения масляный клин (пленка) между скодагчщими поверхностями подпятника не образуется и генератор с, турбиной не «всплывают». Вследствие большой инерции гидроагрегата время его выбега (остановки) при закрытии воды и отключении от сети велико. Для уменьшения продолжительности вращения агрегата с низкой скоростью при его остановке применяются тормоза. Кроме подпятников, гидрогенераторы имеют также направляющие подшипники, которые воспринимают радиальные усилия.

На одном валу с гидрогенератором, в верхней его части (рис. 19-12), в большинстве случаев устанавливаются также вспомогательные машины: возбудитель генератора (иногда с подвоз-будителем) и регуляторный генератор, который представляет собой небольшой синхронный генератор с полюсами в виде постоянных магнитов и предназначен для питания двигателей масля-нсго автоматического регулятора турбины. Подвозбудитель представляет собой небольшой генератор постоянного тока, который служит для возбуждения основного возбудителя, питающего

Рис. 19-12. Вертикальный гидрогенератор зонтичного типа

/ — статор, 2 — ротор; 3 — тормоз-домкрат; 4 — грузонесущая крестовина; 5 — маслоохладитель; 6 — подпятник, 7 — направляющий подшипник; 8 — возбудитель; 9 — подвозбудитель, 10 — контактные кольца, // — регуляторный генератор; 12 — воздухоохладитель, 13 — трубы для тушения пожара, 14 — фундаментные плиты; 15 —

вентиляционные крылышки

Таблица 19-2

⇐ Предыдущая44454647484950515253Следующая ⇒

Поделиться: