Устройство и принцип действия синхронной машины

По своей конструкции синхронные машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные (рис.3.2).

Статор синхронной машины имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины и называется якорем. Трехфазная обмотка якоря синхронной машины выполняется с таким же числом полюсов, как и ротор. На рис.3.2 условно показаны только клеммы начал фаз А, В, С обмотки якоря.

Рис. 3.2

1 - статор (якорь); 2 - ротор (индуктор); 3 - обмотка возбуждения

Ротор синхронной машины имеет обмотку возбуждения, подключенную через два контактных кольца и щетки к источнику постоянного тока. Назначение обмотки возбуждения – создание в машине основного магнитного потока. Ротор вместе с обмоткой возбуждения называется индуктором.

Если ротор синхронной машины привести во вращение с частотой вращения n и

возбудить его, то поток возбуждения будет индуктировать в обмотке якоря ЭДС с

частотой .

ЭДС обмотки якоря составляют симметричную трехфазную систему и при подключении к обмотке якоря генератора симметричной нагрузки, эта обмотка нагрузится симметричной системой токов. Машина при этом будет работать в режиме генератора.

При нагрузке обмотка якоря создает свое вращающееся магнитное поле, которое

вращается в том же направлении, что и ротор с частотой , об/мин. Поля якоря и ротора вращаются с одинаковой частотой и неподвижны друг относительно друга.

Синхронная машина может работать и в качестве двигателя, если подвести к обмотке якоря трехфазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия магнитных полей якоря и ротора, поле якоря увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается в том же направлении, что и поле якоря.^

3.2. Магнитное поле обмотки возбуждения синхронной машины

Явнополюсная машина. Распределение магнитной индукции поля обмотки возбуждения. На рис. 3.3,а изображено магнитное поле обмотки возбуждения в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины на протяжении полюсного деления

на внутренней поверхности якоря представлено на рис. 3.3,б. Реальное распределение

(1) магнитной индукции , вследствие несинусоидальности, можно разложить на основную (2) и высшие гармонические составляющие.

Рис.3.4 Рис. 3.3

Выше названные гармоники поля обмотки возбуждения индуктируют в обмотке якоря основную и высшие гармоники ЭДС. Высшие гармоники ЭДС малы, так как малы соответствующие им гармоники магнитной индукции поля обмотки возбуждения, а также и из-за укорочения шага обмотки якоря и ее распределения.

Амплитуда основной гармоники поля равна

,

где - амплитуда реального распределения индукции поля обмотки

возбуждения; - коэффициент формы поля обмотки возбуждения; -

минимальный воздушный зазор; - максимальный воздушный зазор; - длина дуги

полюсного наконечника;a - коэффициент полюсной дуги; - магнитная проницаемость

воздуха; - коэффициент воздушного зазора; - коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси (продольная ось d совпадает с продольной осью симметрии каждого полюса индуктора, поперечная ось q посередине между соседними главными

полюсами); - магнитодвижущая сила (МДС) полюса обмотки возбуждения; wf, if - число витков и ток обмотки возбуждения.

Обычно , , что позволяет обеспечить высокие значения

коэффициента формы поля обмотки возбуждения

^ Неявнополюсная машина. Распределение магнитной индукции поля обмотки возбуждения. На рис.3.4,а изображено магнитное поле обмотки возбуждения в воздушном зазоре неявнополюсной синхронной машины на протяжении полюсного

деления на внутренней поверхности якоря представлено на рис.3.4,б. Реальное

распределение (1) магнитной индукции имеет вид трапеции, которое можно разложить на основную (2) и высшие гармонические составляющие.

Амплитуда основной гармоники поля обмотки возбуждения

,