Главная | Обратная связь

Принцип действия синхронного генератора

В основе работы синхронного генератора лежит закон электромагнитной индукции. Для индуктирования в проводниках статорной обмотки СГ синусоидальной по форме ЭДС

(7.3)

необходимо, чтобы магнитная индукция В в воздушном зазоре между ротором и статором СГ по длине окружности имела синусоидальный закон распределения, то есть

, (7.4)

где τ – полюсное деление (часть окружности, приходящаяся на один полюс), а х = υt; В – индукция магнитного поля в воздушном зазоре; l – активная длина проводника статорной обмотки; υ – нормальная составляющая скорости движения проводника статорной обмотки относительно магнитного поля в воздушном зазоре.

Такое синусоидальное в пространстве магнитное поле создается в СГ за счет конструктивных особенностей ротора, что было показано в главе 5. Частота f изменения этой ЭДС определяется формулой

(7.4)

где n — скорость вращения ротора, об/мин.

Действующее значение ЭДС фазы можно рассчитать по формуле

(7.5)

где W – число последовательно соединенных витков в обмотке фазы; К_об – обмоточный коэффициент (К_об < 1 из-за того, что обмотка имеет укороченный шаг и распределена по нескольким пазам фазной зоны зубцового слоя статора.

В трехфазном СГ действующее значение ЭДС во всех фазных обмотках должно быть одинаково.

Поскольку фазы обмотки статора сдвинуты в пространстве на 120°, то и ЭДС фаз имеют сдвиг в 120°. При соединении фаз в звезду (Y) или треугольник (Ñ) из соотношения

E_m[sinw t + sin(w t + 120⁰) + sin(w t – 120⁰)] (7.6)

следует, что алгебраическая сумма трех ЭДС фаз в каждый момент времени равна нулю и при разомкнутой внешней цепи ток в обмотке статора равен нулю.

Из формул (7.4) и (7.5) видно, что изменение частоты можно получить за счет изменения скорости вращения ротора n, а изменение ЭДС фазы (при обычном условии f = const) — изменяя величину тока в обмотке возбуждения, то есть за счет изменения магнитного потока ротора Ф₀.

При подключении потребителей к обмоткам трехфазного синхронного генератора, по ним проходят переменные токи, создающие вращающееся магнитное поле статора. Число полюсов этого поля всегда равно числу полюсов ротора, а скорость его вращения равна скорости ротора.

В установившемся режиме работы СГ под нагрузкой поля ротора и статора неподвижны относительно друг друга и разноименные полюса этих полей имеют магнитное притяжение, причем ось результирующего магнитного поля смещена на некоторый угол относительно полюсов ротора, который тем больше, чем больше нагрузка СГ.

В СГ в процессе взаимодействия магнитных полей ротора и статора, поле ротора является «ведущим», а поле статора «ведомым», в машине действует электромагнитный момент, который направлен навстречу вращению ротора, то-есть. является тормозным и должен преодолеваться первичным двигателем СГ (турбиной, дизелем и т. п.,).

На Европейском континенте принята частота f = 50 Гц, поэтому СГ в зависимости от числа пар полюсов, определяемого конструкцией, может иметь только вполне определенную скорость вращения (см. формулу 7.4). Например, СГ Днепровской ГЭС имеют p = 72 и их синхронная скорость вращения составляет n = 41,66 об/мин.