Главная | Обратная связь

Устройство синхронных машин

Конструктивно синхронная машина, подобно другим электрическим машинам, состоит из двух частей – якоря, несущего обмотку, и индуктора, на котором располагаются полюсы для создания магнитного поля возбуждения. В обмотке якоря индуктируется ЭДС и протекает ток нагрузки, то есть именно в этой части происходит преобразование энергии. В общем случае неподвижная часть машины переменного тока называется статором, а вращающаяся часть – ротором. Каждая из этих двух основных частей содержит по нескольку конструктивных элементов.

На рисунке 7.1 показано устройство судового СГ серии МСС с обозначением основных элементов. Корпус вместе с торцевыми щитами является несущей конструкцией для всех частей машины. Корпус судового синхронного генератора выполняется брызгонепроницаемым или брызгозащищенным. К корпусу крепятся воздуховоды для подвода и отвода охлаждающего воздуха. Для машин морского исполнения корпус, подшипниковые щиты или стояки выполняются стальными. В случае применения подшипников качения подшипниковые щиты и корпусы подшипников исполняются разъемными, что допускает промывку подшипников и замену консистентной смазки без съема подшипников с вала и разборки машины. Все внешние кабели подводятся к выводным зажимам через сальники.

Сердечник статора закрепляется в корпусе машины и служит магнитопроводом для основного магнитного потока. Сердечник набирается из отдельных листов электротехнической стали, имеющих на внутренней окружности пазы. Эти листы штампуются из листов толщиной 0,5 мм и покрываются с обеих сторон изоляционным лаком.

Такая конструкция сердечника необходима для уменьшения потерь от вихревых токов, индуктируемых переменным (вращающимся) магнитным полем.

В пазы сердечника укладывается трехфазная обмотка, которая в современных машинах выполняется двухслойной. Обмотка целиком пропитывается специальным лаком и просушивается в печах при определенных температурах, что повышает электрическую прочность, теплопроводность, изоляции и уменьшает ее гигроскопичность, а также скрепляет элементы изоляции, повышая ее механическую прочность. В крупных машинах пропитываются отдельные стержни обмотки. Для этой же цели применяется пропитка компаундами, причем ввиду отсутствия в них летучих растворителей заполнение пор изоляции при компаундировании получается более совершенным. Поверхность изоляции обмоток покрывается изоляционными эмалями

Как отмечалось в главе 5 по конструкции ротора в зависимости от скорости вращения синхронные машины разделяются на два основных типа: явнополюсные, т. е. машины с явно выраженными полюсами, и неявнополюсные. Если машина имеет одну пару полюсов р = 1, то для получения стандартной частоты f= 50 гц скорость вращения ротора должна быть 3000 об/мин. При такой скорости вращения машин большой мощности с большим диаметром ротора окружная скорость на поверхности ротора достигает в судовых турбогенераторах 90…100 м/сек, а стационарных 160 м/сек. Развивающиеся при этих скоростях центробежные силы создают в отдельных частях ротора весьма большие механические напряжения, поэтому изготовление для таких скоростей явнополюсных роторов с достаточной механической прочностью невозможно. Для таких скоростей применяются неявнополюсные роторы, изготовленные из цельной цилиндрической стальной поковки высокой прочности, в которой для снятия внутренних напряжений и контроля качества по всей длине ротора просверливают центральное отверстие.

На цилиндрической поверхности такого ротора в радиальном направлении фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения и закрепляется в пазах при помощи металлических клиньев, изготовляемых из немагнитных сплавов.

Лобовые части обмотки ротора, на которые также воздействуют большие центробежные силы, крепятся стальными массивными бандажами.

Обмотка возбуждения распределяется не по всей окружности цилиндрического ротора, примерно третья часть окружности остается свободной от пазов, образуя так называемый большой зуб. Такое расположение обмотки возбуждения обусловливает практически синусоидальное распределение магнитного поля ротора, и вследствие этого достигается синусоидальное изменение во времени ЭДС обмотки статора.

Явнополюсные машины проще в изготовлении, поэтому при числе пар полюсов р ≥ 2 синхронные машины стремятся выполнять с явнополюсным ротором. Полюс у роторов, как правило, набирается из отдельных штампованных листов конструкционной стали толщиной 1…2 мм. Листы стягиваются в пакет шпильками. Полюсы крепятся к остову ротора Т-образными хвостами и клиньями. Очертание полюсного башмака обеспечивает синусоидальное рас­пределение МДС ротора (см.главу 5).

Обмотка возбуждения явнополюсных роторов выполняется в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения. Катушки обмотки возбуждения размещены на сердечниках полюсов и укреплены полюсными наконечниками. В машинах большой мощности катушки наматываются из полосовой меди на ребро, отдельные витки обмотки изолируются друг от друга. Мощность, необходимая для возбуждения генератора, составляет обычно 3…5% от его номинальной мощности.

Питание обмотки возбуждения может осуществляться от любого источника постоянного тока, обычно для этой цели используются генераторы постоянного тока малой мощности, которые размешаются на одном валу с синхронным генератором.

В настоящее время широкое применение находят генераторы с самовозбуждением серий МСС, МСК, БСГ, у которых обмотка возбуждения питается от обмотки статора через полупроводниковые выпрямители. Явнополюсные роторы кроме обмоток возбуждения имеют, как правило, успокоительную (демпферную) обмотку, назначением которой является гашение колебаний ротора при переходных процессах и при режимах несимметричной нагрузки генератора. Успокоительная обмотка выполняется из медных стержней, которые закладываются в пазы полюсных наконечников и по торцам замкнуты кольцами, в результате чего получается короткозамкнутая обмотка в виде «беличьей клетки».

В неявнополюсных машинах функции успокоительной обмотки наполняет массивный сердечник ротора и массивные бандажи на лобовых частях обмотки возбуждения.

К другим важным элементам конструкции СМ относятся:

- подшипниковые щиты, которые присоединяются к торцам станины на болтах и служат для размещения подшипников, и в которых

вращается вал ротора;

- щеточное устройство, необходимое для обеспечения подвода постоянного тока к вращающейся обмотке возбуждения, уложенной на роторе;

- клеммная коробка, в которой размещены шесть выводов от трех фаз обмотки статора (они обозначены: С₁ — С₄, С₂ — С₅, С₃— С₆) и два вывода обмотки ротора (обозначены р₁, р₂), в ней осуществляется соответствующее соединение фазных обмоток и соединение СМ с внешними сетями переменного и постоянного тока.