Особенности конструкции

Синхронные машины по конструкции ротора подразделяются на машины с явновыраженными полюсами (в основном это гидрогенераторы, дизельгенераторы, а также синхронные двигатели, синхронные компенсаторы) и неявнополюсные машины с цилиндрическим (гладким) ротором (в основном это турбогенераторы).

Статоры обеих типов СМ принципиально не отличаются друг от друга; на двойном полюсном делении в пазах статора уложена трехфазная обмотка.

Магнитопровод явнополюсного ротора имеет две оси магнитной симметрии: продольную ось (ось d) и ось, проходящую посередине междуполюсного пространства, которую называют поперечной осью (ось q) (рис.2.1, а). Неявнополюсный ротор также имеет две оси симметрии – продольную ось d, совпадающую с магнитной осью обмотки возбуждения, и поперечную ось q (рис. 2, б). В отличие от явнополюсного ротора магнитное сопротивление по осям d и q, обусловленное воздушным зазором, практически одинаковое, т.к. зубчатость ротора по оси q незначительно изменяет магнитное сопротивление в продольной оси.

Рис. 2.1. Явнополюсная CM 2р = 4 – а; неявнополюсная СМ 2р = 1 – б

Обмотка возбуждения в неявнополюсном роторе распределена по части окружности ротора в отличие от явнополюсного ротора, где она имеет вид сосредоточенной обмотки.

На явноплюсном роторе кроме обмотки возбуждения часто размещается еще и демпферная обмотка, представляющая собой медные или латунные стержни в верхней части ротора и замкнутые между собой по его торцам.

Действие демпферной обмотки аналогично обмотке ротора асинхронного двигателя, поэтому в синхронных генераторах она препятствует любым отклонениям частоты вращения от синхронной, а в синхронных двигателях и компенсаторах служит пусковой обмоткой.

На рис. 2.2 представлена продольная демпферная обмотка, стержни которой в пределах полюсной дуги замкнуты сегментом.

При замыкании всех стержней полюсов по окружности ротора коротко замыкающим кольцом (рис. 2.3), на роторе получается продольно-поперечная демпферная обмотка.

В синхронных машинах с цилиндрическим ротором при несинхронном вращении магнитного поля статора и ротора в теле ротора, который выполняется литым или кованым, возникают значительные вихревые токи; за счет их взаимодействия с обмоткой статора демпфируются любые отклонения скорости ротора от синхронной.

Магнитное поле, возбуждаемое токами статорной обмотки, обмоткой возбуждения, демпферными обмотками неоднородно из-за сложной конфигурации магнитной цепи машины.

 Наличие зубцовых зон в магнитопроводе статора и ротора вызывает появление высших гармонических магнитного поля в воздушном зазоре. Кроме того, высшие гармоники и субгармоники в воздушном зазоре вызывают м.д.с. статорной и роторной обмоток. Для получения синусоидального напряжения, повышения коэффициента полезного действия синхронного генератора в реальной синхронной машине выполняются различные конструктивные мероприятия, направленные на получение синусоидального поля в воздушном зазоре. Эти вопросы подробно изучаются в дисциплине «Электрические машины».

Учет особенностей реального магнитного поля на всех участках магнитопровода при составлении уравнений синхронной машины для задач анализа переходных процессов сложен. Однако для выявления общих закономерностей переходных процессов достаточно использовать идеализированную модель синхронной машины, основные положения идеализации в которой следующие.

1. Магнитная проницаемость сердечников машины  принимается равной бесконечности. Это означает, во первых, что магнитная система машины не насыщена, а, во вторых, магнитная индукция в любой точке воздушного зазора определяется суммой индукций, создаваемых любыми обмотками машины.

2. Магнитопровод и обмотки машины симметричны. Это означает, что в трехфазной обмотке все фазные обмотки имеют одинаковые числа витков и одинаковые активные сопротивления, взаимный сдвиг магнитных осей фазных обмоток одинаков, стержни демпферной обмотки симметричны относительно осей d и q, а обмотка возбуждения идентична на всех полюсах ротора.

3. Магнитное поле в воздушном зазоре, создаваемое обмотками машины, синусоидально. Таким образом, в расчет принимается только первая (основная) гармоника поля, не учитываются высшие гармоники поля, вызванные зубчатостью статора и ротора, а также высшие и субгармоники поля реакции статора.