Устройство и принцип действия СГ

Цели работы

1. Закрепить знания принципа работы и устройства;
2. изучить рабочие характеристики, а также основные вопросы эксплуатации СГ.

Теоретический раздел

Устройство и принцип действия СГ

Синхронный генератор служит для преобразования механической энергии первичного двигателя в электрическую энергию переменного трехфазного тока. Устройство и принцип действия СГ показаны в упрощенном виде на рисунке 1.

Он состоит из неподвижного статора, в пазах сердечника которого уложена трехфазная обмотка переменного тока, и вращающегося ротора, на котором расположена обмотка возбуждения постоянного тока, получающая питание либо через щеточное устройство и контактные кольца, либо от возбудителя. Статор генератора по устройству не отличается от статора асинхронного двигателя. Ротор СГ может быть явнополюсным или неявнополюсным. Явнополюсный ротор применяется в тихоходных СГ (1500 об/мин), и состоит из крестовины на которой закреплены сердечники полюсов с надетыми на них катушками обмотки возбуждения (рисунок 1, а). Неявнополюсной ротор применяется в быстроходных СГ (3000 об/мин и выше) и представляет собой цилиндрическую поковку из высококачественной электротехнической стали, в которой фрезеруют продольные пазы (рисунок 1, б). В пазах укладывают распределенную обмотку возбуждения.

Постоянный ток, проходящий по обмотке возбуждения генератора, создает постоянное по величине магнитное поле, неподвижное относительно ротора. При вращении ротора с угловой скоростью это магнитное поле с такой же скоростью пересекает проводники обмотки статора, размещенные в пазах сердечника статора, и наводит в них электродвижущую силу (ЭДС). Мгновенное значение ЭДС витка в соответствии с законом электромагнитной индукции равно

[В],

где: B – индукция в месте расположения проводника, Т;

– активная длина проводника, м;

– окружная скорость магнитного поля, м/с.

Для получения трехфазных ЭДС и трехфазного переменного тока в пазах статора необходимо разместить под каждой парой полюсов ротора как минимум три витка, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 1/3 двойного полюсного шага 2 , т.е.. на 120 эл. градуса.

Выбором профиля полюсных наконечников в явнополюсных СГ или соответствующим распределением витков обмотки возбуждения в неявнополюсных генераторах обеспечивают синусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. В этом случае при равномерном вращении ротора ЭДС витков статора будет синусоидальной во времени (см. рисунок 1). Поскольку фазы обмотки статора сдвинуты в пространстве на 2 /3, а время прохождения полюсами расстояния, равного 2 , соответствует одному периоду изменения ЭДС, то и во времени ЭДС этих фаз будут сдвинуты по фазе на 1/3 периода. Если теперь к зажимам обмотки статора подключить трехфазный потребитель, то в замкнутых контурах потекут переменные токи, также сдвинутые по фазе на 1/3 периода. Частота тока и ЭДС в витках обмотки статора зависит от частоты вращения магнитного поля и числа пар полюсов р обмотки возбуждения Гц.

Рисунок 1 – Устройство и принцип действия синхронного генератора

В свою очередь, при наличии нагрузки генератора токи фаз обмотки статора создают свое магнитное поле Ф_а, вращающееся по статору в направлении вращения ротора с частотой вращения