Принцип действия синхронного генератора

Рис.37. Функциональная схема синхронного генератора.

На статоре 1 расположена трёхфазная обмотка.

На роторе расположен полюса с обмоткой возбуждения 2, получающей питание постоянным током через скользящие контакты двух неподвижных щёток, осуществляющих контакт с двумя контактными кольцами, расположенными на валу ротора.

Приводным двигателем (ПД), в качестве которого используется турбина, двигатель внутреннего сгорания либо другой источник механической энергии. При этом магнитное поле от полюсов ротора вращается и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС E_Α, E_Β и E_C, которые одинаковы по значению и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120 эл. град, образуют симметричную трёхфазную систему ЭДС.

C подключением нагрузки к зажимам обмотки статора С1, С2 и С3 в фазах обмотки статора появляются токи I_Α, I_Β, I_C. Эти токи создают в статоре вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора. Таким образом, в синхронной машине магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно.

Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом

синхронном генераторе e = 2×Bδ×ℓ×V×w

где Bδ – магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл;

ℓ – активная длина сердечника статора, м;

V=π D n – линейная скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с;

D – внутренний диаметр сердечника статора, м;

w - число витков в фазной обмотке статора.

Начала обмоток фаз А, В, С образуют шины генератора, к которым присоединяется нагрузка, например электродвигатель. Концы фаз обмоток соединяют в звезду. Так образуется трёхфазная система токов и напряжений, изменяющиеся по синусоидальному закону.

На практике для определения величины ЭДС используется формула:

Е₁ = 4.44×Ф×f₁×w₁×к_обм1, где

Ф- магнитный поток от полюсов ротора,

f=50 Гц - частота переменного тока и напряжения в фазах,

w =число витков обмотки в фазе;

к_обм- обмоточный коэффициент;

f – частота изменения ЭДС генератора зависит от скорости вращения ротора генератора, вращаемого турбиной.

Частота определяется по формуле , где Р-число пар полюсов на роторе, n-скорость вращения ротора [об/мин].

В рассматриваемом генераторе два полюса, т.е. p=1. Для получения ЭДС промышленной частоты (50 Гц) в таком генераторе согласно формуле , ротор необходимо вращать с частотой n₁ = 3000 об/мин.