Синхронна машина - це електрична машина змінного струму, частота обертання ротора якої дорівнює частоті обертання магнітного поля в повітряному зазорі.
Синхронні двигуни отримали широке поширення в промисловості для електроприводів, що працюють з постійною швидкістю (компресорів, насосів і т.д.). Останнім часом, внаслідок появи перетворювальної напівпровідникової техніки, розробляються регульовані синхронні електроприводи.
Пристрій синхронної машини
Статори синхронної і асинхронної машин повністю однакові.
Статор синхронного генератора складається з чавунної станини - корпуса, всередині якого знаходиться сердеч-ник статора, зібраний з окремих листів електротех-нічної стали, ізольованою між собою лаком або тонким папером. У пази сердечника укладають обмотку статора з мідного ізольованого проводу (рис. 164).
Ротори синхронних генераторів бувають двох типів - явнополюснимі і неявнополюсними (балванки).
Явнополюснимі виконують ротори синхронних генераторів з невеликим числом оборотів (від 125 об / хв до 1500 об / хв), зазвичай з'єднуються з тихохідними гідротурбінами, і генераторів НЕ-великої і середньої потужності.
Ротори неявнополюсного застосовують в генераторах з великим числом оборотів (3000 об / хв) і великої потужності, зазвичай з'єднуються на одному валу з паровими турбінами, називають ці генератори турбогенераторами.
Сердечники полюсів здебільшого виготовляють з литої сталі, а черевики - іноді з окремих листів електротехнічної сталі. Обмотку полюсів виконують з мідних ізольованих проводів. Для отримання синусоидально змінюється е.р.с. необхідно мати синусоидальное розподіл магнітної індукції в воз-задушливому зазорі. Це досягається нерівномірністю воз-задушливого зазору між наконечником полюса і сталлю статора: по краях полюсів повітряний зазор більше, ніж під серединою полюса (рис. 167).
На вал генератора надягають два кільця, ізольований-них від нього, до яких приєднують висновки обмотки збудження ротора, їх називають контактними кільцями. На контактні кільця встановлюють щітки, а до щіток підводять постійний струм від віз-будителя.
Найчастіше в якості возбуди-теля застосовують машину постійного-ного струму, яку називають машинним збудником, а в по-останньої час використовують для збудження тверді або механи-етичні випрямлячі. У більшої кількості син-Хроні машин збудник рас-покладено на одному валу з гені-ратором, а в останніх конструкціях збудник распо-лага зверху статора синхронної машини.
Принцип дії синхронного генератора
Синхронний генератор складається з нерухомої - статора, в пазах якого міститься трифазна обмотка змін-ного струму, і обертається - ротора, який перед-ставлять собою електромагніт.
Обмотки збудження ротора харчуються через щітки і кільця постійним струмом від збудника - машини постійного струму або якогось випрямляча.
Якщо припустити, що магнітна індукція розподіляється в воз-задушливому зазорі синусоидально -. то ЕРС, індукована в якірній обмотці генератора, буде мати вигляд:
Під дією цієї ЕРС в ланцюзі генератора, замкнутої на навантаження Z, з'явиться змінний струм. Частота змінної ЕРС розглянутого ге-нератора визначається частотою обертання ротора: при одній парі полюсів поля збудження () одному обороту ротора відповідає один період змінного струму. У загальному випадку частота ЕРС синхронного генератора (Гц) прямо пропорційна частоті обертання ротора [об / хв], тобто
Обмотка, в якій індукується ЕРС, розташована на нерухомої частини генератора - на статорі. При цьому обмотку збудження розташовують на роторі. Така конструктивна схема найбільш раціональна в синхронних машинах великої потужності, так як при розташуванні робочої обмотки на ро-торі довелося б передавати в робочу об-мотка через контактні кільця значні потужності при напрузі до 20 кВ. У цих ус-ловиях робота контактних кілець і щіток стала б вельми ненадійною, а втрати енергії в ще-точному контакті - значні. При распо-додатку робочої обмотки на статорі висновки цієї обмотки приєднують безпосередньо до електричної мережі. Звичайно, і в цьому випадку машина не позбавляється від контактних кілець і щіток, необхідних для з'єднання обмотки збудження зі збудником. Але так як вели-чину струму збудження в десятки разів менше робочого (змінного) струму, а напруга не перевищує 450 В, то щітковий контакт працює більш на-надійно, а втрати енергії в ньому невеликі.
Виходячи з перерахованих міркувань синхронні машини, як правило, виконують з робочою обмоткою, що розташовується на статорі.
Обмотка статора синхронних машин зазвичай являє собою трифазну обмот-ку, з'єднується в зірку або трикутник.
На роторі розташована обмотка збудження, при підключенні якої до джерела постійного струму (збудника) виникає магнітне поле збудження. Як і засобом первинного двигуна ротор ге-нератора приводять в обертання зі швидкістю. При цьому магнітне поле ротора обертаючись индуктирует в трифазній обмотці статора ЕРС ,,, які, буду-чи однаковими за величиною і зсунутими по фазі відносно один одного на 120, утворюють трифазну симетричну систему ЕРС.
Більшість синхронних генераторів проектують на промислову частоту 50 Гц. Для отримання ЕРС такої частоти необхідно, щоб частота обертання ротора дорівнювала