Особливості конструкції і характеристики реальних синхронних машин

Синхронні електричні машини знаходять застосування не тільки в якості двигунів в електроприводі, але й широко використовуються також в якості генераторів електричної енергії і компенсаторів реактивної енергії. Їх потужність може досягати декількох сотень тисяч кіловат. Синхронні двигуни (СД) традиційно знаходять застосування в нерегульованих електроприводах великої потужності (понад 150 кВт). В даний час з розвитком силової перетворювальної техніки все активніше застосовуються синхронні двигуни і в регульованих електроприводах потужністю від декількох ватів до сотень кіловат.

Конструкція статора синхронної машини принципово не відрізняється від конструкції статора асинхронної машини. На шіхтованного статорі в пазах розташовується в загальному випадку багатофазна (частіше трифазна) обмотка, що живиться багатофазної системою струмів, в результаті чого утворюється обертове магнітне поле. За функціональним призначенням обмотка статора є якірної обмоткою, тобто в ній наводиться ЕРС руху і за допомогою неї забезпечується обмін енергією між мережею і машиною.

Конструкції роторів синхронних машин бувають явнополюснимі і неявнополюсними. Ротор явнополюсних машин має виступаючі полюса, аналогічно тому, як це зображено в найпростішої моделі на рис. 8.54. Проте реальні конструкції явнополюсних роторів зазвичай мають кілька пар полюсів (при живленні від промислової мережі частотою 50 Гц число пар полюсів може досягати декількох десятків) і, відповідно, вдвічі більше число полюсних виступів.
Конструктивне виконання ротора залежить також від способу створення потоку збудження. Полюса на явнополюсном роторі можуть бути створені як постійними магнітами, так і обмоткою збудження, тому розрізняють, відповідно, машини з магнітоелектричним і електромагнітним збудженням. Перші іноді називають безконтактними синхронними машинами, тому в них відсутні ковзаючі контакти. Вони не споживають енергії на збудження і мають підвищений ККД, більш надійні в роботі.

З освоєнням промисловістю висококоерцитивною магнітотвердих матеріалів з великою магнітною енергією інтерес до таких машин неухильно зростає. Саме на їх основі ефективно реалізуються безконтактні двигуни постійного струму. Їх недоліки пов’язані з відносно високою вартістю і зі зростаючою складністю кріплення постійних магнітів на роторі по мірі зростання швидкості і вихідної потужності, а також з неможливістю зміни потоку збудження в процесі експлуатації. В даний час їх виготовляють на потужності від одиниць ват до декількох кіловат.

Зазвичай явнополюсние ротори застосовують також у великих машинах з електромагнітним збудженням при відносно низькій частоті обертання (від 1000 об / хв і менше). Полюса в принципі можуть виконуватися суцільними, оскільки в сталому режимі роботи магнітний потік нерухомий щодо ротора і не викликає в ньому втрат енергії. Однак, як правило, для зниження магнітних втрат в перехідних режимах, а також з технологічних міркувань магнітопроводи роторів набираються з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 – 1 мм і стягуються за допомогою шпильок.
Обмотка збудження великих машин для кращого охолодження намотується з неізольованою смугової міді, що ізолюється між шарами спеціальними ізоляційними прокладками. У полюсних наконечниках ротора розміщується короткозамкнутая пускова обмотка з провідникового матеріалу з підвищеним опором (наприклад, з латуні). За допомогою цієї обмотки забезпечується асинхронний пуск синхронного двигуна.

При високих частотах обертання (3000, 1500 об / хв.) У великих синхронних машинах зазвичай використовують неявнополюсного конструкцію ротора, через зростаючої складності забезпечення міцності кріплення полюсних виступів і обмотки збудження на них із зростанням швидкості. Такі двигуни мають циліндричний ротор з масивної сталевої поковки з пазами в які вкладається розподілена обмотка збудження.
Для одержання кривої ЕРС, близької за формою до синусоїди необхідно, щоб крива поля в повітряному зазорі була розподілена за синусоїдальним законом. У явнополюсних машинах для цього зазор між полюсами ротора і статором виконують неоднаковим. Зазвичай під краями зазор приймають в 1.5 – 2 рази більшим, ніж під серединою. У неявнополюсного машинах поліпшення форми поля досягається відповідним нерівномірним розподілом пазів на роторі.

Крім того, на роторі синхронних машин з електромагнітним збудженням розташовуються контактні кільця. За допомогою кілець і прилеглих до них щіток роторна обмотка підключається до джерела постійної напруги.

Посилання на основну публікацію