Устройство и работа синхронного генератора

Синхронные машины могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Электрический синхронный генератор (генератор) — это электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой механическая энергия преобразуется в электрическую. Побочным эффектом генераторов, также как и электродвигателей, является выделение тепла.

Генератор переменного тока был изобретен выдающимся русским электротехником П. Н. Яблочковым и был предназначен для питания электрических свечей. По принципу работы он ничем не отличался от современных генераторов, являясь первым многофазным генератором. На его статоре были уложены изолированные друг от друга несколько обмоток, каждая из которых имела свою связь с группой электрических свечей.

Поскольку синхронные генераторы и синхронные двигатели обладают обратимостью, то их устройства одинаковы. В связи с этим конструкцию генератора можно рассмотреть на примере синхронного двигателя, представленного в пункте 3.1.

Схема работы генератора, обеспечивающего питание током различного вида силовые нагрузки, приведена на рис. 20.

Рис. 20. Схема работы синхронного генератора с возбудителем:

1 — генератор; 2 — механическая передача; 3 — пульт управления; 4 — осветительная нагрузка; 5 — силовая нагрузка; 6 — возбудитель; 7 — источник постоянного тока Приводной двигатель (дизельный двигатель, гидротурбина, аккумуляторная батарея и т. п.), вращая через механическую передачу 2 ротор генератора 1 с определённой частотой, развивает вращающий момент. При этом по обмотке ротора протекает постоянный ток от возбудителя 6, питаемого от источника постоянного тока 7 (аккумуляторная батарея, генератора трактора и др.). Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения, создаёт магнитный поток ротора.

Вращаясь вместе с ротором относительно статора, магнитный поток, в соответствии с законом электромагнитной индукции, индуцирует в каждой фазе обмотки статора генератора электродвижущую силу. При замкнутой с помощью рубильника, расположенного на пульте управления 3 внешней цепи, по обмоткам статора протекает ток нагрузки /, который, в свою очередь, образует магнитодвижущую силу статора.

Магнитодвижущая сила статора создаёт магнитный поток реакции статора и поток рассеяния, который замыкается поперёк пазов статора и вокруг лобовых частей обмотки статора. Потоки реакции статора и поток рассеяния наводят в обмотке статора суммарную электродвижущую силу.

Магнитные потоки статора складываются с магнитным потоком ротора, который, взаимодействуя с током статора /, образует тормозной момент, противодействующий вращающему моменту механической передачи 2. Вырабатываемая статором генератора 1 активная мощность поступает в электрическую нагрузку: осветительную сеть 4, на привод силовой нагрузки 5 и т. п.

Для включения генератора в сеть необходимо:

• — одинаковое чередование фаз в сети и генераторе;
• — равенство напряжения сети и электродвижущей силы генератора;
• — равенство частот электродвижущей силы ЭДС генератора и напряжения сети;
• — включать генератор в тот момент, когда электродвижущая сила генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.

Невыполнение этих условий ведёт к тому, что в момент включения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и вывести из строя генератор.

При включении генераторов в сеть используются специальные устройства — синхроноскопы.

Простейшим синхроноскопом является три лампы накаливания, включаемые между зажимами генератора и контактами сети. Лампы должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети и до включения генератора будут одновременно загораться и гаснуть.

В момент, когда электродвижущая сила генератора равна и направлена навстречу напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на каждой лампе равно нулю. При погасании ламп генератор включается в сеть.

До включения генератора в сеть электродвижущая сила его измеряется вольтметром, установленного на пульте управления 3 и, регулированием тока возбуждения, устанавливают её, равной напряжению сети.

Частота электродвижущей силы генератора регулируется изменением частоты вращения приводного двигателя.

Контрольные вопросы

• 1. Что такое синхронный двигатель?
• 2. Где применяются синхронные двигатели?
• 3. Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного?
• 4. Как устроен синхронный двигатель?
• 5. Из чего состоит статор и ротор синхронного двигателя?
• 6. Как устроен ротор с неявно выраженными полюсами?
• 7. Как работает синхронный двигатель?
• 8. Как устроен и работает синхронный генератор?