СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Синхронные генераторы вырабатывают электрическую энергию трехфазного тока. Почти все генераторы переменного тока, устанавливаемые на больших и малых электрических станциях, являются синхронными генераторами. Мощность этих генераторов может быть самая различная, начиная от нескольких киловатт и кончая сотнями киловатт. В основу принципа работы этих генераторов положено явление электромагнитной индукции.

Принцип действия и устройство.

Простейший генератор трехфазного переменного напряжения состоит, из статора 1 и ротора 4. Статор является неподвижной частью электрической машины и выполнен из сердечника в виде кольца 1, на котором намотаны три катушки 2 с одинаковым количеством витков в каждой. Оси катушек сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Катушки имеют выводы обозначенные буквами А, В, С. Во внутрь статора установлен ротор. Состоит ротор из вала 4, на котором закреплен сердечник 3 с обмоткой возбуждения 5. Концы обмотки ротора подсоединены к двум контактным медным кольцам.

Для возбуждения генератора, к контактным кольцам подключают источник Еп постоянного напряжения. Ток проходящий от источника напряжения, через обмотку возбуждения ротора создает вокруг него электромагнитное поле. Ротор генератора приводится во вращение от двигателя. Электромагнитное поле ротора начинает вращаться вместе с ротором синхронно, поэтому генератор получил название синхронный.

Вращающееся электромагнитное поле ротора пронизывает обмотки расположенные на сердечнике статора, сначала полюсом N, а затем полюсом S и в них индуктируется э.д.с. Так как направление магнитного потока ротора Ф изменяется по направлению, то согласно закона об электромагнитной индукции в обмотках А,В,С возникают переменные э.д.с. одной и той же частоты, имеющие одинаковые амплитуды, но сдвинутые одна относительно другой по фазе на 1/3 периода или угол 120 градусов (см. рис.2).

Рис.2

-79-

Величина е.д.с. генератора зависит от числа оборотов ротора и его магнитного потока.

Е = Се Ф n, где Ф – магнитный поток, n – число оборотов ротора, Се – конструктивная постоянная величина, учитывающая размеры, числа витков обмоток генератора, материалы и т.д. При увеличении числа оборотов ротора или магнитного потока ротора э.д.с. увеличивается, при уменьшении оборотов или магнитного потока э.д.с. уменьшается. Частота переменного тока зависит от числа оборотов ротора f = Рn/60, где Р – число пар полюсов, n – число оборотов ротора. При увеличении числа оборотов ротора генератора частота увеличивается, при уменьшении оборотов частота уменьшается. Таким образом, частоту переменного тока в генераторе можно регулировать оборотами ротора, а величину э.д.с. магнитным потоком. Каждую из обмоток трехфазного генератора вместе с присоединенной к ней внешней цепью принято называть фазой. Любая из этих обмоток является самостоятельным источником электрической энергии и может замыкаться на свой потребитель. В этом случае получается несвязанная трехфазная система, требующая для передачи энергии шесть проводов. На практике такие системы не применяют. Обычно обмотки трехфазного генератора и потребители трехфазного тока соединят «звездой» или «треугольником».

При соединении обмоток генератора «звездой» концы трех обмоток соединяются в одну точку, которая называется нулевой точкой, или нейтралью генератора. Схемы соединения «звездой» могут соединяться с потребителями тремя проводами или четырьмя проводами. При соединении потребителей тремя проводами нулевой провод к нагрузке не подключается, такая схема соединения называется «звезда» без общего нулевого провода.

При соединении четырьмя проводами к нагрузке подключается общий нулевой провод, такая схема соединения называется «звезда» с нулевым проводом.

При соединении «звезда» с нулевым проводом с обмоток генератора можно снимать два вида напряжения. Напряжение, возникающее между фазами обмоток называется линейным напряжением и обозначается (Uл). Напряжение, возникающее между любой фазой и нулевым проводом называется фазным напряжением и обозначается (Uф). Линейное напряжение при таком виде соединения больше фазного в 1,73 раза. Uл = 1,73 Uф. В схеме «звезда» с нулевым проводом нагрузку можно подключать на два вида напряжения фазное и линейное. Схема «звезда» с нулевым проводом применяется при неравномерной нагрузке (например, при включении осветительной нагрузке). Схема «звезда» без нулевого провода применяется при включении равномерной нагрузке (например, электродвигатель).

-80-

При соединении обмоток трехфазного генератора «треугольником» (рис.3) конец первой обмотки соединяется с началом второй В обмотки, конец второй обмотки соединяется с началом С третьей обмотки и конец третьей обмотки – с началом А первой. Три линейных провода, идущих к электрическим потребителям, присоединяются к началам А, В, и С фаз. Точно так же могут соединяться и отдельные потребители. При этом соединении фазные напряжения Uф равны линейным Uл и не зависят от сопротивлений фаз потребителей. Uф = Uл.

Линейный ток будет больше фазного в 1,73 раза. Iл = Iф 1,73. Большим достоинством схемы «треугольник» является то, что при изменении нагрузки в отдельных фазах напряжения во всех фазах в отличие от схемы «звезда» остаются неизменными. Благодаря этому свойству схема «треугольник» получила широкое применение для осветительной нагрузки. Применяется она также и для включения электродвигателей.

Вопросы для закрепления материала: