Синхронный генератор. 
Устройство и принцип действия электрических машин

Синхронная машина — это машина переменного тока, у которой частота вращения ротора и частота вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, равны.

Основное применение синхронных машин, как уже отмечалось, — в генераторном режиме. Более того: почти вся электроэнергия на земле и атмосферных ЛА вырабатывается машинами именно этого типа. Синхронный генератор (СГ) — весьма совершенное энергетическое устройство: удельная масса авиационных СГ составляет 0,3…0,25 кг/кВА и менее.

Как следует из закона электромагнитной индукции, для получения ЭДС необходимо создать магнитное поле и обеспечить относительное перемещение (вращение) силовых линий этого поля и проводников. Магнитное поле создается с помощью постоянных магнитов или проводников с током, а вращение ротора на ГЭС — гидротурбинами, на тепловых и атомных станциях — паровыми турбинами, на атмосферных ЛА и в автомобилях — от авиаи автомобильных двигателей и т. д. Во всех случаях механическая мощность двигателей преобразуется в электроэнергию переменного тока.

Устройство. На рис. Представлена упрощенная конструкция синхронного генератора. Статор СГ не отличается принципиально от статора асинхронной машины: он имеет шихтованный магнитопровод, в пазах которого размещена трехфазная обмотка якоря ОЯ. Ротор состоит из шихтованного явнополюсного магнитопровода (на рис. — с одной парой полюсов:) с сосредоточенной обмоткой возбуждения, которая через контактные кольца и щетки подключается к источнику постоянного напряжения, и потребляя ток, создает магнитное поле .

Работа. Если, приложив момент, привести ротор во вращение, то силовые линии магнитного поля, перемещаясь вместе с ротором, будут пересекать поочередно проводники фаз, , обмотки якоря и наводить в них ЭДС еА, еВ, еС (направления — на рис.).

При подключении к обмотке якоря нагрузки в фазах образовавшейся цепи потечет ток и выделится электрическая мощность. Одновременно появится электромагнитная сила, действующая со стороны ротора на проводники ОЯ; такая же по величине, но противоположно направленная сила действует со стороны проводников на ротор, обусловливая электромагнитный момент тормозного характера. Рост нагрузки (и, соответственно,) увеличивает, заставляя повышать вращающий момент и подводимую мощность .

Краткая запись рабочего процесса.

;

таким образом.

.

Уровень выходного напряжения генератора при изменении нагрузки и в силу других причин может изменяться. Для поддержания его в заданных пределах изменяют, воздействуя на и, следовательно, .

Взаимные фазы. При одному обороту ротора соответствует один период изменения ЭДС. Так как обмотки фаз сдвинуты друг относительно друга на треть окружности, фазы еА, еВ, еС отличаются на треть временного периода. Так, если.

.

то, .

Частота ЭДС при равна частоте вращения ротора: [с^-1]. В частности, для получения ЭДС частотой 400 Гц (борт атмосферных ЛА) ротор должен вращаться с частотой 400 с^-1 = 24 000 мин^-1. Чтобы уменьшить n (повысить надежность, ресурс…) машину выполняют многополюсной (). На рис. приведена электромагнитная схема генератора с: ротор имеет две пары полюсов, а обмотка якоря каждой пары полюсов расположена в пределах полуокружности (сравнить с рис.). В этом случае за один оборот ротора происходит два полных периода изменения ЭДС якоря.

.

В общем случае.

.