Типы синхронных машин и их устройство

Синхронная машина состоит из неподвижной части — ста­тора — и вращающейся части — ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных дви­гателей, т. е. состоят из корпуса, сердечника и обмот­ки.

Конструктивное исполнение статора синхронной машины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины. Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм плас­тины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Корпуса статоров крупногабаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобства транспортировки и монтажа этих машин.

Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двига­телей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели). Применение любого из перечис­ленных двигателей принципиально влияет на конструкцию син­хронного генератора.

Если приводным двигателем является гидравлическая турби­на, то синхронный генератор называют гидрогенератором. Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60—500 об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе приме­няют ротор с большим числом полюсов.

Рис. 19.3. Конструкция роторов синхронных машин: а — ротор с явно выраженными полюсами; б—ротор с неявно выраженными полюсами

Рис. 19.4. Гидрогенератор Братской ГЭС (225 МВт, 15,8 кВ, 125 об/мин):

1 — корпус статора; 2 — сердечник статора; 3— полюс ротора; 4 — o6oi ротора; 5 — грузонесущая крестовина

Роторы гидрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию, т. е. с явно выраженными полюсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдель­ного узла, состоящего из сердечника /, полюсного наконечника 2 и полюсной катушки 3 (рис. 19.3, а). Все полюсы ротора закреп­лены на ободе 4, являющемся также и ярмом магнитной системы машины, в котором замыкаются потоки полюсов. Гидрогенераторы обычно изготовляются с вертикальным расположением вала (рис. 19.4).

Паровая турбина работает при большой частоте вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной ма­шиной. Роторы этих генераторов выполняют либо двухполюсны­ми (n1= 3000 об/мин), либо четырехполюсными (n1 =1500об/мин).

Рис. 19.5. Турбогенератор: 1 — возбудитель; 2 — корпус; 3 — сердечник статора; 4 — секции водородного охлажде­ния; 5 — ротор.

В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям меха­нической прочности в турбогенераторах применяют неявнлюсный ротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для обмотки возбуждения (см. рис. 19.3, б). Сердечник неявнополюсного ротора изготовляют в виде цельной стальной поковки вмес­те с хвостовиками (концами вала) или же делают сборным. Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь 2/з его поверхности (по периметру). Оставшаяся '/3 поверхно­сти образует полюсы. Для защиты лобовых частей обмотки ро­тора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывают стальными бандажными кольцами (каппа­ми), изготовляемыми обычно из немагнитной стали.

Турбогенераторы (рис. 19.5) и дизель-генераторы изготовля­ют с горизонтальным расположением вала. Дизель-генераторы рассчитывают на частоту вращения 600—1500 об/мин и выпол­няют с явнополюсным ротором (рис. 19.6).

Большую группу синхронных машин составляют синхронные двигатели, которые обычно изготовляются мощностью до не­скольких тысяч киловатт и предназначены для привода мощных вентиляторов, мельниц, насосов и других устройств, не требую­щих регулирования частоты вращения. Рассмотрим устройство синхронного двигателя серии СДН2 (рис. 19.7). Двигатели этой серии изготовляются мощностью от 315 до 4000 кВт при частотах вращения от 300 до 1000 об/мин и предназначены для включе­ния в сеть частотой 50 Гц при напряжении 6 кВ.

Рис. 19.6. Синхронный генератор (дизель-генератор): 1 — контактные кольца; 2 — щеткодержатели; 3 — полюсная катушка ротора; 4 — по­люсный наконечник;-5 — сердечник статора; 6 — вентилятор; 7 — вал

Сердечник статора 4, запрессованный в стальной корпус, состоит из пакетов-сегментов, собранных из штампованных лис­тов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для лучшего охлаждения двигателя пакеты разделены радиальными вентиля­ционными каналами шириной по 10 мм. Обмотка статора

Рис. 19.7: Устройство синхронного двигателя серии СДН2двухслойная с укороченным шагом (см. гл. 7). Сердечники по­люсов 11 ротора крепятся к остову 3 шпильками 5. Обмотка ротора состоит зполюсных катушек. Контактные кольца 8 кре­пятся на конце вала. На роторе имеются лопатки 6 центробеж­ного вентилятора. Стояковые подшипники скольжения 2 и 7 уста­новлены на подшипниковых полущитах 1 и 9. Двигатель с тор­цовых сторон прикрыт стальными щитами 13. В обшивке 10

Рис. 19.8. Полюс синхронного двигателя

корпуса имеются вентиляционные окна, прикрытые жалюзи. На бо­ковой поверхности корпуса расположена коробка выводов 14. Возбуждение двигателей осуществляется от тиристорных преоб­разователей с автоматическим регулированием тока возбуждения при пуске и остановке двигателей.

На рис. 19.8 показано более подробно устройство элемента синхронного двигателя, характерное для большинства конструк­ций. На вал 1 посажен шихтованный обод 2, на котором посред­ством Т-образного хвостовика крепится сердечник полюса 3, вы­полненный заодно с полюсным наконечником. Сердечники полю­сов изготовлены из штампованных листов конструкционной стали толщиной 1,0 или 1,5 мм. Хвостовик полюса, запирается в про­дольном пазе обода посредством клиньев 9. Возможно также крепление полюсов к ободу посредством «ласточкина хвоста» (см. рис. 19.3) или шпилек (см. рис. 19.7). Стальные щеки 4, стягиваемые шпильками, предотвращают распушение пакета по­люса ротора. Щеки имеют заплечики, удерживающие полюсную катушку ротора 5.В пазах полюсных наконечников расположены латунные или медные стержни 6 пусковой (успокоительной) обмотки, замкну­тые с двух сторон сегментами 7.Между наружной поверхностью полюсного наконечника и внутренней поверхностью сердечника статора 8 имеется воздуш­ный зазор. По оси полюса этот зазор 6 минимален, а на краях — максимален 6тах- Такая конфигурация полюсного наконечника не­обходима для синусоидального распределения магнитной индук­ции в воздушном зазоре. Она достигается тем, что поверхность полюсного наконечника имеет радиус R<(D1—2δ)/2, где D1 — диаметр расточки сердечника статора.

Контрольные вопросы

Какие существуют способы возбуждения синхронных машин?

Объясните назначение тиристорного преобразователя в системе самовозбуж­дения синхронного генератора.

Объясните устройство явнополюсных и неявноплюсных роторов.

Объясните устройство синхронного двигателя серии СДН2.

Какие применяются способы крепления полюсов в синхронных явнополюсных машинах?

Чем обеспечивается неравномерный воздушный зазор в синхронной машине?