Принцип действия синхронного генератора.

     Чтобы изучить принцип действия синхронного генератора, рассмотрим его упрощенную модель на рис. 1. Пустотелый шихтованный цилиндр 1, неподвижно стоящий на станине есть статор. На внутренней поверхности цилиндра имеются два продольных паза. В этих пазах уложены проводники, называемые обмоткой статора 2. Внутри статора вращается ротор, являющий собой постоянный магнит 4 c полюсами S и N и зафиксированный на валу. На вал ротора через ременную передачу с приводного двигателя поступает вращательный момент. Приводным двигателем может служить ДВС или турбина. При действии вращательного момента ротор генератора начинает крутиться с частотой n1 против часовой стрелки. При вращении ротора в обмотке статора наводится ЭДС, движение которой на рисунке указано стрелками. В цепи обмотки статора имеется нагрузка Z, и по замкнутому контуру будет течь ток i.

     Вместе с вращением ротора, магнитное поле у постоянного магнита тоже будет вращаться с такой же частотой n1, из-за этого любой из проводников обмотки статора оказывается попеременно то в районе северного (N), то южного (S) магнитных полюсов ротора. При каждой смене полюсов меняется и направление ЭДС в обмотке статора. Поэтому в обмотке статора будет наводиться переменная ЭДС, и ток i в ней, в нагрузке Z будет тоже переменным.

Мгновенное значение ЭДС обмотки в данном случае будет выражаться

e=Bδ·2Lπ·D1·n1/60,

Где Bδ – магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл;

π - число "пи" (п=314);

l – активная длина одной пазовой стороны обмотки статора, м;

v=π·D1·n1/60 – скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с;

D1 – внутренний диаметр сердечника статора, м.

    Из данной формулы видно, что при одной и той же частоте вращения ротора, значение переменной ЭДС определяется только распределением магнитной индукцией Bδ в зазоре.

    Частота ЭДС синхронного генератора f1 прямо пропорциональна частоте вращения ротора n1, которая называется синхронной частотой вращения :

f1=p·n1/60,

Где р – число пар полюсов.

    Но постоянные магниты у ротора применяют только в синхронных генераторах очень небольшой мощности. В основном вместо постоянных магнитов для получения электромагнитного поля используют обмотку возбуждения, располагающуюся на роторе. К ней подключают источник постоянного тока через контактные кольца, установленные на роторе и неподвижные щетки (рис. 2).

     Приводной двигатель (ПД) через механическую передачу вращает ротор с синхронной частотой n1. Магнитное поле ротора тоже вращается с частотой n1 и наводит в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС ЕА, ЕВ, ЕС, которые, подогнанные одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе по отношению друг к другу на 120 электрических градусов, образуют трехфазную симметричную систему ЭДС.

   При подключении нагрузки в фазах обмотки статора появляются соответствующие токи: IA, IB, IC. Трехфазная обмотка статора рождает вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора:

N1=f1·60/p.

    Итак, поле статора и ротор вращаются синхронно, поэтому эти машины получили название синхронные.