22. Опишите и объясните устройство и назначение синхронных машин. Укажите область применения синхронных машин.

Синхронными называют бесколлекторные электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле, созданное многофазной обмоткой переменного тока, вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор. Частота переменного тока f1, вырабатываемого синхронным генератором, зависит от частоты вращения ротора n1 и числа пар полюсов р: f1=pn1/60

Практически вся производимая эл. энергия пере­менного тока вырабатывается на электростанциях посредством синхронных генераторов. На тепловых и атомных электростанциях синхронные генераторы приводятся во вращение паровыми тур­бинами, в этих случаях их называют турбогенераторами. На гидроэлектрос­танциях синхронные генераторы приводятся во вращение гидро­турбинами и называются гидрогенераторами.

Наряду с этим широко применяют агрегаты для автономного электроснабжения, которые могут быть стационарными и пере­движными. Основным видом приводного двигателя в таких агрега­тах являются дизельные двигатели, а применяемые при этом син­хронные генераторы называют дизель-генераторами.

Синхронные машины используют не только в качестве гене­раторов. В силовом электроприводе применяют синхронные двига­тели. Синхронные двигатели получили широкое применение в приборных устройствах и средствах автоматизации, где использу­ется их основное свойство — при постоянной частоте тока пита­ющей сети f₁ ротор двигателя вращается со строго постоянной частотой вращения, независимо от нагрузочного момента на валу: n1 = 60f1/p

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора, разделенных воз­душным зазором.

Статор синхронной машины в принципе не от­личается от статора асинхронной машины и состоит из шихтованного сердечника цилиндрической формы с пазами на внутренней поверхности. В эти пазы уложены активные стороны распределенной обмотки статора. С по­явлением тока в обмотке статора последняя создает вращающееся магнитное поле.

Ротор синхронных машин конструктивно выполняют либо с явно выраженными полюсами, либо с неявно выраженными по­люсами. На роторе располагают обмотку возбуждения, питаемую от источника постоянного тока. Таким образом, ротор синхронной машины создает свой магнитный поток, возбуждаю­щий синхронную машину. В процессе работы синхронной машины этот поток вращается вместе с ротором с синхронной частотой n1. В этом заключается принципиальное отличие синхронной машины от асинхронной, в которой ротор не создает возбуждающего магнитного поля.

Явнополюсный ротор состоит из обода, на внеш­ней поверхности которого расположены сердечники полюсов с полюсными наконечниками. Число полюсов обычно четыре и бо­лее. На полюсах расположены катушки возбуждения. Будучи элек­трически соединенными, эти катушки образуют обмотку возбуж­дения. Полярность полюсов ротора чередуется.

Неявнополюсный ротор имеет всего лишь два по­люса. Конструктивно он представляет собой цилиндр с продоль­ными пазами на наружной поверхности, в которые уложена об­мотка возбуждения. Такие роторы обычно применяют в синхрон­ных машинах очень большой мощности, работающих с большой частотой вращения (турбогенераторы), при которой явно выра­женные полюсы могут быть разрушены действием значительных центробежных сил. В синхронных машинах малой мощности при­меняют обычно роторы с явно выраженными полюсами.

Питание обмотки возбуждения постоян­ным током (электромагнитное возбуждение), осуществляется через контактные кольца и щетки, расположенные в щеткодержателях. Полюсные катушки, рас­положенные на сердечниках с полюсными наконечниками, со­единены последовательно и образуют обмотку возбуждения. Ох­лаждение машины осуществляется посредством центробежного вен­тилятора, закрепленного на валу.

В синхронных машинах малой мощности на роторе размещают посто­янные магниты (маг­нитоэлектрическое возбуждение), а обмотка возбуждения отсутствует. Это позволяет упростить конструкцию и повысить надежность машины, избавив ее от контактных колец и щеток.

Синхронные машины малой мощности, применяемые в при­борных устройствах и средствах автоматизации, используют в основном в двигательном режиме. В генераторном режиме применение синхронных машин ограничено электромашинными преобразователями и тахогенераторами.