Контрольная работа по "Электрическим машинам и трансформаторам"

Электрические машины и трансформаторы

Контрольная работа №2 (Вариант 1)

Вопрос №1

Принцип действия синхронного генератора. В чем состоят конструктивные особенности явнополюсных и неянополюсных машин? Чем вызваны эти особенности?

Ответ

Принцип действия синхронного генератора. Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то в процессе вращения ротора он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводни¬ков обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз.

Если на якоре уложены три одинаковых обмотки, маг¬нитные оси которых сдвинуты в пространстве на электри¬ческий угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируют¬ся ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индук¬тируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов p и частоты вращения ротора n:

f1 = pn/60. . (1)

Для получения ЭДС необходимой частоты число пар полюсов и частота вращения должны находиться в опреде¬ленной зависимости между собой. Так, для получения стандартной частоты f1 = 50 Гц при p = 1 нужно иметь частоту вращения n = 3000 об/мин, а при p = 24 n = 125 об/мин.

Если к трехфазной обмотке якоря синхронного генера¬тора подсоединить нагрузку, то возникший ток создаст вра¬щающееся магнитное поле якоря. Частота вращения этого поля относительно статора

n1 = 60f1/p. (2)

Заменяя в (2) частоту ее значением из (1), полу¬чаем

n1 = n.

Равенство частот вращения ротора n и поля якоря n1 является характерной особенностью синхронной машины, обусловившей ее название.

В основном конструктивном варианте (обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения – на роторе) магнитное поле возбуждения имеет ту же частоту вращения, что и ротор, поэтому результирующее магнитное поле, созданное совместным действием обмоток якоря и возбуждения, имеет ту же частоту вращения. В обращенном варианте синхрон¬ной машины (обмотка якоря располагается на роторе, а обмотка возбуждения – на статоре) частоты вращения ротора (который в данном случае является якорем) и его поля также одинаковы, но направлены в противоположные стороны. Поэтому магнитное поле ротора, как и поле возбуждения, будет неподвиж¬но в пространстве. Следовательно, как в одном, так и в дру¬гом случае магнитные поля возбуждения и якоря будут неподвижны относительно друг друга, образуя результирующее поле машины.

Конструктивные особенности явнополюсных и неянополюсных машин.

По выполнению ротора синхронные машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные.

Явнополюсный ротор синхронных машин имеет высту¬пающие полюсы, сердечник которых в мощных машинах на¬бирают из пластин конструкционной стали толщиной 1–2 мм, а в машинах небольшой мощности – из электротех¬нической стали толщиной 0,5–1 мм.

В явнополюсных машинах имеют место различные способы крепления полюсов. В машинах небольшой мощности полюсы крепят болтами к валу, а в тихоходных машинах большой мощности – к ободу ротора. В мощных и относительно быстроход¬ных машинах полюсы крепят к ободу ротора с помощью хвостов, имеющих Т-образную форму или форму ласточки¬на хвоста. Такое крепление, хотя технологически сложнее, но является более прочным, чем крепле¬ние болтами.

Обмотку возбуждения в мощных машинах для лучшего охлаждения выполняют из неизолированных медных шин большого сечения, намотанных на ребро. Между соседними витками укладывают изоляционные прокладки, пропитан¬ные в смоле. Катушку запекают и устанавливают