Устройство генераторов и двигателей переменного тока в основном одинаково.

В соответствии с принципом обратимости одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель.

Рис. 4.1

Работа многофазных машин переменного тока основана на использовании вращающегося магнитного поля. В синхронных генераторах такое поле создается ротором, являющимся либо постоянным магнитом, либо электромагнитом.

Рассмотрим получение многофазных переменных токов на примере трехфазного синхронного генератора (рис. 4.2). Обмотка приведен-

Рис. 4.2

ного на рис. 4.2, а неявнополюсного статора состоит из трех самостоятельных групп (фаз) А, В и С. Эти группы расположены на статоре под углом 120° друг к другу.

Ротор машины с неявными полюсами (рис. 4.2, б) представляет собой электромагнит со специальной формой полюсных наконечников. Питание на него подается от источника постоянного тока через коллектор, состоящий из двух неразрезных колец.

При вращении ротора в активных проводниках обмоток статора, уложенных в пазы, наводятся э. д. с. Лобовые соединения обмоток статора выполняют так, чтобы наводимые в .каждом из витков катушек э. Д'- с. складывались. Для этого витки должны охватывать ротор. Так, в группе обмоток А, состоящей из-трех катушек, активные стороны витков первой катушки уложены в пазы 18 и активные стороны второй катушки, расположенной по диаметру, уложены в пазы 1 VI 10, & активные стороны третьей катушки - в пазы 2 и Р. Все эти три катушки соединяются последовательно. В группах В и С укладка и соединение катушек аналогичны.

Конструкция статора машины имеет центральную симметрию. Во всех трех группах обмоток при вращении ротора наводятся одинаковые как по форме, так и по величине э. д. с. Отличаются эти э. д. с. лишь фазами. Поэтому-группы обмоток А, В и С называют фазами генератора.

Частота э. д. с. каждой из фаз определяется частотой вращения ротора и числом пар магнитных полюсов на нем. При двухполюсном роторе, изображенном на рис. 4.2, период наводимых в обмотках статора э. д. с. равен времени, затрачиваемому ротором на один оборот. При двух парах полюсов на роторе (крестообразный ротор) частота э. д. с. в два раза больше и т. д.

По виткам обмотки ротора протекает постоянный ток, вызываемый внешней постоянной э. д. с, подводимой к обмотке ротора через щетки и коллектор. Магнитное поле, создаваемое током обмотки ротора в воздушном зазоре между ротором и статором, неравномерно. Большая плотность линий магнитной индукции, показанных тонкими линиями на рис. 4.2, б, соответствует углам а = ±п/2, а углам а = О и п соответствует индукция, равная нулю.

Если распределение индукции В магнитного поля, создаваемого ротором, вдоль окружности внутреннего цилиндра статора, по которой расположены активные проводники обмоток, гармоническое, то при исходном вертикальном положении ротора

. . . B(a) = B; sina, (4.1)

где угол а, определяющий координаты точек окружности, отсчитывается от горизонтальной оси (рис. 4.2).

При вращении ротора против часовой стрелки с угловой скоростью индукция в каждой из точек, лежащей на окружности, будет меняться во времени по закону

В (а, (at) = Вт sin (а-(at). (4.2)

Магнитный поток, пронизывающий витки t-й катушки, которая расположена под углом 1 к горизонтальной оси и смещена относительно диаметра так, что радиусы, проведенные к ее активным проводникам, образуют с диаметром углы (рис. 4.3)

Oi = tr 5 В (а,со/) da = Ф; cos cos ( 1 - 03/), (4.3)

где I - активная длина проводников обмотки; г - радиус внутрен-

п

него цилиндра статора; Фт = 5/Б (а) г da - магнитный поток ротора.

о

Наводимая э. д. с. в t-й катушке, число витков в которой ш,

ei = - W

= VmQ>m cos 8/ sin (tt)f - 1).

(4.4)

В фазе обмотки статора разовьется гармоническая э. д. с. с частотой со, фазовым сдвигом и амплитудой, равной сумме амплитуд э. д. с.

в каждой из составляющих ее катушек, т. е. , w .

е1=хтФт 2 cos sin (03 - tti), (4.5)

V=i /

где Л( - число катушек, входящих в одну группу, образующую обмотку фазы.

Если представить сумму в (4.5), как произведение числа катушек в фазе на некоторый коэффициент k, называемый коэффициентом обмотки, то

iVo = ]-Cose,. .(4.6)

i = l

Рис. 4.3

Для обмотки, изображенной на рис. 4.2, где N = 3, угол = 20°, коэффициент

A!o = (l+2cos20°)/3 = 0,96. (4.7)

Теперь (4.5) может иметь вид

ву = Ет sin (at - 1).

(4.8)

Для действующего значения этой гармонической э. д. с. в соответствии с последним выражением найдем

е = EjY2 (2я 2) тЫ!к,Фт = AwNkJifOm, (4.9)

Где = 1,11 - коэффрщиент формы для гармонического напряжения.

Сравнив полученное выражение с (1.11), отметим совпадение результатов, так как оба выражения определяют э. д. с, наводимую в катушке изменяющимся во времени по гармоническому закону магнитным потоком.

В трансформаторе изменение магнитного потока вызывается переменным напряжением сети, а в обмотках статора машины - вращением ротора. Важно отметить, что фаза э. д. с, получаемой в грулпе катушек, определяется углом сх, т. е. расположением их обмоток на статоре.