Устройство и принцип работы синхронного генератора

Синхронный генератор (СГ) – энергетическое оборудование, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую. Имеет надежную конструкцию и достаточно простой принцип работы. СГ востребованы на предприятиях энергетической индустрии, в транспортных системах, нефтегазовой и других промышленных отраслях.

Элементы конструкции синхронных генераторов

В состав СГ входят:

• Обмотка возбуждения (ОВ) статора. Для ее питания применяется источник постоянного электротока, его функции реализует электронный регулятор напряжения. Этот элемент применяется в СГ с самовозбуждением. Первичное возбуждение происходит благодаря остаточному магнетизму магнитопровода генератора. Переменный ток, который понижающий трансформатор и выпрямитель преобразуют в постоянный, поставляет обмотка статора.
• Обмотка ротора. Обмотка, в которой инициируется электродвижущая сила, называется обмоткой возбуждения якоря.
• Схема вращающихся диодов («диодный мост») – обеспечивает выпрямление переменного напряжения, которое генерирует обмотка якоря возбудителя.
• Статор – неподвижный узел. В его составе имеется корпус, внутри которого предусмотрен сердечник или пакет, состоящий из листов электротехнической стали особой конфигурации. Качество генерируемой электроэнергии во многом зависит от того, какие листы используются в пакете – цельные или сборные, от их качества и материала, из которого изготовлена обмотка. В дорогих моделях обмотка изготавливается из медного эмаль-провода, в более дешевых ее функции выполняет алюминиевый провод.
• Ротор – вращающаяся часть генератора. Может быть явнополюсным и неявнополюсным. Роторы первого типа используются в СГ, совмещенных с низкочастотными ДВС, частота вращения которых составляет до 3000 об/мин. В высокомощных и высокочастотных агрегатах применяют неявнополюсные роторы. Их часто монтируют на валу совместно с паровыми турбинами. СГ с таким конструктивным исполнением называют турбогенераторами.

Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируют в специальные пазы, предусмотренные в конструкциях ротора и якоря. По виду выходного напряжения СГ разделяют на однофазные и трехфазные.

Синхронный генератор может функционировать в режиме генератора или мотора. Во втором варианте на входе СГ присутствует электроэнергия, а на выходе – механическая энергия. Функции электродвигателя синхронные генераторы выполняют в установках мощностью более 50 кВт. При использовании СГ в роли электродвигателя обмотка статора подсоединяется к электросети, а ротора – к источнику постоянного тока.

Вычисление скорости вращения

Количество оборотов ротора зависит от частоты тока. Такая зависимость выражена формулой:

n = 60хf/p, в которой

• n – количество оборотов, об/мин;
• f – частота электросети, равная 50 Гц;
• p – число полюсных пар.

Принцип действия синхронного генератора

Агрегат в режиме электрогенератора работает следующим образом:

• При прохождении через ОВ постоянного тока появляется магнитное поле с чередованием полюсов.
• Магнитное поле вращается относительно обмотки якоря. При этом происходит возбуждение переменных ЭДС, которые при суммировании образуют ЭДС фаз.
• Трехфазную схему образуют три одинаковые обмотки, которые размещаются на якоре под углом друг к другу, равным 120°.

Области применения

СГ в комплексе с бензиновым или дизельным ДВС востребованы в местах, в которых централизованного энергоснабжения нет или его мощности недостаточно, например:

• на строительных площадках;
• в местах ведения разведочных и добывающих работ;
• на морских судах.

Если необходимо генерировать электропитание для высокомощных пользователей, несколько агрегатов включают на параллельное функционирование. Такой способ соединения позволяет выводить из работы отдельные СГ без остановки функционирования всей сети.