В большинстве синхронных машин употребляется обращенная конструктивная схема по сопоставлению с машинами неизменного тока, т. е, система возбуждения размещена на роторе, а якорная обмотка на статоре. Это разъясняется тем, что через скользящие контакты проще выполнить подвод сравнимо слабенького тока к обмотке возбуждения, чем тока к рабочей обмотке. Магнитная система синхронной машины показана на рис. 1.

Полюса возбуждения синхронной машины расположены на роторе. Сердечники полюсов электромагнитов производятся так же, как в машинах неизменного тока. На недвижной части — статоре размещен сердечник 2, набранный из изолированных листов электротехнической стали, в пазах которого расположена рабочая обмотка переменного тока — обычно трехфазная.

Рис. 1. Магнитная система синхронной машины

При вращении ротора в обмотке якоря наводится переменная э.д.с., частота которой прямо пропорциональна частоте вращения ротора. Протекающий по рабочей обмотке переменный ток делает свое магнитное поле. Ротор и поле рабочей обмотки крутятся с схожей частотой — синхронно. В двигательном режиме крутящееся рабочее поле увлекает за собой магниты системы возбуждения, а в генераторном — напротив.

Разглядим конструкцию самых массивных машин — турбо- и гидрогенераторов. Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми турбинами, которые более экономны при больших частотах вращения. Потому турбогенераторы делают с наименьшим числом полюсов системы возбуждения — 2-мя, что соответствует наибольшей частоте вращения 3000 об/мин при промышленной частоте 50 Гц.

Основная неувязка турбогенераторостроения заключается в разработке надежной машины при предельных величинах электронных, магнитных, механических и термических нагрузок. Эти требования накладывают отпечаток на всю конструкцию машины (рис. 2).

Рис. 2. Вид турбогенератора: 1 — контактные кольца и щеточный аппарат, 2 — подшипник, 3 — ротор, 4 — бандаж ротора, 5 — обмотка статора, 6 — статор, 7 — выводы обмотки статора, 8 — вентилятор.

Ротор турбогенератора производится в виде цельной поковки поперечником до 1,25 м, длиной до 7 м (рабочая часть). Полная длина поковки с учетом вала составляет 12 — 15 м. На рабочей части фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Таким макаром выходит двухполюсный электромагнит цилиндрической формы без очевидно выраженных полюсов.

При производстве турбогенераторов используются новые материалы и конструктивные решения, а именно конкретное остывание активных частей струями охлаждающего агента — водорода либо воды. Для получения огромных мощностей приходится наращивать длину машины, что и присваивает ей очень типичный вид.

Гидрогенераторы (рис. 3) по конструкции значительно отличаются от турбогенераторов. Экономичность режима гидравлических турбин находится в зависимости от скорости водяного потока, т. е. напора. На равнинных реках сделать большой напор нереально, потому частоты вращения турбин очень низкие — от 10-ов до сотен об/мин.

Чтоб получить промышленную частоту 50 Гц, такие тихоходные машины приходится делать с огромным числом полюсов. Для размещения огромного количества полюсов приходится наращивать поперечник ротора гидрогенератора, время от времени до 10 — 11 м.

Рис. 3. Продольный разрез гидрогенератора зонтичного типа: 1 — ступица ротора, 2 — обод ротора, 3 — полюс ротора, 4 — сердечник статора, 5 — обмотка статора, 6 — крестовина, 7 — тормоз, 8 — подпятник, 9 — втулка ротора.

Создание массивных турбо- и гидрогенераторов представляет сложную инженерную задачку. Нужно решить целый ряд вопросов механического, электрического, термического и вентиляционного расчетов и обеспечить технологичность конструкции в производстве. Эти задачки по плечу только массивным конструкторско-производственным коллективам и фирмам.

Очень увлекательны конструкции разных типов синхронных микромашин, в каких обширно употребляются системы с неизменными магнитами и реактивные системы, т. е. системы, у каких рабочее магнитное поле ведет взаимодействие не с магнитным полем возбуждения, а с ферромагнитными выступающими полюсами ротора, не имеющими обмотки.

Но все-же основная область техники, где синхронные машины сейчас не имеют соперников — это энергетика. Все генераторы на электрических станциях от самых массивных до передвижных производятся на базе синхронных машин.

Рис. 4. Синхронный турбогенератор

Что все-таки касается синхронных движков, то их слабеньким местом является неувязка запуска. Сам по для себя синхронный движок обычно не может разогнаться. Для этого он снабжается специальной пусковой обмоткой, работающей по принципу асинхронной машины, что усложняет конструкцию и сам процесс запуска. Потому синхронные движки обычно выпускаются на средние и огромные мощности.

Школа для электрика