Синхронный генератор: устройство, виды и применение

Синхронный генератор – электрическая машина, приводимая во вращение внешним двигателем и отдающая в сеть мощность. Синхронный генератор получил широкое распространение в силу своих достоинств, которые будут описаны ниже. В настоящее время синхронные генераторы используются на большинстве электростанций, в системах электроснабжения автомобилей, судов, тепловозов.

Устройство

Синхронный генератор состоит из двух принципиально важных частей – подвижного ротора (8) и неподвижного статора (7). Ротор представляет собой медную обмотку, укрепленную на магнитопроводе, на роторе находится полюсная система. Статор представляет из себя пакет листовой стали, в пазы которого уложена медная обмотка. Для подвода тока возбуждения к обмотке ротора используется щеточно-коллекторный аппарат (6). Для генерации тока возбуждения используется возбудитель (1-5), конструктивно выполненный в виде маломощного генератора постоянного тока. Для отвода тепла от статора и ротора, вызванного прохождением тока по обмоткам, используется система охлаждения (9), которая в маломощных генераторах представлена в виде вентилятора, в крупных машинах она реализована в виде водородной системы охлаждения. Все эти элементы заключены в корпус (10, 12). Для приведения во вращение генератора используется шкив (11). У крупных генераторов соединение с приводным двигателем выполняется муфтой.

 Характеристики

Характеристики синхронного генератора подразделяются на:

 • Характеристика холостого хода. Он представляет собой зависимость ЭДС от тока возбуждения, анализируя эту характеристику, можно понять, насколько качественно изготовлены элементы магнитной цепи синхронного генератора.

 • Нагрузочная характеристика. Он подразумевает параллельную связь между напряжением катушки и током нагрузки. Значение зависит от типа нагрузки, применяемой к устройству. Среди причин, которые могут вызвать изменения, можно назвать увеличение или уменьшение блока ЭДС, а Также падение напряжения на обмотках установленной катушки, которая находится внутри устройства.

 • Регулировочная характеристика. Снятие этой характеристики позволяет узнать, как нужно изменять ток возбуждения синхронного генератора, для того что бы поддерживать напряжение на постоянном уровне.

• Характеристика короткого замыкания. Снимается при закорачивании всех фазных обмоток генератора между собой. Снятие этой характеристики позволяет определить зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения.

Принцип работы

В основе принципа действия синхронного генератора лежит закон электромагнитной индукции (1):

Где, Φ – Магнитный поток, пронизывающий обмотку, Вб

t – изменение времени.

Закон электромагнитной индукции гласит: изменение магнитного потока во времени вызывает ЭДС, в пронизываемом этим магнитным потоком проводящем контуре. Довольно непонятно. Разберемся более детально.

На вращающийся ротор синхронного генератора подается постоянный ток. Этот ток создает свое магнитное поле (поле возбуждения). Магнитное поле, созданное током ротора, сцепляется с обмоткой статора, в этой обмотке создается переменная ЭДС, действующее значение которой можно записать в виде формулы (2):

Видно, что статорная ЭДС зависима от частоты вращения ротора и параметров поля возбуждения.

Магнитное поле, создаваемое током ротора, можно характеризовать тремя величинами:

-магнитодвижущей силой (МДС) – способность токов создавать магнитное поле, описывается формулой (3):

где I ток, порождающий магнитное поле, ω – число витков обмотки, по которой протекает ток. Таким образом, чем больше сила тока, протекающего по обмотке, тем значительнее создаваемое им поле;

-магнитной индукцией – силовая характеристика магнитного поля, а именно способность поля воздействовать на движущиеся заряженные частицы, для синхронной электрической машины формулу магнитной индукции можно выразить в виде (4):

-потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) – величина, характеризующая число силовых линий, пронизывающих проводящий контур. Таким образом, чем значительней магнитная индукция и магнитный поток, тем значительней наводимая ЭДС.

При анализе вышеприведенных формул заметно, что такие параметры как напряжение, мощность, ток зависят от конструктивных параметров синхронной машины: чисел витков статорной и роторной обмоток, величины воздушного зазора между статором и ротором и др.

При подключении нагрузки к статорной обмотке синхронного генератора в ней возникает переменный по величине и направлению ток, частота этого тока зависит от частоты вращения ротора синхронного генератора.

Принцип действия синхронного генератора можно легко понять, проанализировав рисунок анимированный рисунок ниже

При подаче постоянного тока на ротор синхронного генератора создается магнитное поле, магнитный поток которого выходит из северного полюса, сцепляется со статорной обмоткой, и входит в южный полюс. Таким образом, вращающийся ротор в статорной обмотке генератора попеременно создает ЭДС меняющуюся по величине и направлению.

 Классификация синхронных генераторов

По мощности

— маломощные, от 0,1 Вт до 100 кВт;

— средней мощности, от 100 кВт до 10 МВт;

— большой мощности, от 10 МВт до 1200 МВт.

По способу соединения обмоток:

— по звезде;

— по треугольнику.

По классу напряжения:

— 6 кВ;

— 10 кВ;

— 13 кВ;

— 18 кВ;

— 24 кВ.

По типу системы охлаждения:

— воздушная система охлаждения;

— водяная система охлаждения;

— водродно-водяная система охлаждения.

По типу исполнения:

— турбогенераторы (первичный двигатель — паровая или газовая турбина);

— гидрогенераторы (первичный двигатель — гидротурбина);

— специальной конструкции (автомобильные, судовые, авиационные и т.д.).

 Область применения. Достоинства и недостатки

На данный момент наибольший процент электроэнергии в мире вырабатывается именно синхронными генераторами. Синхронные генераторы используются на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях, на транспорте.

Широкое распространение этого типа генераторов обусловлено рядом преимуществ в сравнении с другими типами генераторов:

— возможность поддерживать на постоянном уровне генерируемое напряжение;

— малая чувствительность к короткому замыканию;

— возможность динамичного управления загрузкой генератора.

Но у синхронных генераторов есть и свои недостатки:

— наличие щеточного аппарата, который является ненадежным узлом;

— сложная конструкция;

— дороговизна обслуживания (касательно к крупным машинам).

Выбор синхронного генератора для дома.

Синхронный генератор возможно использовать в качестве основного или резервного источника электроэнергии для дома. Ниже даны рекомендации по выбору и эксплуатации синхронного генератора.

При выборе генератора крайне важно найти подходящий и надежный агрегат, способный обеспечить электрической энергией заданный участок. Для начала необходимо определить технические характеристики будущего устройства. Эксперты рекомендуют ориентироваться на следующие параметры:

 • массу генератора;

 • размеры устройства;

 • мощность;

 • потребление топлива;

 • показатель шума.

Кроме того, еще одним важным параметром, который необходимо учитывать, является возможность автоматической работы. Чтобы определить количество фаз, необходимых для генератора, необходимо указать тип и количество электрооборудования, которое будет к нему подключено.

 Например, к однофазному электрогенератору можно подключать только однофазных потребителей. Трехфазность значительно расширяет этот показатель.

 Однако покупка такой передвижной электростанции – не всегда лучшее решение.

 Перед покупкой дополнительно рекомендуется учитывать нагрузку, которой будет подвергаться устройство в процессе его эксплуатации. Каждая фаза должна быть загружена максимум на 30% от общего количества. Так, если мощность генератора 6 кВт, то в случае использования розеток с напряжением 220 В можно использовать только 2 кВт.

Покупка трехфазного генератора востребована только тогда, когда в доме много трехфазных потребителей. Если большинство устройств однофазные, лучше купить подходящий блок.

 Эксплуатация

 Прежде чем запускать генератор, необходимо сначала его отрегулировать. Прежде всего, установите частоту устройства. Вы можете сделать это двумя способами:

 1 изменить конструкцию устройства, заранее предусмотрев, сколько полюсов необходимо для работы электромагнита;

 2 обеспечить необходимую скорость вращения вала без конструктивных изменений.

 Яркий пример — тихоходные турбины. Они позволяют ротору вращаться со скоростью 150 оборотов в минуту. Для регулировки частоты используют первый способ, увеличивая количество полюсов до 40 штук.

 Следующим параметром для настройки является ЭДС. Существует потребность в адаптации из-за изменений характеристик входной нагрузки, действующих на мобильную станцию.

 Несмотря на то, что ЭДС индукции устройства связана с ротором и его вращениями, по требованиям безопасности разборка конструкции для изменения параметра невозможна.

 Вы можете изменить значение ЭДС, регулируя результирующий магнитный поток. Он должен будет увеличиваться или уменьшаться. Витки обмотки, или их количество, отвечают за значение индикатора. Также можно влиять на силу магнитного потока через ток, образующий катушку.

 Регулировка предполагает включение в цепь нескольких катушек. Для этого нужно использовать дополнительные реостаты или электронные схемы. Второй вариант требует настройки параметров за счет внешних стабилизаторов. Это обеспечивает надежный сервис.

 Преимущество синхронной мобильной станции в том, что ее можно синхронизировать с другими машинами того же типа. При этом при сопряжении можно сравнивать скорости вращения и обеспечивать нулевой фазовый сдвиг. в этом смысле мобильные электростанции востребованы в промышленной энергетике, где их очень удобно использовать в качестве резервного источника электроэнергии для увеличения производственной мощности при больших нагрузках.

Статья была проверена и отредактирована экспертом нашего сайта

---