Конструкция индукторных генераторов

Существует большое количество модификаций генераторов индукторного типа, причем это разнообразие касается не столько конструктивных элементов, сколько конфигурации магнитной цепи и схем обмоток.

В основу классификации индукторных генераторов целесообразно положить характер изменения потока зубца ротора при вращении последнего. Могут быть следующие случаи: а) поток зубца статора по абсолютной величине практически постоянен; б) поток зубца статора периодически изменяется по абсолютной величине с частотой, близкой или равной основной частоте генератора.

Известны два основных типа индукторных генераторов:

1) одноименнополюсные (гомополярные);

2) разноименнополюсные (гетерополярные).

Исторически первыми появились гомополярные машины. На рис.42.3 показана активная часть такого однофазного генератора с простейшей конфигурацией зубцовой зоны. Пакеты статора всегда набираются из листовой электротехнической стали. Ротор в некоторых случаях выполняется также шихтованным, а иногда, особенно при больших окружных скоростях, массивным. Корпус машины и втулка ротора всегда выполняются массивными из ферромагнитного материала.

а б

Рис.42.3. Схематический вид двухпакетного одноименнополюсного генератора: а – продольный разрез; б – поперечный разрез

Ток возбуждения создает магнитный поток, путь которого обозначен на рис.42.3 пунктирной линией. Катушки обмотки статора (якоря) имеют шаг, равный или близкий к зубцовому делению статора или половине зубцового деления ротора.

Кривая распределения магнитного потока в воздушном зазоре изображена на рис.42.4. Таким магнитный поток называют пульсирующим, он содержит постоянную составляющую и переменную. Благодаря переменной составляющей магнитного потока, которая появляется только при вращении ротора, в статорной обмотке наводится переменная ЭДС.

Рис.42.4. Кривая распределения магнитного потока

Наличие двух пакетов, как это показано на рис.42.3, не является характерным для одноименнополюсного генератора. В некоторых случаях при небольших габаритах генератора один из пакетов статора и ротора заменяется массивным магнитопроводом, и последний может быть совмещен с подшипниковым щитом (рис.42.5). В этом случае статор и ротор имеют по одному пакету, конструкция генератора упрощается, и стоимость его снижается.

Соединяя витки обмотки статора в секции и сами секции последовательно или параллельно, можно получить генераторы на различные номинальные напряжения и ток. В гомополярной машине ротор не перемагничивается, поэтому он и не нагревается, что является серьезным преимуществом его перед другими типами генераторов. К недостаткам такой конструкции следует отнести наличие остаточного напряжения даже при токе возбуждения, равном нулю.

Гетерополярные (разноименнополюсные) генераторы отличаются от рассмотренных размещением обмотки возбуждения. Геометрия активной части такого генератора при простейшей конфигурации зубцовой зоны изображена на рис.42.6.

а б

Рис.42.6. Схематический вид разноименнополюсного генератора:

а – продольный; б – поперечный разрезы

В разноименнополюсном генераторе ротор при вращении перемагничивается, и поэтому он всегда выполняется шихтованным. Пакет статора обычно также выполняется шихтованным, хотя спинка статора может быть выполнена и массивной.

В пакете статора наряду с пазами, в которых размещается обмотка переменного тока, имеются пазы обычно большего размера и параллельные валу, в которых размещаются катушки возбуждения.

Ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает магнитный поток, направление которого на рис.42.6,б показано пунктиром. Принцип работы такого генератора на участке между двумя большими пазами тот же, что и у одноименнополюсного генератора; таким образом, участок дуги статора, заключенный между двумя большими пазами, соответствует одному пакету одноименнополюсного генератора.

Следовательно, гетерополярные машины имеют не одну, а несколько магнитных цепей (полюсов). Чаще всего их четыре (рис.42.6,б), хотя может быть и больше. Число пазов обмотки возбуждения равно числу полюсов.

Сравнивая однополярные и гетерополярные генераторы, можно отметить следующее:

1. Частота ЭДС, наведенной в статорной обмотке генератора, независимо от конфигурации зубцовой зоны, определяется только числом зубцов ротора и его скоростью вращения.

2. Масса однополярных генераторов больше для одной и той же мощности, частоты и скорости вращения ротора.

3. Потокосцепление обмотки статора в большинстве исполнений изменяется только по величине, без изменения знака, хотя могут быть случаи, когда оно изменяется как по величине, так и по знаку, например, у генераторов с пульсирующим потоком.

4. Вследствие наличия массивных участков магнитной цепи переходные процессы в однополярных генераторах протекают медленнее, чем в разноименнополюсных генераторах.

5. Независимо от вида исполнения индукторные генераторы создают большой шум, что требует установки электромашинных преобразователей в отдельные помещения.