6. Индукторные генераторы

Индукторные генераторы являются разновидностью синхронных генераторов, у которых индуцируемая ЭДС имеет высокую частоту (до нескольких десятков тысяч герц). Необходимость в высокочастотный источниках возникает в ряде отраслей: для индукционного нагрева, поверхностной закалки, высокоскоростного электропривода и т. д.

Частота ЭДС, индуцированной в обмотке якоря синхронного генератора, равна f=рn/60. Увеличение частоты за счет повышения n ограничено механической прочностью ротора, а за счет возрастания р — минимальными размерами полюсного деления. Поэтому обычно синхрон­ные генераторы в классическом исполнении выпускаются на частоты до 400 Гц. Для получения более высоких частот целесообразно применение индукторных генераторов.

Статор генератора собирается из листов электротехнической стали и имеет пазы, в которые укладывается обмотка якоря. Пазы могут быть открытыми и полузакрытыми. Ротор выполняется шихтованным и име­ет открытые пазы, в которые обмотки не укладываются. Обмотка якоря наматывается на зубцы статора. Обмотка возбуждения может распо­лагаться на статоре различным образом. В зависимости от ее располо­жения индукторные генераторы подразделяются на одноименно полюсные и разноименно полюсные.

У одноименно полюсных генераторов обмотка возбуждения 1 пред­ставляет собой кольцевую катушку, охватывающую вал 4 машины (рис. 12). Пакеты статора 2 и 7 и ротора 3 и 5 намагничиваются магнитным потоком возбуждения в одном направлении по всей окруж­ности поперечного сечения, чем и объясняется название этого типа индукторных генераторов. В пазы статора 6 укладывается обмотка якоря. При вращении в униполярном потоке ротор машины не перемагничивается и магнитных потерь в нем не возникает.

В разноименно полюсных генераторах катушки обмотки возбужде­ния 3 располагаются в больших пазах статора (рис. 13), образуя полюсы чередующейся полярности. По этой причине подобные генераторы называются разноименно полюсными.

Р ис. 12. Одноименно полюсный индукторный генератор

Рис. 13. Разноименно полюсный индукторный генератор

Магнитный поток возбуж­дения проходит по пакету статора 1 и ротора 4 от полюса одной по­лярности к полюсу другой полярности. Число полюсов, создаваемых об­моткой возбуждения, обычно равно 2р=2÷6. В таких генераторах ротор перемагничивается с частотой f=рn/60. В малых пазах 2 распо­ложена обмотка якоря.

В одноименно полюсных генераторах по ярмам статора и ротора за­мыкается весь поток машины, в то время как у разноименно полюсных генераторов — только половина потока полюса. Вследствие этого у одноименно полюсных генераторов ярма имеют большие размеры.

В индукторных генераторах число зубцов статора z₁ и ротора z₂ связаны соотношением

где m — число фаз; q — число пазов на полюс и фазу.

Для пояснения принципа действия рассмотрим однофазный генера­тор с q=1.

Из-за зубчатого строения статора и ротора магнитный поток в пре­делах полюсного деления машины не будет распределяться равномерно. Большая часть его будет проходить на участках, где зубец ротора рас­полагается под зубцом статора, а наименьшая — где под зубцом ста­тора расположится паз ротора (рис. 14, а). В результате этого распределение индукции в воздушном зазоре будет иметь вид, показанный на рис. 14,6. Для данного момента времени в зазоре под зубцом 1 индукция имеет максимальное значение В_δMAX. При вращении рото­ра, когда он повернется на половину своего зубцового деления, под зубцом 1 статора расположится паз ротора, а индукция снизится до В_δMIN.

Рис. 14. Распределение маг­нитной индукции в воздушном зазоре индукторного генера­тора

Таким образом, при вращении ротора индукция в зазоре пуль­сирует, не изменяя знака от В_δMAX до В_δMIN. Ее можно представить в виде двух составляющих: переменной с амплитудой и постоянной, равной .

Переменная составляющая индукции магнитного поля индуцирует ЭДС в катушках обмотки якоря, расположенных на зубцах статора. Период изменения этой ЭДС соответствует повороту ротора на одно зубцовое деление. Поэтому частота ЭДС будет равна:

В обмотке возбуждения разноименно полюсного генератора перемен­ная составляющая потока не должна индуцировать ЭДС. Для этого на каждом полюсном делении, образованном обмоткой возбуждения, должно размещаться целое число зубцовых делений ротора.

Постоянная составляющая потока в обмотках статора никаких ЭДС не индуцирует, поэтому эта часть потока не участвует в преобразова­нии энергии, а вызывает только ухудшение использования материалов машины.

При частотах выше 3 кГц применяются индукторные генераторы с гребенчатой зубцовой зоной. Конструкция таких генераторов показа-* на в виде развертки на рис. 15, а. На статоре этих машин имеются большие зубцы, поверхность которых имеет зубчатое строение и состоит из более мелких зубцов.

Рис. 15. Индукторный генератор с гребенчатой зубцовой зоной

В пазах между большими зубцами размеща­ются обмотки якоря 1 и возбуждения 2. Взаимное расположение этих катушек показано на рис. 15, а. На роторе имеются только мелкие зубцы. Их зубцовое деление равно зубцовому делению статора для мелких зубцов. Расположение мелких зубцов статора и ротора по отно­шению друг к другу выбирается так, что если мелкие зубцы одного из больших зубцов статора находятся против зубцов ротора, то у сосед­них больших зубцов против мелких зубцов статора должны располагаться пазы ротора.

Каждая катушка обмотки якоря охватывает два больших зубца статора, имеющих разные полярности. Для изображенного на рис. 15,б момента времени Ф">Ф' и поток, сцепленный с катушкой яко­ря 1, будет равен разности Ф"-Ф'. При повороте ротора на половину своего зубцового деления поток Ф" станет меньше потока Ф' и раз­ность Ф"-Ф' изменит знак. Таким образом, в этих генераторах потокосцепление обмотки якоря изменяется не только по амплитуде, но и по направлению, что увеличивает индуцируемую ЭДС. Частота ЭДС пропорциональна числу зубцов ротора.

Характеристики индукторных генераторов подобны аналогичным характеристикам обычных синхронных генераторов. На их характер существенное влияние оказывает реакция якоря, которая в зависимо­сти от вида нагрузки может быть продольной и поперечной. Из-за от­носительно больших значений индуктивных сопротивлений внешняя характеристика генератора имеет сильно падающий характер. Для умень­шения изменения напряжения параллельно с обмоткой якоря включа­ют конденсаторы, которые компенсируют влияние индуктивностей ма­шины.

7. Контрольные вопросы и домашнее задание.

№	Содержание	Литература
1	Какой синхронный двигатель называется реактивным, разновидности конструкций реактивных двигателей?	3, §41-3
2	Как образуется вращающий момент в реактивном двигателе?	3 §25-4
3	Какие двигатели являются гистерезисными?	2, §4-23 3, §41-3
4	По какой формуле определяется вращающий момент в гистерезисном двигателе, укажите физический смысл величин формулы?	3, §25-4, §35-2
5	Конструкции синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов?	2, §4-23
6	Что такое шаговый электродвигатель?	2, §4-23; 3, §41-4
7	Принцип действия реактивного шагового двигателя?	2, §4-23; 3, §41-5
8	В каких случаях синхронная машина называется индукторной, назначение и разновидности индукторных генераторов?	2, §4-23; 3, §41-5
9	В чем конструктивные отличия одноименно полюсного и разноименно полюсного индукторного генератора?	2, §4-23 3, §41-5
10	Принцип действия индукторного генератора?	3, §41-5