Принципы работы синхронного генератора

Пусть плоский виток имеет площадь S и вектор В индукции составляет с перпендикуляром  к плоскости витка угол φ
Магнитный поток Ф через площадь витка в этом случае определяется следующим выражением: Ф=ВSсоsφ
При вращении витка с частотой v угол φ изменяется по закону φ=BScos(2πvt), тогда Ф = BS cos 2πvt = BS cos ωt.
Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции е в витке, согласно закону электро¬магнитной  индукции равную производной потока магнитной индукции, взятой со знаком минусe = -Ф’.

Следовательно, изменения ЭДС индукции со временем будут происходить по гармоническому закону: e=BSωsin(ωt).
Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щеток соединить концы витка с электрической цепью, то под действием этой ЭДС индукции в электрической цепи возникнут вынужденные гармонические колебания силы тока — переменный ток.

В генераторах переменного тока магнитное поле создается электромагнитом, питаемым постоянным током. При вращении ротора возникает переменная ЭДС индукции в обмотках, расположенных в неподвижной части генератора — в статоре. Для увеличения магнитного потока обмотку наматывают на стальной сердечник и зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим.

Различают турбогенераторы (первичный двигатель — паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель — гидротурбина).
Турбогенераторы выполняются с горизонтальным валом. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготовляется из цельной поковки специальной стали.

Ротор выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности до 1,1—1,2 м при 3000 об/мин. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, равное 6—6,5 м. В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения. Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготовляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в местах стыка с другими частями Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетам, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная.

Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60— 600 об/мин). Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами и преимущественно с вертикальным расположением вала. Диаметры ро¬торов мощных гидрогенераторов, достигают 14—16 м, а диаметры статоров –20 — 22 м.
Статор гидрогенератора имеет принципиально такую же конструкцию. как и статор турбогенератора, но в отличие от последнего выполняется разъемным. Он делится по окружности на две — шесть равных частей, что значительно облегчает его транспортировку и монтаж.