Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

Глава 5. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ. 
5.1. Принцип действия синхронных машин. 
Синхронные машины чаще всего применяются в качестве генераторов переменного тока на 
тепловозах и в рефрижераторных секциях. Синхронные двигатели в отличие от двигателей 
других типов имеют строго постоянную частоту вращения при заданной частоте напряжения 
питания, не зависящую от нагрузки, и имеют ограниченное применение. Синхронной 
называется бесколлекторная машина переменного тока, в которой частота вращения ротора 
n
1
находится в строго постоянном соотношении с частотой f сети переменного тока: 
n
1
= 60f / p (5.1) 
где р – число пар полюсов. Как вы уже знаете, в обмотке якоря генератора постоянного 
тока индуцируется переменная ЭДС, которая с помощью коллектора и щеток преобразуется 
в постоянную ЭДС. Следовательно, если генератор постоянного тока лишить коллектора, то 
он превратится в генератор переменного тока. На рис. 5.1 изображена конструктивная схема 
синхронной машины. Вращающаяся часть генератора называется ротором, неподвижная – 
статором. Щетки наложены на контактные кольца 7, соединенные с выводами обмотки 
ротора. Если предположить, что магнитная индукция В распределяется в воздушном зазоре 
синусоидально (В = B
m
sin α), то ЭДС, индуцируемая в якорной обмотке генератора, также 
является синусоидальной: Е = Blv = Blvsinα (5.2) 
где l длина проводника, м; v – линейная скорость движения проводника, м/с; Вт – 
максимальное значение индукции в воздушном зазоре, Тл; α – угол поворота ротора, °. 
Отсутствие необходимости выпрямлять ЭДС с помощью коллектора упрощает конструкцию 
синхронной машины. Рабочую обмотку 2, в которой индуцируется ЭДС, теперь можно 
расположить на неподвижной части генератора – на статоре 1, а обмотку возбуждения – на 
роторе 8. Такая конструктивная схема наиболее рациональна в синхронных машинах, 
поскольку при расположении рабочей обмотки на роторе пришлось бы передавать из 
рабочей обмотки через контактные кольца значительные мощности. При расположении 
рабочей обмотки на статоре ее выводы присоединяются непосредственно к электрической 
сети или потребителям. На роторе машины устанавливаются контактные кольца и щетки для 
соединения обмотки возбуждения с возбудителем. 

---

60 / 203 
Рис. 5.1. Конструктивная схема синхронной машины. 
1 – статор, 2 – обмотка статора, 3 – воздушный зазор, 4 – подшипниковый щит, 
5– подшипник, 6– вал, 7– контактное кольцо, 8 – ротор (индуктор) 
Но так как ток возбуждения в десятки раз меньше рабочего (переменного) тока, а 
напряжение незначительно, то щеточный контакт работает более надежно и потери энергии в 
нем невелики. Исходя из перечисленных соображений синхронные машины, как правило, 
выполняют с рабочей обмоткой, располагаемой на статоре синхронных генераторов частота 
вращения ротора и частота ЭДС определяются свойствами первичных двигателей. В силовых 
установках подвижного состава в качестве первичных двигателей применяют двигатели 
внутреннего сгорания (дизели). Большинство первичных двигателей работает при 
сравнительно небольшой частоте вращения (100...1000 об/мин), поэтому для получения 
переменного тока необходимой, в частности промышленной, частоты в генераторах 
применяют роторы с большим числом полюсов. На тепловозах с передачей мощности 
переменно-постоянного и переменного тока в качестве тяговых используют синхронные 
генераторы, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с генераторами постоянного 
тока. Их также используют в качестве вспомогательных машин на тепловозах, электровозах 
и в пассажирских вагонах.