Режимы работы синхронной машины



Любая синхронная машина может работать в режимах генерато­ра и двигателя. Режим работы синхронной машины определяется взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами в обмот­ках статора и ротора. Рассмотрим режимы работы двухполюсной машины. Наложение магнитных полей токов в фазных обмотках статора возбуждает в синхронной машине, так же как и в асинхрон­ной (см. рис. 14.9), магнитное поле статора, вращающееся с угловой скоростью и. Приближенное распределение магнитных линий вра­щающегося магнитного поля статора в магнитопроводе синхронной машины в режимах генератора и двигателя показано соответствен­но на рис. 15.3, аи б штриховой линией. Распределение линий вра­щающегося магнитного поля статора показывает, что приближенно его можно представить в виде вращающейся с угловой скоростью и пары полюсовScиNc,расположенных на статоре.

Аналогичным образом магнитное поле, создаваемое током в об­мотке вращающегося ротора, также можно приближенно предста­вить в виде вращающейся пары полюсов, расположенных на роторе.

Если пренебречь всеми видами потерь энергии в синхронной ма­шине, то при отсутствии момента на валу ось полюсов ротора будет совпадать с осью полюсов статора.


В


С


А


а

б


Для того чтобы заставить синхронную машину, включенную в сеть, работать в режиме генератора, отдавая энергию, необходимо увеличить механический момент, приложенный первичным дви­гателем к валу машины. Тогда под действием возросшего вращаю­щего момента ось магнитных полюсов ротора повернется на неко­торый угол ч относительно оси полюсов статора в направлении вра­
щения (см. рис. 15.3, а). Так как при этом результирующее магнит­ное поле, создаваемое наложением магнитных полей токов в об­мотках ротора и статора, изменится, то ток в обмотках статора так­же изменится. Взаимодействие этого тока с магнитным полем ро­тора создает тормозной момент, действующий на ротор. Это и оз­начает преобразование энергии механического движения первич­ного двигателя в электрическую энергию генератора. Магнитные полюсы ротора будут как бы тянуть за собой магнитные полюсы статора.

Если приложить к валу машины вместо вращающего тормозной момент механической нагрузки, то ось полюсов ротора повернется на некоторый угол ч относительно оси полюсов статора против на­правления вращения (рис. 15.3, б). Вновь изменятся токи в обмот­ках статора и возникнут электромагнитные силы взаимодействия токов обмоток статора и магнитного поля ротора, но на этот раз эти силы будут стремиться увлечь ротор в направлении вращения. Элек­тромагнитные силы создадут теперь вращающий момент, при посред­стве которого электрическая энергия сети преобразуется в механи­ческую на валу машины, т.е. синхронная машина переходит в ре­жим двигателя.

Синхронная машина работает в режиме генератора или двигате­ля в зависимости от механического воздействия на вал машины, причем электромагнитные силы играют роль своеобразной упругой связи между ротором и статором.

Уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора

Магнитное поле нагруженной синхронной машины возбуждает­ся не только постоянным током в обмотке ротора, но и переменны­ми токами в фазных обмотках статора (якоря). Следовательно, в синхронных машинах, как и в машинах постоянного тока (см. 13.6), имеет место реакция якоря — воздействие МДС якоря на главное магнитное поле машины.

Физически в синхронной машине существует лишь одно резуль­тирующее поле, складывающееся из постоянного магнитного поля вращающегося с угловой скоростью и ротора, магнитного поля рас­сеяния статора (см. рис. 14.13) и вращающегося синхронно с рото­ром магнитного поля реакции якоря. Но, пренебрегая влиянием ги­стерезиса и насыщения магнитопровода (линейная цепь), целесооб­разно рассматривать эти магнитные поля как существующие неза­висимо друг от друга, создающие с фазной обмоткой статора неза­висимые потокосцепления и индуктирующие в ней соответствую­щие ЭДС [см. (2.33)]. При этом для анализа процессов в синхрон­ной машине можно воспользоваться комплексным методом.

В нагруженном синхронном генераторе потокосцепление поля ро­тора с фазной обмоткой статора Ф0 [см. (14.106)] индуктирует в ней ЭДС

Ё0 =                                         (15.2а)

равную ЭДС холостого хода, потокосцепление рассеяния Фрас индук­тирует ЭДС

Яр- = -^рас = ~JXPJ,                         (15.26)

где I — ток в обмотке статора; Хрж — индуктивное сопротивление рассеяния, и, наконец, потокосцепление реакции якоря Фря индук­тирует в обмотке статора ЭДС

4 я = -М- =-jX*i>                            (15.2в)

где Хя — индуктивное сопротивление якоря.

При таком истолковании процессов ЭДС Ё индуктируемая в фаз­ной обмотке потокосцеплением Ф0, равна сумме напряженийjXpac/, jXjиRjна индуктивных Хрж и Хя и активномRrсопротивлениях фазной обмотки и напряжения между выводами фазной обмотки син­хронного генератораU.Следовательно, уравнение электрического со­стояния фазы статора синхронного генератора записывается в виде

Е0 =U+ [Rr+j(Xp.dC+ Ля)]/=U+(Дв +jX)i,(15.3)

где Храс + Хя = X — индуктивное сопротивление фазной обмотки статора, называемое синхронным реактивным (индуктивным) сопро­тивлением. У синхронной машины с ненасыщенным магнитопрово­дом это — относительно постоянная величина.

Падение напряжения на синхронном реактивном сопротивлении XI в неявнополюсных синхронных машинах составляет при номи­нальной нагрузке до 20 % номинального фазного напряжения. Зна­чительное синхронное реактивное сопротивление полезно, так как в случаях коротких замыканий между выходными выводами гене­ратора оно ограничивает ток. Активное сопротивление фазной об­мотки статора весьма мало. Обычно падение напряжения на актив­ном сопротивлении фазной обмотки при номинальной нагрузке со­ставляет для генераторов большой мощности 1 — 2% номинального фазного напряжения. В большинстве расчетов им можно поэтому пренебречь; будем учитывать его лишь в некоторых случаях.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 297;