Синхронные электрические машины переменного тока
Синхронными называются электрические машины, частота вращения которых связана постоянным соотношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина включена. Синхронные машины служат генераторами переменного тока на электрических станциях, а синхронные двигатели применяются в тех случаях, когда нужен двигатель, работающий с постоянной частотой вращения. Синхронные машины обратимы, т.е. они могут работать и как генераторы и как двигатели, хотя в конструкциях современных синхронных генераторов и двигателей имеются небольшие, но практически весьма существенные отличия. Синхронная машина переходит от режима генератора к режиму двигателя в зависимости от того, действует ли на ее вал вращающая или тормозящая механическая сила. В первом случае она получает на валу механическую, а отдает в сеть электрическую энергию, а во втором случае она потребляет из сети электрическую энергию, а отдает на валу механическую энергию.
Синхронная машина имеет две основные части – ротор и статор, причем статор не отличается от статора асинхронной машины. Ротор синхронной машины представляет собой систему вращающихся электромагнитов, которые питаются постоянным током, поступающим в ротор через контактные кольца и щетки от внешнего источника. В обмотках статора под действием вращающегося магнитного поля ротора наводится ЭДС, которая подается на внешнюю цепь генератора (в режиме двигателя на обмотку статора подается напряжение сети). Такая конструкция генератора позволяет устранить скользящие контакты в цепи нагрузки генератора (обмотки статора непосредственно соединяются с нагрузкой) и надежно изолировать обмотки статора от корпуса машины, что существенно для мощных генераторов, работающих при высоких напряжениях.
|
|
|
Основной магнитный поток синхронного генератора, создаваемый вращающимся ротором, возбуждается посторонним источником – возбудителем, которым обычно является генератор постоянного тока небольшой мощности, установленный на общем валу с синхронным генератором. Постоянный ток от возбудителя подается на ротор через щетки и контактные кольца, установленные на валу ротора.
По своей конструкции роторы бывают явнополюсные (рис. 1.11) и неявнополюсные (рис. 1.12). Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения.
Рис. 1.11. Явнополюсной ротор
| 
Рис. 1.12. Неявнополюсной ротор
|
У многополюсной синхронной машины ротор имеет р пар полюсов, а токи в обмотке статора образуют также р пар полюсов вращающегося магнитного поля (как у асинхронной машины). Ротор должен вращаться с частотой вращения поля, следовательно его синхронная скорость должна быть равна (12) [4, ст. 268]:
|
|
|
; (12)
где где f – частота сети переменного тока;
p – число пар полюсов обмотки статора.
При стандартной частоте переменного тока 50 Гц частота вращения двухполюсной машины (р = 1) будет 3000 об/мин. С такой частотой вращаются современные турбогенераторы, состоящие из паровой турбины и синхронного генератора большой мощности с неявнополюсным ротором, который имеет одну пару полюсов. Неявнополюсный ротор такого генератора изготавливается из массивной стальной поковки. Обмотка постоянного тока расположена в пазах, выфрезерованных по всей его длине. У гидрогенераторов первичным двигателем служит гидравлическая турбина, скорость вращения которой невелика (от 50 до 750 об/мин) и определяется высотой напора воды. В этом случае используются синхронные генераторы с явнополюсным ротором, имеющим от 4 до 60 пар полюсов.
Частота вращения дизель – генераторов, соединенных с первичным двигателем – дизелем, лежит в пределах от 500 до 1500 об/мин. Обычно это явнополюсные машины небольшой мощности. В маломощных синхронных генераторах обычно используется самовозбуждение.
|
|
|
Самовозбуждение генератора происходит следующим образом. В момент пуска генератора благодаря остаточной индукции в магнитной системе появляются слабые ЭДС и токи в рабочей обмотке генератора. Это приводит к появлению ЭДС во вторичных обмотках трансформаторов и небольшого тока в цепи возбуждения, усиливающего индукцию магнитного поля машины. ЭДС генератора возрастает до тех пор, пока магнитная система машины полностью не возбудится.
Магнитный поток, возбуждаемый в синхронной машине изменяется от +Ф до –Ф; следовательно среднее значение ЭДС, наводимое в каждой фазе обмотки статора равно (12) [4, ст. 270]:
; (12)
где 
– мгновенное значение ЭДС;
w – число витков в обмотке;
k – постоянный коэффициент.
Таким образом (13) [4, ст. 270]:
; (13)
где п – скорость вращения ротора;
с – постоянный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности данной машины.
ЭДС генератора пропорциональна основному магнитному потоку машины, при этом напряжение на зажимах генератора меньше ЭДС на величину падения напряжения на обмотке (14) [4, ст. 271]:
|
|
|
; (14)
где n – ток в обмотке статора (ток нагрузки);
z – полное сопротивление обмотки (одной фазы).
Для точной подгонки амплитуды ЭДС величину магнитного потока регулируют путем изменения тока в цепи возбуждения регулировочным реостатом. Форма ЭДС синхронного генератора должна быть синусоидальной. Синусоидальность ЭДС зависит прежде всего от распределения магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором. В явнополюсных машинах полюсным наконечникам ротора придают определенную форму (делают скосы по краям). При этом воздушный зазор постепенно увеличивается от середины полюса к его краям, а магнитная индукция распределяется косинусоидально.
Однако такой способ получения синусоидальной ЭДС неприменим для машин с неявнополюсным ротором. В неявнополюсных машинах нужного распределения магнитной индукции добиваются путем особого размещения обмотки возбуждения на поверхности ротора. Эти и другие меры обеспечивают практически синусоидальную форму ЭДС [4, ст. 271].
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 309; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!