Лекции / Лекция 6 Электрические машины_полная
.pdfЛекция № 6. 1. Синхронные машины Устройство синхронных машин
Основными частями синхронной машины являются статор и ротор. Статор синхронной машины состоит из корпуса, в котором размещен сердечник, представляющий собой цилиндр, набранный из тонких листов электротехнической стали с пазами по внутренней поверхности. В пазы укладывается трехфазная обмотка статора. Это три обмотки, каждая из которых состоит из нескольких катушек. Обмотки сдвинуты относительно друг друга в пространстве на угол 1200 . Статор синхронной машины является якорем (т.е. той частью машины, в которой при работе наводится ЭДС).
Ротор синхронной машины – это вращающийся постоянный электромагнит, создающий основной магнитный поток Ф0 , т.е. ротор – индуктор. Как правило, магнитное поле ротора создается обмоткой возбуждения,
питаемой от источника постоянного тока. Обмотка возбуждения подключается к ис-
точнику постоянного тока через токосъемник. Он представляет собой два кольца, к которым подключена обмотка возбуждения ротора и две щетки, которые подключены к внешнему источнику постоянного напряжения.
По конструкции ротор может быть явнополюсным или неявнополюсным. Явнополюсные роторы обычно выполняют наборными. На вал насаживается цилиндрическое основание, к которому соединением типа «ласточкин хвост» крепятся полюса, на которые насаживаются полюсные катушки. Явнополюсные роторы применяют в малых и тихоходных машинах с частотой вращения до 1000, 1500 об/мин.
В быстроходных машинах при скоростях более 1500 об/мин из соображений механической прочности, а также для уменьшения трения о воздух применяют цилиндрические неявнопо-
люсные роторы.
Обмотка возбуждения, подключается к источнику постоянного тока через кольцевой токосъемник. Он представляет собой два кольца, к которым подключена обмотка возбуждения ротора и две щетки, которые подключены к внешнему источнику постоянного напряжения.
На схемах синхронную машину обозначают в полном или упрощенном изображении. При этом обмотку возбуждения явнополюсного ротора показывают штриховой окружностью, а неявнополюсного – сплошной.
Принцип действия трехфазного синхронного генератора
В генераторе ротор (индуктор) вращается приводным двигателем (например, турбиной). Ток в обмотке возбуждения создает основной магнитный поток 0 . Если начать вращать
ротор при помощи приводного двигателя появится вращающееся магнитное поле. Пересекая витки обмотке статора (якоря), это поле будет наводить в ней трехфазную ЭДС. ЭДС, наводимая потоком ротора, создает трехфазное напряжение. При включении нагрузки возникает ток в обмотке статора, который образует вращающееся магнитное поле якоря с потоком Фя . Частота и направление вращения двух потоков 0 и я одинаковы, и в сумме они создают общий магнитный поток генератора . Взаимодействие вращающегося магнитного поля с током в роторе вызывает тормозной электромагнитный момент М эм , действующий на ротор. Тормозной электромагнитный момент М эм направлен навстречу вращению ротора и уравновешивает вращающий момент турбины.
Основные характеристики синхронного генератора
|
(характеристика холостого хода) |
|
||||
|
|
Зависимость |
ЭДС |
от |
тока |
|
|
|
возбуждения |
при |
постоянной |
||
|
|
частоте |
вращения |
n const |
||
|
|
называется |
характеристикой |
|||
(рис. |
5 а). |
холостого |
хода |
|
|
|
Ее |
форма |
определяется кривой намагничива- |
ния стали, |
из которой изготовлен генератор. |
||||
|
(внешняя характеристика) |
||||
|
|
Зависимость |
напряжения |
||
|
|
от |
тока |
нагрузки при |
|
|
|
неизменной |
частоте |
||
|
|
вращения |
|
называется |
|
(рис. 5 б) |
|
внешней |
характеристикой |
||
|
генератора |
|
|||
|
|
|
|||
Зависимость |
напряжения |
от |
тока нагрузки |
при неизменной частоте вращения называется внешней характеристикой генератора. Генерато-
ры проектируют таким образом, чтобы при работе с активно-индуктивной нагрузкой с cos 0.85 0.9 при номинальном токе нагрузки, напряжение на зажимах генератора было номинальным.
(регулировочная характеристика) Регулировочная характеристика синхронного генератора показывает, как надо менять ток возбуж-
(рис. 5 в) дения Iв при изменении тока нагрузки Iя , чтобы
напряжение |
на зажимах |
генератора |
оставалось |
постоянным (при n const и |
const). |
1.6. Основные уравнения и характеристики двигателя
По аналогии с синхронным генератором уравнение электрического состояния фазы
статора двигателя имеет вид
(2)
где Хс – синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора
(механическая характеристика) Механическая характеристика синхронного двигателя представляет собой горизонтальную прямую, так как частота вращения ротора неизменна.
Но с изменением момента нагрузки ротор смещается относительно результирующего магнитного поля, так как изменяется угол поворота ротора относительно оси магнитного
поля . |
|
|
(угловая характеристика) |
|
|
Зависимость |
момента |
|
от угла поворота |
ротора |
|
относительно |
поля |
имеет |
вид: |
|
|
где M max 28,6 |
3UфE0 |
. Эта зависимость называет- |
||||
X |
с |
n |
1 |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
ся угловой характеристикой двигателя. Видно,
что |
момент пропорционален синусу угла и |
|||
достигает максимального |
значения |
при 900 . |
||
В номинальном |
режиме |
обычно |
принимают |
|
угол |
300 , а |
момент |
Mном 0,5Mmax . Этим |
обеспечивается достаточная перегрузочная способность двигателя. Угловая характеристика двигателя показана на рис. 6 б.
(U – образные характеристики) Проанализируем уравнение (2).
Пусть синхронный двигатель работает при неизменной мощности на валу. При изменении тока возбуждения Iв изменяется магнитный поток 0 и ЭДС E0 .
Синхронный двигатель, предназначенный для работы на холостом ходу с большим током возбуждения только с целью компенсации реактивной мощности в сети, называется синхронным компенсатором. Конструкция синхронных компенсаторов облегчена в сравнении с обычными двигателями, а обмотка возбуждения рассчитана на большой ток. Размеры и масса синхронного компенсатора меньше, чем конденсаторной батареи той же мощности, и реактивную мощность можно плавно регулировать. Но компенсаторы сложнее и дороже конденсаторов, поэтому их обычно применяют при большой реактивной мощности.