Синхронные машины

1. Назначение и принцип действия синхронного генератора

Назначение СГ: используются на всех электрических станциях в качестве источников переменного тока, применяется в процессе производства электроэнергии.

Принцип действия: СГ состоит из неподвижной части -ста­тора и вращающейся части -ротора. Статоры СГ состоят из корпуса, сердечника и обмот­ки. Роторы СМ могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную. Ротор СМ имеет обмотку возбуждения, подключенную через два контактных кольца и щетки к источнику постоянного тока. Назначение обмотки возбуждения - создание в машине основного магнитного потока. Ротор вместе с обмоткой возбуждения называется индуктором. Если ротор СМ привести во вращение с частотой вращения п и возбудить его, то поток возбуждения Ф_f будет индуктировать в обмотке якоря ЭДС с частотой . ЭДС обмотки якоря составляют симметричную трехфазную систему и при подключении к обмотке якоря генератора симметричной нагрузки, эта обмотка нагрузится симметричной системой токов. Машина при этом будет работать в режиме генератора. При нагрузке обмотка якоря создает свое вращающееся магнитное поле, которое вращается в том же направлении, что и ротор с частотой . Поля якоря и ротора вращаются с одинаковой частотой и неподвижны друг относительно друга.

2. Уравнение равновесия напряжений фазы обмотки якоря явнополюсного сг. Поясните составляющие этого уравнения.

Уравнение равновесия напряжений СГ выглядит:

Здесь Е₀ – ЭДС в фазе статора наводимая потоком обмотки возбуждения

E_ad – ЭДС индуцируемая в обмотке якоря потоком продольной реакции якоря Ф_ad

E_aq - ЭДС индуцируемая в обмотке якоря потоком поперечной реакции якоря Ф_aq

E_a - ЭДС рассеяния индуцируемая в фазе обмотке якоря потоком рассеяния обмотки якоря Ф_a

r_a – активное сопротивление фазы обмотки якоря

3. Уравнение равновесия напряжений фазы обмотки якоря неявнополюсного сг. Поясните составляющие этого уравнения.

Уравнение равновесия напряжений СГ выглядит:

Здесь Е₀ – ЭДС в фазе статора наводимая потоком обмотки возбуждения

- индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

- индуктивное сопротивление продольной реакции якоря в следствии равномерности воздушного зазора

r_a – активное сопротивление фазы обмотки якоря

4. Реакция якоря в явнополюсном СГ (ψ=0): изобразить схему поперечного вида с упрощенной трехфазной обмоткой якоря и явнополюсным индуктором, показать силовые линии потока обмотки якоря, сделать необходимые пояснения.

При чисто активной нагрузке намагничивающая сила якоря искажает основное поле по направлению не изменяя его по величине.

ЭДС фазы А максимальна, а т.к. угол ψ=0 то ток фазы А тоже будет максимален , а в остальных фазах .

При этом реакция якоря действует по поперечной оси, под действием поперечной реакции якоря один край полюса индуктора подмагничивается, а другой край размагничивается. Если бы магнитная система была ненасыщенной, то подмагничение одного края полюса и размагничение другого не повлияли бы на изменение результирующего магнитного потока. Учитывая то, что современные ЭМ общего назначения имеют определенное насыщение магнитной системы, то поперечная реакция якоря будет оказывать небольшое размагничивающее действие, то есть под ее действием результирующий магнитный поток станет меньше потока , созданного обмоткой возбуждения.

5. Реакция якоря в явнополюсном СГ (ψ=90): изобразить схему поперечного вида с упрощенной трехфазной обмоткой якоря и явнополюсным индуктором, показать силовые линии потока обмотки якоря, сделать необходимые пояснения.

При чисто индуктивной нагрузке реакция якоря уменьшает (размагничивает) основное поле возбуждения.

Магнитодвижущая сила и поток, создаваемые обмоткой якоря направлены вдоль оси и причем встречно с МДС и потоком обмотки возбуждения

В этом случае угол между ЭДС обмотки якоря и током равен 90 градусов. Это означает что максимум тока в фазе А наступит по сравнению с активной нагрузкой на четверть периода позднее, когда ротор повернется на 90 градусов по часовой стрелке. При отстающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является размагничивающей, а результирующий магнитный поток будет меньше потока обмотки возбуждения.

6. Реакция якоря в явнополюсном синхронном генераторе (ψ=-90): изобразить схему поперечного вида с упрощенной трехфазной обмоткой якоря и явнополюсным индуктором, показать силовые линии потока обмотки якоря, сделать необходимые пояснения.

В этом случае угол сдвига между ЭДС и током равен -90 градусов. Это означает что максимум тока в фазе А наступит по сравнению с активной нагрузкой на четверть периода раньше. При опережающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является намагничивающей (продольная намагничивающая реакция якоря), то есть результирующий магнитный поток будет больше потока обмотки возбуждения.