Вопрос 48

Синхронные машины характерны тем, что ротор в установившемся режиме вращается с угловой скоростью вращающегося магнитного момента, создаваемого токами фазных обмоток статора (подобно статору АМ).

Это достигается тем, что ротор синхронных машин представляет собой электромагнит (иногда постоянный магнит) с числом полюсов равным числу пар полюсов вращающегося магнитного поля.

Взаимодействие полюсов вращающегося магнитного поля и полюсов ротора обеспечивает постоянную угловую скорость последнего независимо от момента на валу.

Это свойство синхронных машин позволяет использовать их в качестве двигателей с постоянной скоростью для электропривода.

Как все электрические машины, синхронные машины обратимы: они могут работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя.

Трехфазные синхронные генераторы – самые мощные электрические машины.

В настоящее время и в ближайшие десятилетия основными источниками электроэнергии останутся синхронные генераторы, установленные на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях. Мощность синхронных генераторов

Р_С.Г.=(10…100)х1000 КВ ^. А

Статор синхронных машин ничем (кроме размеров) не отличается от статоров асинхронных машин. Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током.

Рис 7.1 Электрическая схема машины (а) и ее условное обозначение на схеме (б)

Рис 7.2 Роторы синхронной машины: а – явнополюсный; б – неявнополюсный; 1 – полюс, 2 – катушка.

Явнополюсный ротор (рис 7.2 а), имеющий выступающие полюсы, применяется до 1000 – 1500 об/мин. Для быстроходных мощных машин, работающих со скоростями 1500 – 3000 об/мин, явнополюсный ротор конструктивно невыполним из-за сложности обеспечения надежного крепления полюсов при больших центробежных силах. Поэтому для быстроходных машин применятся неявнополюсный ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов (рис 7.2 б). При указанных направлениях токов в обмотке ротора создается магнитное поле с двумя полюсами «N» и «S», показанными на рисунке 7.2 б.

У тихоходных машин для получения нужной частоты переменного тока явнополюсный ротор выполняется с десятками полюсов. Неявнополюсные роторы изготавливаются обычно двухполюсными или четырехполюсными.

Постоянный ток для питания обмотки возбуждения может подводиться от небольшого генератора постоянного тока – возбудителя (вращающегося вместе с ротором или приводимого отдельным двигателем) или от выпрямительной установки рис 7.3.

Рис 7.3 Схема бесщеточного возбуждения синхронного генератора: ПВ – подвозбудитель; В – возбудитель – генератор («обращенной конструкции»); Т – турбина.

Вопрос 49

При холостом ходе ток статора синхронной машины равен 0. На рис 7.4 дана схема трехфазной синхронной машины. Вал машины, показанный на рисунке штриховой линией, сочленен с первичным двигателем, который приводит генератор во вращение с постоянной скоростью n₀ (в оборотах в минуту)

Рис 7.4 Схема синхронного трехфазного генератора: 1 – статор, 2 – ротор, 3 – вал ротора, 4 – контактные кольца, 5 – щетки.

Ток возбуждения I_В, поступающий в цепь ротора от источника постоянного тока, может регулироваться от нуля до некоторого максимального значения. Это позволяет изменять магнитный поток ротора в широких пределах, то есть получать различные значения ЭДС статора, так как она пропорциональна магнитному потоку ротора. Распределение магнитного потока по окружности статора делают близким к синусоидальному. Поэтому можно считать, что при вращении ротора магнитный поток, связанный с каждой фазой обмотки статора, изменяется по гармоническому закону. Тогда действующая синусоидальная ЭДС Е₀, индуцируемая при холостом ходе в одной фазе, равна

E₀=4,44^.k^.w^.f^.Ф₀ (7.1)

где: k – обмоточный коэффициент машины, w – число витков одной из фаз статора, включенных последовательно; Ф₀ – максимальный поток полюса ротора при токе возбуждения I_В.

Частота f ЭДС, индуктируемых в статоре, определяется выражением

f=p^.n₀/60 (7.2)

Согласно формулам (7.1) и (7.2) ЭДС статора при неизменной скорости n₀=const пропорциональны току. Поэтому зависимость E₀ от I_B, то есть характеристика холостого хода синхронного генератора, подобна зависимости магнитного потока от тока возбуждения (рис 7.5)

Рис 7.5 Характеристика холостого хода (а) и векторная диаграмма (б) синхронного генератора.