12 Лекция. Синхронные машины.

Существует два типа синхронных машин: с явно выраженными и неявно выраженными полюсами. Могут работать в двух режимах генератора:

1. Режим турбогенератора.

2. Режим гидрогенератора.

Режим турбогенератора соответствует тому случаю, когда синхронный генератор приводится во вращение паровой турбиной.

Режим гидрогенератора соответствует случаю, когда синхронный генератор приводится во вращение от гидротурбины. Этот режим мало скоростной.

Синхронная машина может работать в режиме двигателя, генератора, компенсатора.

Принцип действия синхронного генератора.

При вращении ротора в обмотке наводится ЭДС и создаются токи. Образуется поток реакции якоря, который вращается с частотой n₁, в противоположную сторону.

Недостаток такой системы состоит в том, что нагрузочный ток генератора снимается со щеток. Поэтому при больших мощностях перешли к обращенной конструкции, когда обмотка по которой протекает нагрузочный ток неподвижна, а вращаются полюса.

Е сли число пар полюсов меньше или равно 2, то применяется неявнополюсная конструкция ротора. Ротор делается из цельной поковки, из хромо-никелевой или хромо-никель-молибденовой стали.

В случае явнополюсной конструкции, сердечники полюсов делаются сборными, из листов конструкционной стали толщиной 1-2 мм.

Ротора турбогенераторов имеют конструкцию с радиальными и параллельными пазами: на рисунке 1) и 2) соответственно.

Частота и ЭДС связаны тем же самым соотношением:

частота ЭДС, которую генератор выдает в сеть.

скорость вращения ротора

Экономичнее турбо и гидрогенераторы, имеющие большую единичную мощность. Увеличение единичных мощностей идет за счет увеличения размеров генератора, однако в настоящее время мы подошли к размерам, которые нельзя больше увеличивать по механическим условиям диаметр ротора не может превышать 1,2-1,3 метра, т.к при больших диаметрах и частоте 3000 об/мин. Его будет разрывать, длина ротора 7,5-8,5 метров, больший размер не допустим, т.к возникают недопустимые вибрации ротора за счет его прогиба. Поэтому увеличение мощностей идет по пути охлаждения.

Турбогенератор с водородным охлаждением и избыточным давлением.

Применение водорода улучшает охлаждение. Дальнейшее улучшение охлаждения идет за счет охлаждения проводников обмотки статора водой, а ротора водородом.

Наиболее перспективно является криогенное охлаждение (обмотка возбуждения помещается в криостат и охлаждается жидким азотом) при низких температурах снижается активное сопротивление, что позволяет поднять плотность тока и мощность.

Холостой ход синхронного генератора.

Под действием полярности будут замыкаться магнитные потоки. Наряду с основным магнитным потоком будут протекать поля рассеяния.

У синхронных генераторов различают две основные оси: ось d и q.

Для того, чтобы не было высших гармоник в кривой выходного напряжения, стремимся к тому, чтобы кривая индукции была как можно ближе к синусоиде и воздушный зазор делают неравномерным: меньшим под центром полюса и большим по краям.

Реакция якоря синхронного генератора.

Влияние МДС якоря на поле главных полюсов называется реакцией якоря.

Если обозначить ЭДС, которая индуктируется в фазе статорной обмотки, ток статарной обмотки, угол между током и ЭДС, то возможны три случая нагрузки:

1. чисто активная нагрузка генератора.

2. чисто индуктивная нагрузка.

3. чисто емкостная нагрузка.

Рассмотрим первый случай:

совпадают по фазе(активная нагрузка).

Условно представляем проводник на два провода, и изображаем кружками, в одном ставим направление тока, в другом ЭДС.

Для любой из магнитно-силовых линий можно записать:

линейная нагрузка.

-число проводников, из которых состоит обмотка.

МДС, необходимая для проведения потока реакции якоря через один воздушный зазор:

МДС якоря.

Под действием МДС якоря будет происходить смещение кривой, относительно МДС воздушного зазора, максимум будет совпадать с центром межполюсного пространства.

Из произведенного построения следует, что МДС реакции якоря искажает кривую распределения индукции в воздушном зазоре, поскольку кривая результирующей МДС будет сдвинута относительно оси полюсов.

Так же как у машин постоянного тока, в случае, если магнитная система будет иметь определенное насыщение под действием реакции якоря, будет происходить уменьшение результирующего магнитного потока.

Рассмотрим второй случай:

Вся МДС якоря будет размагничена.

Когда нагрузка носит чисто индуктивный характер, МДС реакции якоря размагничивает магнитную систему.

В третьем случае, когда нагрузка носит чисто емкостной характер МДС реакции якоря подмагничивает магнитную систему.

Рассмотрим промежуточный вариант, когда угол отличен от .

В этом случае раскладываем ток на две составляющие .

создает МДС реакции якоря, максимум которой совпадает с центром полюса, т.е действует по продольной оси.

продольная составляющая тока.

поперечная составляющая тока.