Раздел5 Синхронные машины.
Тема 5.1. Конструкция см. Принцип действия.
О
сновными
частями синхронной машины являются
якорь и индуктор. Наиболее частым
исполнением является такое исполнение,
при котором якорь располагается на
статоре, а на отделённом от него воздушным
зазором остове находится индуктор.
Якорь представляет собой трехфазную обмотку переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и создается вращающий момент на валу. В генераторах к индуктору приложен внешний вращающий момент, под действием которого индуктор начинает вращаться. Созданное постоянное магнитное поле индуктора пересекая проводники обмотки якоря наводят в ней ЭДС.
Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную и неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, незаполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.
Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи.
СМ используются главным образом в качестве генераторов большой мощности. СД используются редко, но широко применимы микро- СД реактивные (без постоянных магнитов) и индуктивные (с ПМ на роторе).
Принцип действия СМ рассмотрим на примере ЯСГ, конструкция которого приведена на рис.1. Статор СМ выполнен как статор АМ: на статоре расположена трехфазная обмотка, магнитные оси фаз смещены в пространстве на 120º поэтому наводимые в фазах ЭДС также будут смещены во времени на 120º эл. град. Ротор имеет явновыраженные полюса, сосредоточенную обмотку возбуждения, которая запитывается через КК и щетки постоянным током. Т.о. СМ это машина двойного питания: в статоре переменный ток, а в роторе постоянный. ОВ находится на роторе и создает неизменный во времени магнитный поток. Ротор приводится во вращение каким либо приводным двигателем. Магнитный поток ротора пересекает проводники статора и наводит в них ЭДС с частотой f1 = pn2/60, где p – число пар полюсов, n2 – частота вращения ротора об/мин. Если обмотка статора замкнута на симметричную нагрузку то протекает симметричный ток, создающий волну МДС, т.е. вращающееся магнитное поле статора. Частота вращения этого поля n1 =60f1 /p = 60pn2/ p60= n2 . Частота вращения поля статора равна частоте вращения поля ротора, т.е. поле статораи ротора вращаются синхронно.
Частота сети f1 = 50 Гц = const, следовательно частота напряжения генератора подключаемого к сети также должна равняться 50 Гц из-за этого между числом полюсов СМ и частотой вращения ротора должна выдерживаться жесткая связь.
2р=2 n2=3000 об/мин; 2р=4 n2=1500 об/мин; 2р=6 n2=1000 об/мин;
Режимы работы СМ
Как всякая вращающаяся электрическая машина СМ обратима, т.е. может работать как в режиме генератора так и в режиме двигателя. Если СМ это СГ: 1. Режим автономной нагрузки; 2. Режим параллельной работы с сетью. Если СМ это СД: 1. Режим двигателя; 2. Режим синхронного компенсатора, т.е. СД работает на хх с изменяемым током возбуждения, т.о. СД является генератором реактивной мощности.