Лекция 15. Синхронные машины Синхронные машины

Статор синхронной машины выполнен так же, как и у асинхронной. Ротор –электромагнит, на обмотку которого через кольца подается постоянный ток. Об­мотку называют индуктором или обмоткой возбуждения.

а)статор, б)ротор

1 – корпус; 2 – магнитопровод;

3 – обмотка; 4 – полюс;

5 – кольца.

Во всем мире электроэнергия вырабатывается трехфазными синхрон­ными генераторами. В качестве приводных двигателей на тепловых электро­станциях служат паровые турбины, на гидростанции – водяные, АЭС – паровые турбины. Маломощные генераторы для питания сварки, освещения, электро­инструментов имеют приводной двигатель ПД внутреннего сгорания. Ско­рость вращения генератора определяет частоту сети.

,

где ω_ПД – скорость приводного двигателя.

Регулировка напряжения осуществляется изменением тока возбуждения Iв. Чтобы обеспечить надежность систем электроснабжения, электростанции и их генераторы включают параллельно. Для надежности снабжения электро­энергией линии электропередач (ЛЭП) закольцовывают. В этом случае при разрыве кольца ЛЭП снабжение электроэнергией не прерывается.

Напряжение генераторов на статоре – до 25 кВ. Мощности до 1000 МВт. Напряжение возбуждения – до 1000 В. Мощность возбуждения составляет (2 ÷ 5)% от мощности на статоре.

Главное достоинство синхронных генераторов – отсутствие скользя­щих контактов на статоре.

Синхронные электродвигатели отличаются от генераторов тем, что на роторе предусмотрена пусковая обмотка в виде "беличьей клетки". Она спо­собствует разгону двигателя в асинхронном режиме до подсинхронной скоро­сти ω_пс = (0,95 ÷ 0,98)ω₀. У синхронного двигателя при работе ротор питается постоянным током. Взаимодействие полей статора и ротора обеспечивает син­хронное вращение ротора с полем статора. Отсюда название машины.

Скорость определяется частотой сети и числом пар полюсов: ω₀ = 2πf /p.

Механическая характеристика параллельна оси абсцисс, т.е. при из­менении нагрузки скорость двигателя остается постоянной. При М_нагр > М_доп, дви­гатель выпадает из синхронизма, что приводит к короткому замыканию и от­ключению его от сети. Синхронные двигатели устанавливают на механиз­мах, не требующих регулирования скорости и частых пусков: насосы, вентиляторы, компрессоры, воздуходувки … и т.д.

Примеры решения задач:

Задача 1. Номинальная скорость вращения АД n_н = 680 об/мин. Опре­делить скорость X.X. и число пар полюсов, если частота сети fc = 50 Гц.

Скорость вращения ротора на 5 ÷ 10% меньше скорости поля статора:

n₀ = 6Of/p,

Синхронная скорость 1000 об/мин при Р = 3 отличается от номинальной на 30 %, что не соответствует действительности. Подходит n₀ = 750 об/мин. Р= 4; скольжение в этом случае равно:

S_H= 100(n₀ n_н)/n₀ = 10%; Р = 4.

Задача 2. Напряжение питающей сети U_C = 380 В. Мощность, отдаваемая на вал АД равна 27 кВт. Определить ток в цепи статора, если КПД двигателя 0,86; cosφ = 0,8. Полная мощность, по­требляемая из сети:

S = P/(ηcosφ) = 38 кВА;

S = UcI;

Откуда I = S/( Uc) = 60A.

Задача 3. Синхронный двигатель имеет на валу момент нагрузки М = 90 кНм. скорость ω = 100 с⁻¹. Одновременно СД генерирует в сеть реактив­ную мощность Qc = 4,5 Мвар, КПД двигателя 0,9. Найти ток, потребляемый дви­гателем из сети. Uc = 10 кВ.

Мощность на валу: Рв = Мω = 9 МВт.

Активная мощность: Рс = Рв/η = 10 МВт.

Полная мощность: .

Ток: I = S/( Uc) = 680 A.