5.Синхронные машины

5.1. Теоретические пояснения

При изучении синхронных машин необходимо внимательнее рассматривать физическую картину явлений и стремиться раскрыть физический смысл каждой величины в уравнениях, описывающих тот или другой процесс.

Одним из важнейших вопросов теории синхронных машин является реакция якоря. Сравнивая реакцию якоря синхронной машины с реакцией якоря машины постоянного тока, можно обнаружить общие черты и ряд отличий. Если в машинах постоянного тока положение поля реакции якоря относительно поля возбуждения задавалось положением щеток, то в синхронной машине оно зависит от характера нагрузки (от угла сдвига между векторами тока и ЭДС).

Изучая влияние реакции на характеристики синхронной машины, следует сравнивать их с соответствующими характеристиками машины постоянного тока.

Необходимо обращать внимание на построение характеристик двумя способами: аналитически с помощью векторных диаграмм и опытным путем. Здесь же должны быть усвоены методы определения параметров.

Несимметричная нагрузка синхронной машины исследуется методом симметрических составляющих. Вводятся новые параметры – индуктивные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей. Следует разобраться в физических основах опытного определения этих параметров и понять, например, почему в синхронных машинах, в отличии от трансформаторов, сопротивление обратной последовательности значительно меньше сопротивления прямой последовательности, как зависит его величина от конструкции демпферной клетки, почему на значение индуктивного сопротивления нулевой обмотки последовательности влияет укорочение шага обмотки статора.

Внезапное короткое замыкание изменяет физические условия внутри машины. Поток реакции якоря не может в первые моменты времени пройти сквозь демпферную клетку и обмотку возбуждения, и вынужден обходить их. Проводимость потоку реакции якоря уменьшается, что приводит к уменьшению индуктивных сопротивлений. Здесь в теории синхронных машин вводятся новые параметры: сверхпереходные и переходные индуктивные сопротивления, существующие только во время переходного режима. Необходимо уяснить сущность этих параметров и отчетливо представить физическую картину явлений, чтобы легче понять вывод основных уравнений, которые надо уметь анализировать.

Режим работы синхронной машины, работающей параллельно с сетью бесконечной мощности, отличается от режима работы отдельного синхронного генератора. Частота и напряжение сети постоянны. Следовательно, скорость вращения поля статора и напряжение на его зажимах измениться не могут.

При изменении момента на валу и постоянном токе возбуждения синхронная машина работает в режиме угловой характеристики. Необходимо отчетливо представлять физическую картину явлений, происходящих при переходе синхронной машины из генераторного в двигательный режим.

При постоянном моменте с изменением тока возбуждения машина работает в режиме U-образной характеристики. Изучая этот вопрос, необходимо уяснить, каким образом происходит обмен реактивной мощности машины с сетью при работе в режиме двигателя и генератора.

Статическая и динамическая устойчивость определяют способность машины устойчиво работать в энергетической системе. Пределом статической устойчивости является максимальная электромагнитная мощность. Для ее увеличения необходимо проектировать машину с большим значением ОКЗ, что приводит к росту воздушного зазора и, следовательно, к увеличению размеров, веса и стоимости машины. Поэтому лишний запас статической устойчивости экономически нецелесообразен. Динамическую устойчивость увеличивают искусственно – путем создания быстроотзывчатых автоматических систем форсировки возбуждения.

При изучении синхронных двигателей обратите внимание на особенности их пуска, а также на реактивные двигатели.

5.2. РГЗ-4. Характеристики. Расчет МДС реакции якоря и индукционных сопротивлений. Построение векторных диаграмм.