19. Синхронные электрические машины. Реактивные синхронные двигатели.

Синхронная машина - это машина переменного тока, у которой частота вращения ротора = частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Магнитное поле возбуждения вращается в пространстве с частотой n, связанной с частотой сети f соотношением n = f/p, где p - число пар полюсов машины.

С инхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора (индуктора). Ротор служит для создания основного магнитного потока (потока возбуждения). Постоянный ток I_в подается в обмотку возбуждения ОВ, расположенную на роторе, через контактные кольца от специального источника постоянного тока или от обмотки статора через полупроводниковое выпрямительное устройство. В пазах статора располагается трехфазная обмотка переменного тока.

Электромагнитный момент машины M_а пропорционален току нагрузки I, потоку Ф и зависит от угла сдвига между ними. Если при работе на изолированную нагрузку или при параллельной работе отстает от магнитного потока на угол 0-180°, то M_a>0, и имеет место генераторный режим. Если же при параллельной работе ток опережает магнитный поток на угол 0-180°, то M_a<0, и режим будет двигательным.

Активная мощность, развиваемая синхронной машиной, зависит от внешнего вращательного момента, приложенного к ее валу: M_вн=-M_а. Реактивная мощность и cosφ синхронного генератора, работающего автономно, зависят от параметров нагрузки. В синхронной машине, работающей параллельно с электрической системой, реактивная мощность определяется током возбуждения. При заданных значениях напряжения сети U и момента Ma машина считается нормально возбужденной, если cosφ=1 и машина не отдает в сеть реактивную (индуктивную) мощность. Если при тех же значениях U и M_a увеличивается ток возбуждения, то машина становится перевозбужденной и отдает в систему реактивную мощность Q=U·I·sinφ. При уменьшении тока возбуждения реактивная мощность будет потребляться из системы (Q<0) и машина станет недовозбужденной.

Синхронные машины, работающие в режимах генерирования реактивной мощности, называются синхронными компенсаторами. В зависимости от исполнения ротора синхронные машины делятся на явнополюсные и неявнополюсные.

Магнитодвижущая сила реакции якоря F_а раскладывается в общем случае на продольную F_d и поперечную F_q составляющие:

где – угол сдвига по фазе между ЭДС и током в обмотке статора.

Влияние реакции якоря на рабочие характеристики синхронного генератора зависит от характера нагрузки: при чисто активной нагрузке реакции якоря искажает магнитное поле в зазоре машины, практически не меняя величину результирующего магнитного потока; при активно-индуктивной нагрузке она искажает и уменьшает магнитный поток, а при активно-емкостной нагрузке – искажает и увеличивает его.

20. Шаговые синхронные двигатели.

Ша́говый электродвигатель – это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток подаваемый в одну из обмоток статора вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора, выполненного из ферромагнитного материала или из магнитного материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать бо́льший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках.

П ока тока в обмотках управления нет, ротор ориентируется вдоль постоянных магнитов и удерживается около них с определенным усилием, которое определяется магнитным потоком полюсов Ф_пм.

При подаче постоянного напряжения на обмотку управления возникает магнитный поток Ф_у примерно вдвое больший, чем поток постоянных магнитов. Под действием электромагнитного усилия, создаваемого этим потоком, ротор поворачивается, преодолевая нагрузочный момент и момент, развиваемый постоянными магнитами, стремясь занять положение соосное с полюсами управляющей обмотки. Поворот происходит в сторону клювообразных выступов, т.к. магнитное сопротивление между статором и ротором в этом направлении меньше, чем в обратном.

Достоинством однофазных ШД с постоянными магнитами является простота конструкции и схемы управления. Для фиксации ротора при обесточенной обмотке управления не требуется потребление энергии, угол поворота сохраняет свое значение и при перерывах в питании. Двигатели этого типа отрабатывают импульсы с частотой до 200–300 Гц. Их недостатки – низкий КПД и невозможность реверса.

21. Синхронные электрические машины. Синхронный двигатель с возбуждением от источника постоянного тока.

Синхронная машина - это машина переменного тока, у которой частота вращения ротора = частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Магнитное поле возбуждения вращается в пространстве с частотой n, связанной с частотой сети f соотношением n = f/p, где p - число пар полюсов машины.

С инхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора (индуктора). Ротор служит для создания основного магнитного потока (потока возбуждения). Постоянный ток I_в подается в обмотку возбуждения ОВ, расположенную на роторе, через контактные кольца от специального источника постоянного тока или от обмотки статора через полупроводниковое выпрямительное устройство. В пазах статора располагается трехфазная обмотка переменного тока.

Электромагнитный момент машины M_а пропорционален току нагрузки I, потоку Ф и зависит от угла сдвига между ними. Если при работе на изолированную нагрузку или при параллельной работе отстает от магнитного потока на угол 0-180°, то M_a>0, и имеет место генераторный режим. Если же при параллельной работе ток опережает магнитный поток на угол 0-180°, то M_a<0, и режим будет двигательным.

Активная мощность, развиваемая синхронной машиной, зависит от внешнего вращательного момента, приложенного к ее валу: M_вн=-M_а. Реактивная мощность и cosφ синхронного генератора, работающего автономно, зависят от параметров нагрузки. В синхронной машине, работающей параллельно с электрической системой, реактивная мощность определяется током возбуждения. При заданных значениях напряжения сети U и момента Ma машина считается нормально возбужденной, если cosφ=1 и машина не отдает в сеть реактивную (индуктивную) мощность. Если при тех же значениях U и M_a увеличивается ток возбуждения, то машина становится перевозбужденной и отдает в систему реактивную мощность Q=U·I·sinφ. При уменьшении тока возбуждения реактивная мощность будет потребляться из системы (Q<0) и машина станет недовозбужденной.

Синхронные машины, работающие в режимах генерирования реактивной мощности, называются синхронными компенсаторами. В зависимости от исполнения ротора синхронные машины делятся на явнополюсные и неявнополюсные.

Магнитодвижущая сила реакции якоря F_а раскладывается в общем случае на продольную F_d и поперечную F_q составляющие:

где – угол сдвига по фазе между ЭДС и током в обмотке статора.

Влияние реакции якоря на рабочие характеристики синхронного генератора зависит от характера нагрузки: при чисто активной нагрузке реакции якоря искажает магнитное поле в зазоре машины, практически не меняя величину результирующего магнитного потока; при активно-индуктивной нагрузке она искажает и уменьшает магнитный поток, а при активно-емкостной нагрузке – искажает и увеличивает его.