8.3. Разновидности трёхфазных синхронных машин

Существует несколько разновидностей синхронных машин, имеющих определенные конструктивные особенности [9]:

генератора, работает при помощи турбин различного типа, скорость отличается больш м количеством оборотов вала в минуту, может достигать до 6000 об/м н.

гиюиндукторный, г стерез сный и есконтактный двигатель).

электрическойбэнергии за счёт улучшенного коэффициента мощности, служит для ста илизации напряжения.

5. С нхронный компенсатор – вырабатывает реактивную мощ-

ность, не несёт нагрузку, используется в целях повышения качества

А Несмотря на принципиальнуюДобратимость синхронных двига-

6. Синхронные машины специального назначения (асинхрони-

зированная машина двойного питания, двухполюсный ударный генератор и т.д.).

телей и генераторов, они имеют обычно конструктивные особенности, которые редко дают возможность использовать двигатели в качестве генераторов, и наоборот (например, пусковая демпферная обмотка, которая должна обеспечивать хорошие пусковые свойства СД).

На сегодняшний день отечественной промышленностью выпускаются следующие унифицированные серии синхронных машин:

•синхронные явнополюсные трёхфазные генераторы серии СГД2 (СГД2М) для дизельных и газопоршневых электрических агрегатов, используемых на стационарных электростанциях;

•синхронные явнополюсные трёхфазные генераторы серий ЕСС и ЕСС5 с аппаратурой для автоматического регулирования напряжения применяются в передвижных и стационарных агрегатах автономного электропитания;

•промышленные гидрогенераторы серии CВ предназначены для выработки электроэнергии переменного тока частотой 50 Гц;И

190

• промышленные турбогенераторы серий Т, ТВФ и ТВВ предназначены для выработки электроэнергии в продолжительном номинальном режиме работы при непосредственном механическом соединении с паровыми или газовыми турбинами на тепловых или атомных электростанциях;

ДС• явнополюсные трёхфазные двигатели серий СД2, СДН, ДН3, 3 и СДКП2 предназначены для привода механизмов, не

требующ х регул рования частоты вращения (вентиляторов, насосов, дефибреров, руб тельных машин и т.п.); синхронны

• с нхронные компенсаторы серий КС и КСВ, работающие в

двигательном реж ме без активной нагрузки.

Условные граф ческие о означения всех разновидностей

Машины электр ческ е».

х маш н в электрических схемах регламентирует ГО Т 2.722способом–68 ЕСКД «О означения условные графические в схемах. нитного потока синхронных машин является электромагнитное воз-

8.4. Спосо ы воз уждения синхронных машин

буждение, состоящееАв том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока возникает МДС, создающая в машинеДмагнитное поле [9, 12].

Самым распространенным создания основного маг-

Мощность, затрачиваемая на возбуждение синхронной машины, обычно составляет 0,2 – 5% от полезной мощности.

До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись преимущественно специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителямиИВ (рис. 8.4, а). Обмотка возбуждения ОВ получает питание от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем ПВ. Ротор синхронной машины, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя R1 и подвозбудителя R2.

В синхронных машинах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве

191

возбудителя в этом случае применяют обращённый синхронный генератор переменного тока В (рис. 8.4, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе

ной машины позволяет повысить её эксплуатационную надёжность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 8.5, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератораИи через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 8.5, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора СГ с выпрямительным трансформатором ВТ и тиристорным преобразователем ТП, через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход

192

которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения ОВ от перенапряжения и токовой перегрузки.

В синхронных Амашинах малой мощности используют магнитоэлектрический принцип воз уждения – с помощью постоянных магнитов на роторе. Такой способ возбужденияДдаёт возможность избавить машину от обмотки возбуждения. В результате конструкция машины упрощается, становится более экономичной и надёжной. Однако из-за высокой стоимости материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постояннымиИмагнитами ограничено машинами мощностью не более нескольких киловатт.

8.5. Принцип действия трёхфазных синхронных машин

Если обмотки статора СД подключены к какой-либо внешней симметричной трёхфазной электрической цепи, то в них протекают токи (рис. 8.6), образующие симметричную трёхфазную систему и создающие круговое вращающееся магнитное поле, называемое полем реакции якоря (см. подр. 7.4). Взаимодействие синхронно вращающихся магнитных полей статора и ротора определяет все электромагнитные и электромеханические процессы в машине [9].

193

Токи в обмотке статора образуют р пар полюсов вращающегося магнитного поля как у асинхронной машины. Следовательно, синхронная частота вращения магнитного поля в об/мин

СД, благодаря возбуждению ротора постоянным током, могут работать с cosφ = 1, не потребляя реактивной мощности из сети, а при перевозбуждении даже отдавая реактивную мощность в сеть. В результате коэффициент мощности сети увеличивается, а потери энергии и падение напряжения в ней уменьшаются. Поэтому СД проектируют для работы при номинальной мощности с перевозбуждением (cosφн = 0,8 – 0,9). Работа с перевозбуждением предпочтительна также для повышения максимального момента двигателя.

194

На рис. 8.7 представлена функциональная схема синхронного генератора СГ с приводным двигателем ПД. Работа синхронного генератора основана на явлении электромагнитной индукции. Если воз-

Рис. 8.7. Принцип работы синхронногоИгенератора

При подключении к обмотке статора СГ трёхфазной нагрузки появляются токи статора, которые создают вращающееся магнитное поле. Это поле вращается синхронно с полем ротора, следовательно, они неподвижны друг относительно друга. Активная составляющая тока, протекающего через обмотку статора, создает тормозной электромагнитный момент, который должен преодолеваться приводным двигателем.

195