2 Работа синхронных машин в качестве двигателя и генератора

Синхронная машина, работающая параллельно с сетью, автоматически переходит в двигательный режим, если к валу ротора приложен тормозной момент. При этом машина начинает потреблять из сети активную мощность и возникает электромагнитный вращающий момент. Частота вращения ротора остается неизменной, жестко связанной с частотой сети по соотношению п2 = п1 = 60f1/p, что является важнейшим эксплуатационным свойством синхронных двигателей.

Конструкция синхронной машины Конструкция статора синхронной машины принципиально не отличается от статора асинхронного двигателя. Он представляет из себя стальной цилиндрический магнитопровод, собранный из отдельных листов электротехнической стали. На внутренней поверхности магнитопровода имеются продольные пазы, в которых располагается обмотка статора. Обмотка статора синхронной машины трехфазная, аналогично трехфазной обмотке асинхронного двигателя. Три фазы обмотки статора смещены по его окружности друг относительно друга на 1/3 часть периода. Ротор синхронной машины может быть двух типов: явнополюсный (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсный (с неявновыраженными полюсами). В машинах с большой частотой вращения по соображениям механической прочности ротор делается неявнополюсным Явнополюсный ротор синхронной машины (рис. 2.1) имеет магнитопровод 1, расположенный на валу машины. К магнитопроводу крепятся полюса с по люсными наконечниками 2. На полюсах располагается электрическая обмотка ротора 3, называемая обмоткой возбуждения. На рис. 2.1 показан двухполюсный ротор. Синхронная машина может иметь большее число полюсов. На рис. 2.2 показан явнополюсный ротор тихоходной синхронной машины большой мощности с числом полюсов, равным 16.

Рисунок 2.1 Явнополюсный ротор синхронной машины

Рисунок 2.2 Явнополюсный ротор гидрогенератора с числом полюсов 16

Обмотка возбуждения питается постоянным током и создает постоянное магнитное поле. Для соединения обмотки возбуждения с неподвижной электрической цепью служат два контактных кольца 4 (рис. 2.1), установленные на валу ротора. К каждому из колец подсоединен один из выводов обмотки возбуждения. К наружной поверхности контактных колец прижимаются неподвижные электрические щетки 5. При вращении ротора кольца своей поверхностью скользят по неподвижным щеткам, обеспечивая скользящий электрический контакт. Устройство и работа щеточного узла аналогичны асинхронному двигателю с фазным ротором. Различия лишь в количестве контактных колец и щеток. Фазная обмотка ротора асинхронного двигателя требует три контактных кольца, а обмотка возбуждения синхронной машины – два. Неявнополюсный ротор синхронной машины (рис. 2.3) имеет цилиндрический магнитопровод 1 (сердечник) с продольными пазами на его поверхности. Обмотка возбуждения 3 распределена в пазах сердечника ротора таким образом, что при питании постоянным током она создает постоянное магнитное поле. Для соединения обмотки возбуждения с неподвижной электрической цепью также используются контактные кольца 4 и электрические щетки 5.

Рисунок 2.3 Неявнополюсный ротор синхронной машины

Рисунок 2.4 Условное обозначение синхронной машины в схемах. а – с явнополюсным ротором; б – с неявнополюсным ротором

Рисунок 2.5 . Схема включения синхронного генератора

Обмотка возбуждения синхронного генератора подключена к источнику постоянного тока (возбудителю) с напряжением Uв и создает постоянное магнитное поле возбуждения. Магнитный поток возбуждения замыкается в магнитной цепи синхронного генератора как показано силовыми линиями на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 Принцип действия синхронного генератора

Ротор генератора вращается турбиной Т (рис. 2.5) или приводным двигателем с частотой вращения n0. Постоянное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, вращается вместе с ротором. При этом силовые линии пересекают проводники неподвижной обмотки статора и проявляется индукционное действие магнитного поля. Т.е. в неподвижной обмотке статора индуцируется ЭДС. При повороте двухполюсного ротора (рис. 2.6) на 1800 полярность магнитного поля меняется, при этом меняется направление ЭДС в обмотке статора.

При синусоидальном законе распределения индукции в воздушном зазоре закон изменения ЭДС во времени также будет синусоидальным

Таким образом, в обмотке статора индуцируется переменная синусоидальная ЭДС:

Частота f этой ЭДС зависит от частоты вращения ротора. Один оборот двухполюсного ротора на рис. 9 определяет период изменения ЭДС. Следовательно частота ЭДС пропорциональна частоте вращения ротора:

где n0 – частота вращения ротора, измеряемая в об/мин.

Соотношение (2) справедливо для двухполюсного синхронного генератора, показанного на рис. 9. В многополюсном генераторе частота ЭДС возрастает пропорционально числу пар полюсов p. Частота ЭДС многополюсного генератора определяется соотношением:

Как было отмечено, обмотка статора является симметричной трехфазной обмоткой, т.е. три фазы обмотки одинаковы и расположены в пазах статора таким образом, что сдвинуты по окружности друг относительно друга на 1/3 часть периода. Следовательно, в каждой фазе обмотки статора индуцируются синусоидальные ЭДС, одинаковые по амплитуде, но отличающиеся по фазе на 1/3 часть периода (или 1200 ). Таким образом, синхронный генератор является симметричным трехфазным источником электроэнергии ,т.е преобразует механическую энергию турбины (приводного двигателя) в электрическую энергию трехфазного тока. К обмотке статора синхронного генератора подключается трехфазный потребитель электроэнергии, либо обмотка статора подключается к трехфазной сети для совместной параллельной работы с другими трехфазными источниками (рис. 8).

3. Принцип действия синхронного двигателя.

Схема включения синхронного двигателя для привода рабочего механизма показана на рис. 10. Обмотка статора синхронного двигателя подключается к трехфазному источнику электроэнергии или к трехфазной сети. Аналогично трехфазной обмотке статора асинхронного двигателя она создает вращающееся магнитное поле (см. раздел 2.2)

Рисунок 2.7 . Схема включения синхронного двигателя

Частота вращения магнитного поля n0 определяется частотой тока в обмотке f и числом пар полюсов p:

Обмотка возбуждения синхронного двигателя подключена к источнику постоянного тока и создает постоянное магнитное поле. Таким образом, ротор синхронного двигателя является постоянным электромагнитом, находящимся в магнитном поле статора. При этом полюс магнитного поля статора притягивает противоположный полюс ротора, стремясь совместить их магнитные оси. Вращаясь, магнитное поле статора увлекает за собой ротор с его магнитным полем, и ротор вращается с частотой вращения магнитного поля n0. Ротор и магнитное поле статора вращаются синхронно. Таким образом, синхронный двигатель, потребляя электрическую энергию от трехфазного источника, вращает рабочий механизм, передавая ему механическую энергию. Частота вращения ротора синхронного двигателя определяется частотой вращения магнитного поля статора и не зависит от момента нагрузки на валу. Механическая характеристика синхронного двигателя (зависимость частоты вращения n от вращающего момента M) изображается графически горизонтальной линией (рис. 11).

Рисунок 2.8 Механическая характеристика синхронного двигателя

3 Cпособы повышения сопротивления изоляции

Контроль величины сопротивления изоляции осуществляется щитовыми (стационарными) и переносными мегомметрами. Щитовыми мегомметрами сопротивление изоляции контролируется постоянно на работающем электрооборудовании, т.е. находящемся под напряжением. Переносными мегомметрами сопротивление изоляции контролируется на неработающем электрооборудовании, не на находящемся под напряжением. Величина сопротивления изоляции контролируется для предотвращения поражения электрическим током обслуживающего персонала и для предотвращения выхода из строя электрооборудования.

При снижении сопротивления изоляции ниже допустимой величины срабатывает звуковой и световой сигналы. Вахтенная служба при срабатывании АПС выключает звуковой сигнал, а красная сигнальная лампа продолжает гореть мигающим светом. Электромеханик должен приступить к определению места снижения сопротивления изоляции.

Определение места снижения сопротивления изоляции работающего электрооборудования производится поочередным отключением и включением потребителей на главном распределительном щите. Перед отключением ответственного электропотребителя необходимо включить его резервный. Как только мегомметр покажет нормальную величину сопротивления изоляции, значит, определен участок с пониженным сопротивлением изоляции. В этом случае на автомат потребителя вывешивается табличка «Не включать! Повреждено» и при помощи переносного мегомметра определяется точное место снижения сопротивления изоляции.

Существует несколько способов восстановления изоляции:

1. Восстановление изоляции путем покрытия электроизоляционными лаками и эмалями или восстановление покровного слоя изоляции.

2. При попадании пресной воды применяется сушка электрооборудования различными методами.

3. При попадании морской воды производится мойка пресной водой, желательно подогретой. Затем производится сушка и, при необходимости, покрытие электроизоляционными лаками и эмалями.

4. При попадании ГСМ производится мойка электрооборудования различными моющими средствами, рекомендованными для данных лаков и эмалей. Перед началом мойки необходимо проверить на небольшом участке обмотки отсутствие растворимости лака и эмали применяемым вами моющим средством.

5. При попадании угольной пыли и сажи без ГСМ хорошие результаты дает мойка при помощи стирального порошка, растворенного в пресной воде; затем продолжается мойка пресной водой и затем сушка. Сушка электромашин токами допускается только при сопротивлении изоляции выше нуля.