7.4 Схемы замещения и векторные диаграммы синхронного генератора

Характеристика короткого замыкания (х.к.з.) снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки якоря накоротко (симметричное короткое замыкание) и определяет зависимость I=f(I_f) при U=0 и f=f_ном.

Если пренебречь весьма незначительным активным сопротивлением якоря (R_а=0), то сопротивление цепи якоря в режиме короткого замыкания будет чисто индуктивным. Поэтому φ=90°, 1_q=0, I_d=I (рис7.12, б)

(7.2)

Уравнению (7.2) соответствуют схема замещения рис.7.3, а и векторная диаграмма рис.7.12, б.

При коротком замыкании реакция якоря является чисто размагничивающей, поток Ф_а мал. Поэтому при коротком замыкании магнитная цепь не насыщена и х.к.з. I=f(I_f) прямолинейна (рис.7.12).

Рисунок 7.12 – Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) СГ при к.з.

7.5 Работа синхронных машин в качестве двигателя и генератора

Конструктивно синхронный двигатель (СД) ничем не отличается от СГ (рис.7.1, а). Есть только отличия в назначении его обмоток.

На обмотку статора подается сетевое напряжение. Назначением статора является создание им вращающегося магнитного поля протекающими по обмоткам токами. Это поле необходимо для создания вращающего момента СД и оно не считается полем, искажающем поле обмотки возбуждения, как это видится в СГ. Поэтому, эту обмотку в СД не принято называть якорем.

ОВ так же запитывается от возбудителя, в ней создается ток I_f. Взаимодействием проводников ОВ, обтекаемых током, с вращающимся магнитным полем статора создаёт синхронный вращающий момент М_с СД.

Назначение короткозамкнутой демпферной обмотки типа "беличье колесо" также в корне меняется, и она используется в качестве пусковой обмотки для создания асинхронного вращающего момента М_а на этапе разгона СД от подачи напряжения питания на статор. Однако из-за того, что пусковая обмотка СД всегда выполняется не глубокопазной вследствие малого места, выделенного для ее размещения в пазах полюсных наконечников ОВ, то пусковые характеристики такой обмотки неудовлетворительные. Главное в том, что пусковая обмотка позволяет получить пусковой момент СД на уровне всего (0,4...0,5)М_ном.

На этапе разгона ОВ замыкается на активное сопротивление, по ней протекают токи, и она также создаёт асинхронный вращающий момент СД. Совместным действием пусковой обмотки и ОВ удается поднять пусковой момент СД до (0,6...0,7)М_ном. Значит, СД должны запускаться максимально разгруженными, что и указывается в паспортных данных СД.

Также из-за того, что стержни пусковой обмотки имеют малое сечение (в сравнении с сечением стержней короткозамкнутой обмотки АД), то во время разгона СД они разогреваются до 300^о. Поэтому СД не допускают многократных пусков подряд, что также указывается в паспортных данных СД.

Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3...2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочередно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространенном случае применения трехфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещенных друг относительно друга на 120 градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трехфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Часто синхронные генераторы используют вместо коллекторных машин для генерации постоянного тока, подключая их обмотки якоря к трехфазным выпрямителям.