Синхронные машины
Основной тип генератора электрической энергии и двигатель. Как генератор, существует на мощность от 100 Вт до ГВт. Серийно до 12МВт. В плане двигательного режима: маловероятна. Это тихоходные приводы. Приводы с постоянной частотой вращения. Из названия следует, что в синхронной машине происходит совпадение угловых скоростей поля и ротора.
Принцип действия: основан на взаимодействия вращающегося магнитного поля с постоянным магнитом. Вращающееся магнитное поле создается токами, протекающими по статору. Статор такой же, как и у асинхронной машины. В отличие от машины постоянного тока здесь статор является ротором, а ротор является индуктором. Простейшая модель магнитного поля – магнит, который мы вращаем с постоянной скоростью.
Рис31
,
где р – число пар полюсов.
Чтобы
представить принцип действия, возьмем
компас и поместим в магнитное поле.
Слегка придавим стрелочку компаса,
появится момент сопротивления; на
картинке стрелочка будет отставать по
фазе. Этот угол отставания связан с
Мс(угол
),
который называется внутренним углом
машины. Он представляет собой угол между
полем ротора и статора. Для синхронной
машины ось принято связывать с магнитной
осью ротора. Связь Мс с углом
:
Угловая характеристика синхронной машины
Рис32
Очевидно,
что когда угол
=0,
Мс создаваться не будет. Если стрелку
перевернуть в точке
,Мс
создаваться не будет. Максимально
возможный Мс в расположении поперек
поля. Вывод: синхронный момент будет
пропорционален SIN
.
Т.к. основной режим – двигательный,
считаем Мс и
положительными. Для синхронной машины
угловая характеристика это механическая
характеристика. Угловая скорость не
меняется. Речь идет об установившемся
режиме. Если вместо стрелки поставить
какую – то пластинку, будет совпадение
осей, даже если ротор ненамагничен.
Отличие: у ротора нет южного и северных
полюсов, ему все равно куда крутиться,
нет установившегося равновесия. Т.е.
если ротор не намагничен, нули будут в
,
,
,
а пик Мс будет в
.
Это реактивный момент. Но всегда ли
синхронная машина обладает этим моментом?
Мр не будет возникать когда ротор по
осям симметричный. Роторы могут быть
симметричными (неявнополюсный) и
симметричный (неявнополюсный). Различие:
для машин с большими частотами вращения
– неявнополюсные. Неявнополюсный ротор
похож на фазный ротор. Явнополюсные
машины обладают Мр. Существуют машины,
в которых отсутствует намагниченность
машины, они называются реактивные
синхронные двигатели. Для машины с
явнополюсным роторм, результирующий
момент – это сумма синхронного и
реактивного момента. Поэтому
крит
будет отличаться в меньшую сторону от
.
Синхронный момент больше реактивного
( больше чем в 10 раз). Поле в машине будет
создаваться токами, протекающими по
обмотке.
Рис33
В
катушках вращается компас, т.е. относительно
магнитной оси поле будет меняться
синусоидально. Синусоидально меняющееся
поле создаст свое ЭДС, которое смещено
относительно вектора напряжения. Токи
создают магнитное поле, которое создается
реактивной составляющей. Вектор магнитной
индукции расположен по углом 900
относительно вектора напряжения. Вектор
ЭДС смещен относительно вектора магнитной
индукции ротора на 900.
Вектор магнитной индукции ротора и
статора образуют угол
,
который соответствует углу между ЭДС
и напряжением на якоре синхронной
машины. В двигательном режиме ротор по
фазе отстает от напряжения на статоре
синхронного двигателя. Отставания от
угловой скорости нет. В генераторном
режиме все наоборот.