3.9. Синхронный двигатель

Синхронная машина обратима, т.е. может работать в режиме генератора, если к ней подводится механическая энергия, и в режиме двигателя, если подводится электрическая энергия.

Будем считать, что синхронный генератор работает совместно с мощной системой, напряжение которой и частотаf остаются постоянными. Ведущим звеном в этом режиме является ротор, а ведомым результирующий поток статора. Начнем постепенно уменьшать мощность первичного двигателя. Генератор начнет разгружаться, угол θ уменьшаться. Когда мощность первичного двигателя станет равной нулю, угол θ также будет равен нулю. Наконец, мы можем совсем отсоединить первичный двигатель от синхронной машины. В этом случае ротор начнет отставать от поля статора, но машина не выпадает из синхронизма, т.к. между статором и ротором снова возникнет электромагнитное взаимодействие, подобное действию упругих нитей, с той разницей, что теперь угол θ имеет обратный знак.

Синхронная машина перешла в режим двигателя. Ведущим звеном теперь является поток статора, ведомым – ротор. Угол θ<0. в соответствии с этим изменяется и знак мощности.

=.

Если увеличивать нагрузочный момент на валу двигателя, то угол θ и соответственно развиваемая двигателем механическая мощность будут также увеличиваться.

Уравнение электрического равновесия для статорной цепи записывается теперь в виде:

= - (3.27)

Этому уравнению соответствует векторные диаграммы (рис. 3.15.):

Рис. 3.15.

Из диаграммы видно, что при недовозбужденном (пр. <U) двигателем потребляется индуктивная мощность ; при перевозбуждении (пр.>U) – емкостная мощность .

Во втором случае включение синхронного двигателя в сеть подобно включению батареи конденсаторов, что значительно улучшает cosφ системы. На этом основано применение синхронных компенсаторов – мощных синхронных двигателей, работающих на холостом ходу с перевозбуждением. Здесь ток становится чисто емкостным, что видно из векторной диаграммы (рис. 3.16.).

Кроме повышения cosφ системы, синхронные конденсаторы способствуют повышению устойчивости параллельной работы синхронных генераторов.

Пуск синхронных двигателей возможен лишь при условии, что ротор предварительно разогнан до скорости, равной синхронной или близкой к ней.

Это может быть сделано при помощи постороннего двигателя, но теперь этот способ мало применяется из-за неудобства и громоздкости.

В настоящее время применяется асинхронный пуск. Ротор снабжается дополнительной пусковой коротко замкнутой обмоткой и разгоняется как асинхронный двигатель.

Обмотка возбуждения О.В. при пуске замыкается на сопротивление и постоянный ток в нее не подается. После разгона О.В. подключается к источнику постоянного тока, происходит взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, и двигатель втягивается в синхронизм (рис.3.17.).

При вращении ротора с синхронной скоростью в пусковой обмотке токи не возникают, т.к. отсутствует скольжение.

4. Машины постоянного тока

   1. Устройство генератора постоянного тока (ГПТ)

Машина постоянного тока (МПТ) преобразует механическую энергию первичного двигателя в эл. энергию постоянного тока в режиме генератора и, наоборот, эл. энергию в механическую в режиме двигателя.

Основными частями ГПТ являются:

1). Неподвижная магнитная система, создающая основное магнитное поле машины;

2). Приводимый во вращение якорь, в обмотке которого индуктируется переменная ЭДС ;

3). Токосъемное устройство, посредством которого получают постоянное напряжение на зажимах генератора.

Магнитная система машины состоит из станины и индуктора.

Станина – изготовляется из литой стали или чугуна и является замыкающей частью (ярмом) магнитопровода, а также основой крепления других частей машины.

Индуктор состоит из сердечника главных полюсов и полюсов наконечников («башмаков»).

Сердечники полюсов и «башмаки», в отличии от станины, набираются из листовой ЭТ стали для уменьшения вихревых токов. На сердечники полюсов надеваются катушки О.В. главных полюсов, питаемые постоянным током.

«Башмаки» обеспечивают более равномерное распределение магнитной индукции В по окружности якоря. Кроме главных полюсов, имеются также добавочные, улучшающие коммутацию машины.

Якорь является вращающейся частью машины. Он набирается из круглых листов ЭТ стали, имеющих проштампованные пазы для обмотки, вентиляционные каналы для охлаждения и центральное отверстие для вала.

Вал своими концами опирается на подшипники переднего и заднего щитов машины, присоединяемых к станине при помощи фланцев.

Обмотка якоря специальными проводниками соединяется с пластинами коллектора.

Токосъемное устройство состоит из коллектора, щеток и траверсы.

Коллектор у ГПТ служит для механического выпрямления переменной ЭДС якоря. Он имеет форму кольца, состоящего из отдельных медных пластин, изолированных от вала и друг от друга миканитом (род слюды). По коллектору скользят неподвижные в пространстве угольные или меднографитовые щетки, находящиеся в щеткодержателях и прижимаемые к коллектору пружинами.

Щеткодержатели крепятся на пальцах траверсы, кольцевой или лучевой. Траверса укрепляется подвижно на специальном приливе переднего щита машины. Она может поворачиваться на некоторый угол в обе стороны и тем самым менять положение щеток относительно главных полюсов. Через коллектор и щетки обмотка якоря соединяется с внешней нагрузкой.