иттмиммиииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииииитттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттттмититС И Н Х Р О Н Н Ы Е М А Ш И Н Ы

Назначение и принцип действия. Области применения СМ.

Устройство СМ.

СМ используют в основном в качестве источников электрической энергии переменного тока - генераторов, их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических, и атомных электростанциях, а также на передвижных электростанциях и транспортных установках (тепловозы, автомобили, самолеты).

Конструкция синхронного генератора определяется типом привода. Таким образом, турбогенераторы приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, гидрогенераторы – гидротурбинами; дизель – генераторы - ДВС.

СМ используют в качестве электродвигателей при мощности 100 кВт и > для привода насосов, компрессоров, вентиляторов и других механизмов, работающих при постоянной частоте вращения. Преимущества перед АД - при большой мощности и низкой скорости могут работать с Cosφ =1 или улучшить Cosφ установки, если работает с опережающим током, т.е. СД, работающий вхолостую, без нагрузки, называют синхронным компенсатором.

В быту и системах управления используют синхронные микромашины – с постоянными магнитами, индукторные, реактивные, гистерезисные, шаговые.

Принцип действия

Статор (1) СМ выполнен как у асинхронной машины, на нем расположена 3-фазная (или многофазная) обмотка (3). Обмотку ротора (4), питаемую от источника постоянного тока называют обмоткой возбуждения, т.к. она создает в машине магнитный поток возбуждения.

Ток для питания обмотки возбуждения СМ получают обычно от небольшого генератора постоянного тока, помещенного на общем валу с ней или механически с ней соединенного.

Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником постоянного тока с помощью контактных колец (5) и щеток (6).

При вращении ротора 2 с некоторой частотой n₂ поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в ее фазах переменную ЭДС Е, изменяющуюся с частотой .

Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то проходящий по этой обмотке многофазный ток I_а создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (чем больше число пар полюсов, тем меньше будет частота вращения при заданной частоте). При 2р=2n=3000об/мин; 2р=72 n=83,3 об/мин.

Из этих равенств следует, что , т.е. что ротор вращается с такой же частотой, что и магнитное поле статора. Поэтому такую машину называютсинхронной. Результирующий магнитный поток Ф_рез синхронной машины создается совместными действиями МДС обмотки возбуждения и обмотки статора, и следовательно, результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор.

В синхронной машине обмотку, в которой индуцируется ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а электромагниты (полюсы) вместе с замыкающим их ярмом образуют полюсную систему (в которой расположена обмотка возбуждения) – индуктором. Следовательно, в нашей машине статор является якорем, а ротор – индуктором полюсной системы.

Синхронные машины выпускают с неподвижным или вращающимся якорем. Для принципа действия и теории работы синхронной машины не имеет значение, что вращается – якорь или индуктор, поэтому иногда применяют СМ с обращенной конструктивной схемой: обмотку якоря, с подключенной нагрузкой располагают на роторе; а обмотку возбуждения, питаемую постоянным током на статоре. Такую машинную называют обращенной.

Машины большой мощности для удобства отвода электроэнергии со статора или подвода ее выпускают с неподвижным якорем.

Т.к. мощность возбуждения невелика, по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря, подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не сложен.

Синхронные машины небольшой мощности выпускаются как с неподвижным, так и вращающимся якорем.

В обращенной синхронной машине с вращающимся якорем и неподвижным индуктором нагрузка подключается к обмотке посредством трех колец.

Синхронная машина может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к нему нагрузку; или параллельно с сетью, к которой присоединяют другие генераторы.

При работе параллельно с сетью синхронная машина может отдавать или потреблять электрическую энергию, т.е. работать генератором или двигателем. При подключении обмотки статора к сети с напряжением U и частотой, проходящий по обмотке ток создает (как и в асинхронной машине) вращающееся магнитное поле с частотой. В результате взаимодействие этого поля с токомIв, проходящим по обмотке ротора, создается электромагнитный момент М, который при работе в двигательном режиме является вращающим, а при работе в генераторном режиме - тормозным.

В отличие от асинхронной машины поток возбуждения (холостого хода) создается обмоткой постоянного тока, расположенной обычно на роторе. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки.

Таким образом, в установившемся режиме:

1) ;

2) частота вращения ЭДС, индуцирующая в обмотке якоря пропорционально частоте вращения ротора;

3) ЭДС в обмотке возбуждения не индуцируется, МДС этой обмотки определяется и не зависит от режима работы.