![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •3. Синхронные машины
- •3.1. Устройство и принцип действия
- •3.2. Магнитное поле и основные параметры синхронной машины
- •3.2.1. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
- •3.2.2. Магнитное поле и параметры обмотки якоря синхронной машины
- •3.2.3. Приведение мдс и тока якоря к обмотке возбуждения
- •3.3. Векторные диаграммы трехфазных синхронного
- •3.3.1. Основные виды векторных диаграмм напряжения
- •3.3.2. Построение векторной диаграммы см с учетом насыщения
- •3.4. Характеристики синхронного генератора
- •3.4.1. Общие замечания
- •2.4.2. Характеристика холостого хода
- •3.4.3. Характеристика короткого замыкания
- •3.4.4. Отношение короткого замыкания
- •3.4.5. Внешняя характеристика
- •3.4.6. Регулировочная характеристика
- •3.4.7. Нагрузочная характеристика
- •3.5. Параллельная работа см
- •3.5.1. Включение на параллельную работу трехфазных
- •3.5.2. Особенности работы синхронной машины с сетью
- •3.5.3. Электромагнитная мощность и электромагнитный
- •3.5.4. Угловая характеристика синхронной машины.
- •3.5.5. Работа синхронного генератора при переменном
- •3.6. Синхронные двигатели и компенсаторы
- •3.6.1. Общие сведения о синхронных двигателях
- •3.6.2. Векторная диаграмма синхронного двигателя
- •3.6.3. Режимы работы синхронного двигателя
- •3.6.4. Рабочие характеристики синхронного двигателя
- •3.7. Несимметричная нагрузка синхронного генератора
- •3.8. Внезапное короткое замыкание синхронной машины
- •3.9. Колебания синхронной машины при параллельной работе
- •3.10. Системы возбуждения синхронной машины
3. Синхронные машины
3.1. Устройство и принцип действия
Устройство синхронной машины (СМ) рассмотрено выше. Допустим, что возбужденный ротор СМ вращается с частотой n.С той же частотой вращается и создаваемый обмоткой возбужденный поток, который наводит в обмотке статора ЭДС. В трехфазной СМ фазные обмотки статора сдвинуты в пространстве на 1200, поэтому вращающийся поток возбуждения наводит ЭДС, сдвинутые по фазе во времени на 1200. Если к такой машине подключить симметричную трехфазную нагрузку, то в фазах обмотки статора будут протекать симметричная система токов. Они создают вращающееся магнитное поле статора с частотой вращения
,
где
частота токов в фазах.
В
результате чего будем иметь
,
т. е. в данном случае поле ротора и статора
вращаются синхронно, они неподвижны
относительно друг друга и образуют
результирующее поле, как в асинхронной
машине (АМ). Но в отличие от АМ частота
вращения ротора СМ жестко связана с
частотой вращения поля статора.
Следовательно, в СМ частота вращения
ротора находится в строгом соотношении
с частой сети.
3.2. Магнитное поле и основные параметры синхронной машины
3.2.1. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
При вращении
возбужденного ротора, поток, создаваемый
обмоткой возбуждения (ОВ) наводит в
обмотке статора ЭДС. При холостом ходе
машины эта ЭДС определяет напряжение
на зажимах машины. ОВ создает поток,
состоящий из основного потока
и потока рассеяния ОВ
(рис. 3.1).
Под основным
потоком
будем понимать поток, соответствующий
первой гармоники поля. Это правомерно,
так как наконечникам полюсов придают
такое очертание, при котором кривая
распределения поля в зазоре примерно
синусоидальная. Кроме того, высшие
гармоники можно существенно уменьшить
путем соответствующего выбора укорочения
шага. Третья гармоника и кратные ей
подавляются путем соединения 3-х фазной
обмотки в звезду.
Рассмотрим структуру магнитного поля при различных исполнениях ротора.
а) Явнополюсный ротор.
Действительная
кривая распределения магнитного поля
в воздушном зазоре имеет вид кривой 1,
а первая гармоника – вид кривой 2 (рис.
3.2).
–максимальное
значение действительной кривой
распределения поля, а
– амплитуда первой гармоники поля
в воздушном зазоре. Отношение
называют коэффициентом формы кривой
поля в воздушном зазоре. Он зависит от
величин
,
,
.
При значениях
;
;
этот коэффициент
.
Магнитодвижущия
сила (МДС) обмотки возбуждения (ОВ) на
полюс будет
,
где
–
число витков обмотки возбуждения.
Тогда максимальное значение индукции поля в воздушном зазоре
.
Здесь
– удельная магнитная проводимость
воздушного зазора,
–коэффициент
воздушного зазора,
–коэффициент
насыщения магнитной цепи по продольной
оси.
Амплитуда первой гармоники поля
.
Коэффициент
воздушного зазора
определяется исходя из расчетного
значения воздушного зазора
.
Основной поток
.
Максимальное потокосцепление обмотки статора с потоком ОВ соответствует совпадению осей этих обмоток
,
где
– обмоточный коэффициент.
.
При вращении
возбужденного ротора, потокосцепление
фазы обмотки якоря будет изменяться по
косиносоидальному закону
.
При этом коэффициент взаимоиндукции
между обмотками статора и возбуждением
будет
.
ЭДС индуктируемая в обмотке статора при вращении индуктора (ротора)
,
где
,
–индуктивное
сопротивление взаимоиндукции между ОВ
и обмоткой статора. Действующее значение
ЭДС
.
Отсюда
.
Таким образом,
.
Так как зависимости
или
нелинейны, то зависимость
также нелинейна и с увеличением насыщения
уменьшается, а
увеличивается (рис. 3.3)
,
–коэффициент
потока.
– полный поток возбуждения, соответствующий
площади, ограниченной кривой 1 (рис.
3.2).
б) Неявнополюсная СМ.
В этой машине ОВ размещается в пазах ротора, при этом ширина пазов значительно меньше величины воздушного зазора, поэтому влиянием пазов на распределение поля можно пренебречь и считать, что кривая распределения индукции имеет трапецеидальный характер (рис. 3.4), где
γ – отношение обмотанной части ротора к полюсному делению.
Действительная кривая распределения поля индуктора в воздушном зазоре (кривая 1). Кривая 2 соответствует первой гармонике распределения поля индуктора в воздушном зазоре.
Максимальное
значение кривой распределения поля
будет
.
Так как ОВ в данном случае представляет собой распределенную обмотку, обмоточный коэффициент которой является по сути коэффициентом распределения
,
то ее МДС будет
.
В результате амплитуду 1-ой гармоники поля возбуждения и коэффициент формы кривой поля можно записать в виде
,
.
При
и
.
.