3.3. Принцип работы синхронной машины

При вращении ротора с частотой поток возбуждения, созданный обмоткой возбуждения, индуцирует в проводниках обмотки якоря (статора) переменную ЭДС с частотой. Первая гармоника этой ЭДС

.

Если нагрузка в сети распределена равномерно, то машина генерирует симметричную систему трехфазного тока, причем токи в фазных обмотках сдвинуты относительно ЭДС соответствующих обмоток на некоторый угол , определяемый родом нагрузки. Эта система токов создаст вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

, а направление вращения совпадает с направлением вращения ротора. Следовательно, это поле неподвижно относительно поля полюсов и вступает с ним в постоянное взаимодействие, на чем и основана работа синхронной машины.

Результирующий магнитный поток синхронной машины создается совместным действием МДС обмотки возбуждения и обмотки якоря, и результирующее магнитное поле неподвижно относительно вращающегося ротора. Поэтому в установившемся режиме ЭДС в обмотке возбуждения не индуцируется; МДС этой обмотки определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы машины.

3.4. Возбуждение синхронных машин

Обмотки роторов синхронных генераторов питаются от источников постоянного тока, называемых возбудителями. Совокупность возбудителя, вспомогательных и регулирующих устройств называют системой возбуждения. Мощность, необходимая для возбуждения синхронного генератора составляет 0,3...3% мощности синхронной машины, а номинальное напряжение – от 100 до 600...650 В.

Управление током возбуждения производится исходя из экономической целесообразности осуществляется только за счет изменения напряжения возбудителя .

Для удержания синхронной машины в синхронизме при глубоких снижениях напряжения (например, при коротких замыканиях), применяется форсировка возбуждения (быстрое увеличение) генератора. Согласно стандарту турбогенераторы должны иметь кратность форсировки

(1,8 для гидрогенераторов) и номинальную скорость нарастания напряжения возбудителя не менеев 1 с (для гидрогенераторов). Для мощных гидрогенераторов:, скорость нарастания напряжения –в 1 с.

Системы возбуждения можно разделить на вентильные (с управляемыми полупроводниковыми выпрямителями); электромашинные (с генераторами постоянного тока); прямые (якорь возбудителя сопряжен непосредственно с валом синхронной машины); косвенные (ротор возбудителя приводится во вращение отдельным двигателем).

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают следующие системы возбуждения.

1. Система независимого возбуждения. В качестве источника питания обмотки возбуждения используют возбудитель – генератор постоянного тока (в электромашинных системах возбуждения) или трехфазный генератор переменного тока (в вентильных системах возбуждения). Достоинство такой системы – независимость от режима работы сети. Недостатки: невысокая скорость нарастания возбуждения, снижение надежности работы генератора постоянного тока вследствие вибрации и тяжелых условий работы щеток и коллектора, применение в некоторых случаях редуктора.

2. Бесщеточные системы возбуждения. Применяют в синхронных генераторах большой мощности применяют. В качестве возбудителя используют синхронный генератор, у которого обмотка якоря переменного тока расположена на роторе, а выпрямитель – непосредственно на валу. Неподвижная обмотка возбуждения возбудителя получает питание от подвозбудитсля, снабженного регулятором напряжения. При таком способе возбуждения в цепи питания обмотки возбуждения генератора отсутствуют скользящие контакты, что повышает надежность системы возбуждения.

3. Система самовозбуждения. Обмотка возбуждения питается через управляемый или неуправляемый (обычно полупроводниковый) выпрямитель непосредственно от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы.

Системы самовозбуждения менее надежны, чем системы независимого возбуждения, поскольку в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока. Влияет на форсировку возбуждения.

В схемах возбуждения предусматривается устройство – автомат гашения поля (АГП), с помощью которого в аварийной или штатной ситуации можно быстро уменьшить ток возбуждения до нуля (т.е. погасить магнитное поле). Известны различные способы гашения поля: замыкание обмотки ротора на гасительное (активное) сопротивление, включение в цепь обмотки ротора дугогасительной решетки, противовключение возбудителя.

Согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ) все генераторы независимо от мощности и напряжения должны иметь устройство релейной форсировки возбуждения, а генераторы мощностью 3 МВт и выше должны также иметь н автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) для поддержания напряжения в нормальном режиме.