Глава IX синхронные машины

§ ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ   IX

В синхронных машинах число оборотов ротора равно числу обо­ротов магнитного поля статора и, следовательно, определяется ча­стотой тока сети и числом пар полюсов, т. е

>Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обра­тима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем.

Синхронные генераторы широко применяются. Электрическая энергия вырабатывается синхронными генераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего сгорания.

Синхронные   двигатели   используют   в   установках   средней   и    большой мощности. Основным достоинством их является высокий  коэффициент мощности. У этих двигателей соs  может быть равен единице, и, более того, они могут работать с потреблением опережающего тока из сети, представляя собой емкость для сети. Это свойство синхронных двигателей широко используется. Синхрон­ный двигатель, потребляющий опережающий ток из сети, компен­сирует реактивную мощность других приемников энергии, вклю­ченных в эту сеть, и повышает коэффициент мощности всего пред­приятия. Магнитное поле в машине создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Потребность в источнике  постоянного тока для питания обмотки возбуждения является очень существенным недостатком синхронных машин.

Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудите­ля, который представляет собой генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной, и мощность его составляет малую величину, поряд­ка 1—5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им. При небольшой мощности широко используются схемы питания обмо-

I ток возбуждения синхронных машин из сети переменного тока  Через полупроводниковые выпрямители. При вращении ротора магнитные линии потока остаточного магнетизма пересекают проводники обмотки статора и индуктируют в них э. д. с. Вызванный этой э. д. с. ток посредством трансформатора и полупроводниковых вен­тилей преобразуется в постоянный и протекает через обмотку возбуждения. Вследствие этого происходит усиление магнитного поля генератора   и   его   возбуждение  до   номинального   напряжения.

 

§ 100. Принцип действия синхронного генератора

В генераторах обмотка состоит  из большого   числа   проводов, которые, соединяясь между собой, образуют витки и катушки. Про­стейшим генератором может быть виток из провода / и 2, вращаю­щийся в магнитном поле (рис. 125). Магнитное поле возбуждается I током обмотки   возбуждения,   помещенной   на   полюсах   статора N —S.

При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитные линии магнитного поля полюсов N — S, вследствие  чего  в  витке будет индуктироваться э. д. с.

Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энер­гии, потечет электрический ток под дей­ствием э. д. с, созданной в витке.

Полученная в таком простейшем гене­раторе э. д. с. будет непрерывно изменять-

ся в зависимости от положения витка в магнитном поле. В момент изображенный на рис. 125, проводники 1 и 2 находятся под середи­нами полюсов и при вращении витка пересекают в единицу време­ни наибольшее число магнитных линий магнитного поля. Следова­тельно, в данный момент индуктируемая в витке э. д. с. будет иметь наибольшее значение.

В дальнейшем при повороте витка изменится число магнитных линий магнитного поля, пересекаемых в единицу времени провод­никами 1 и 2. В момент, соответствующий повороту витка на 90° в пространстве, проводники витка будут перемещаться в вертикаль­ном направлении, совпадающем с направлением магнитных линий магнитного поля. Следовательно, проводники 1 и 2 не пересекают магнитных линий и э.д. с. в витке равна нулю.

При повороте витка на угол, больший 90°, изменится направ­ление перемещения этих проводников в магнитном поле, а следо­вательно и направление э. д. с, индуктируемой в витке.

Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равномерно, то э. д. с. будет меняться во времени синусоидально. За один оборот витка в пространстве э.д.с, индуктируемая в нем, претерпевает один период изменения.

Если виток вращается при помощи какого-либо первичного двигателя с постоянным числом оборотов п в минуту, то в этом витке индуктируется переменная э. д. с. с частотой