Как работают синхронные машины?

Магнитное поле в синхронной машине создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Потребность в ис­точнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения - очень существенный недостаток синхронных машин.

Схема синхронного генератора

Схема синхронного генератора.

Обычно обмотки возбуждения получают энергию от генератора постоянного тока параллельного возбуждения (возбудите­ля), находящегося на одном валу с основной машиной.

Его мощность составляет 1-5% мощности синхронной машины. При небольшой мощности широко используются схемы питания обмоток возбуждения синхронных машин из сети переменного тока через выпрямители.

Принцип действия синхронного генерато­ра основан на использовании закона элек­тромагнитной индукции. На рис. 1 пока­зана простейшая трехфазная обмотка, со­стоящая из трех катушек, сдвинутых на 120° и помещенная на роторе (якоре).

Рисунок 1. Принцип действия синхронного генератора.

Рисунок 1. Принцип действия синхронного генератора.

Ка­тушки соединяют между собой в звезду или треугольник и подключают к трем контакт­ным кольцам, на которых помещают неподвижные щетки. В катушках при вращении якоря индуктируются переменные во времени ЭДС, равные по амплитуде и сдвинутые по фазе на 2/3.

Современные синхронные генераторы изготавливают на линей­ное напряжение до 16000 В (иногда и выше), изоляция контактных колец и щеток которых представляет собой большую сложность. Основной недостаток такой конструкции - наличие скользящего контакта в цепи основной мощности машины. Для его исключения обмотку якоря, т. е. индуктируемую часть, помещают на статоре, а полюсную систему с обмоткой возбуждения - на роторе машины.

Обмотка возбуждения получает питание через контактные коль­ца. В этом случае скользящий контакт находится в цепи малой мощности и напряжение в цепи обмотки возбуждения относительно невелико (не более 500 В).

Статор синхронной машины имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины.

В зависимости от устройства ротора, различают две конструкции синхронных машин:

Рисунок 2. Схема устройства ротора с явновыраженными (а) и неявновыраженными (б) полюсами.

Рисунок 2. Схема устройства ротора с явновыраженными (а) и неявновыраженными (б) полюсами.

В машинах с относительно малой частотой вращения роторы выполняют с явновыраженными полюсами. На роторе (рис. 2 а) равномерно помещают явновыраженные полюсы, состоящие из по­люсного сердечника 1, на котором расположена катушка обмотки возбуждения 3, удерживаемая полюсным наконечником 2. Такое устройство ротора облегчает выполнение обмотки возбуждения, но при большой частоте вращения не может быть использовано, так как не обеспечивает нужной механической прочности.

Поэтому при большой частоте вращения роторы выполняют с неявновыраженными полюсами (рис. 2 б). Такой ротор изго­тавливают в виде цилиндра, на части поверхности которого имеются пазы. В пазах укладывают проводники обмотки возбуждения, за­тем пазы заклинивают и лобовые соединения обмотки возбуждения стягивают стальными бандажами.

В зависимости от рода первичного двигателя, которым приво­дится во вращение синхронный генератор, последний называют гидрогенератором (первичный двигатель - гидравлическая турби­на), турбогенератором (первичный двигатель - паровая турбина) и дизель-генератором (первичный двигатель - дизель).

Конструктивная схема синхронной машины

Конструктивная схема синхронной машины с неподвижным и вращающимся якорем.

Гидрогене­раторы - обычно тихоходные явнополюсные машины с большим числом полюсов, выполняемые с вертикальным расположением вала. Турбогенераторы - быстроходные неявнополюсные машины, выполняемые в настоящее время с двумя полюсами. Ротор современного турбогенератора делают из цельной стальной поковки. На части поверхности ротора выфрезованы пазы для размещения обмотки возбуждения. Дизель-генераторы - явнополюсные машины с горизонтальным расположением вала.

Синхронные машины небольшой мощности (до 15 кВА) и не­высокого напряжения (до 380/220 В) изготавливают с неподвижной полюсной системой и вращающимся якорем (подобно машинам постоянного тока). Синхронный двигатель не имеет принципиаль­ных конструктивных отличий от синхронного генератора. На стато­ре двигателя помещают трехфазную обмотку, при включении кото­рой в сеть трехфазного переменного тока создается вращающееся магнитное поле. На роторе двигателя размещают обмотку возбуж­дения, включаемую в сеть источника постоянного тока.

Ток возбуж­дения создает магнитный поток полюсов. Вращающееся магнитное поле токов обмотки статора увлекает за собой полюсы ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной частотой, т. е. с частотой, равной частоте вращения поля статора. Таким образом, частота синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.

Основное достоинство синхронных двигателей - возможность их работы с потреблением опережающего тока, т. е. двигатель мо­жет представлять собой емкостную нагрузку для сети. Такой дви­гатель повышает cos всего предприятия, компенсируя реактив­ную мощность других приемников энергии.

http://youtu.be/Qjqv4W6jee0

Синхронные двигатели имеют меньшую, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети, вра­щающий момент у синхронных двигателей пропорционален напря­жению сети в первой степени, тогда как у асинхронных — квадрату напряжения.

КОММЕНТАРИИ
  1. андрей

    На ряду достоинств синхронных двигателей таких как-1.Электродвигатели такого типа имеют постоянную скорость вращения 2.может использован для компенсации коэффициента мощности трехфазной системы 3.применяется в основном для нагрузок требующих постоянную скорость вращения 4.не может быть запущен самостоятельно.Есть и не достаток-Синхронным двигателям присуща проблема качания скорости вращания.Тоесть если резко убрать нагрузку полюсы ротора почти совпадают с полюсами магнитного поля,однако по энэрции они заходят слишком далеко и возврощаются обратно.Это всеголиш небольшое дополнение.С уважением Андрей.

    Ответить
  • Добавить комментарий

Top