Слайд 2
Синхронной машиной (СМ) называется двухобмоточная ЭМ переменного тока,
одна из обмоток которой присоединена к электросети с постоянной
частотой f, вторая возбуждается постоянным током.
Наибольшее распространение получили СМ с трёхфазной разноимённополюсной р-периодной обмоткой на статоре (якоре) и с разноимённополюсной р-периодной обмоткой возбуждения (ОВ) на роторе (индукторе). Машины этого исполнения просто называют “синхронными машинами”, а СМ иного исполнения называют “специальные синхронные машины”. СМ небольшой мощности иногда изготавливаются в обращённом исполнении с ОВ на статоре и с трёхфазной обмоткой на роторе. Оба исполнения в электромагнитном отношении равноценны, однако для крупных СМ предпочтительнее основное исполнение, т.к. в этом случае с помощью скользящего контакта подводится мощность возбуждения, составляющая 0,3 – 2% преобразуемой мощности, а не полная мощность, как в обращённом двигателе.
Слайд 3
Трёхфазная обмотка переменного тока называется иногда в СМ
якорной обмоткой, и, соответственно, часть машины, несущая эту обмотку,
называется якорем; часть машины, несущая ОВ, - индуктором. В основном исполнении статор является якорем, ротор – индуктором, в обращённом исполнении – наоборот. В СМ небольшой мощности для образования поля возбуждения часто используются постоянные магниты.
Слайд 4
При работе СМ в режиме генератора возбуждённый ротор
приводится во вращение с частотой n внешним механическим вращающим
моментом (гидравлическая или паровая турбина). Ток ОВ If создаёт МДС Ff и магнитный поток, неподвижный относительно полюсов и замыкающийся через сердечник статора. Вращающимся потоком возбуждения в обмотке статора индуктируется ЭДС частотой f = рn/60. ЭДС фаз трёхфазной обмотки взаимно смещены во времени на электрический угол 1200. Если к обмотке статора присоединить симметричную нагрузку, то под действием ЭДС в ней и во внешней цепи будет протекать симметричная система токов IА, IВ, IС, которые создают МДС якоря Fа и магнитное поле, вращающееся со скоростью:
Ω = 2πf/р, т.е. синхронно с ротором (здесь р – число периодов магнитного поля). МДС якоря Fа может быть разложена по направлениям продольной d и поперечной q осей ротора (Fа = Fd + Fq). Результирующий вращающийся магнитный поток Ф образуется в результате совместного действия взаимно неподвижных МДС F f и F а. В результате взаимодействия потока Ф с током обмотки якоря возникает электромагнитный момент
М~ФIсоsφ, где I = IА = IВ = IС; φ – угол сдвига фаз напряжения U и тока I генератора. В генераторном режиме электромагнитный момент действует навстречу внешнему вращающему моменту, т.е. является тормозящим.
Слайд 5
При работе СМ в качестве двигателя обмотка статора
подключается к трёхфазной сети переменного тока, а обмотка ротора
– к источнику постоянного тока. Обмотка статора создаёт вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с полем обмотки возбуждения возникает электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор вращается с синхронной частотой. В установившемся режиме электромагнитный момент уравновешивается внешним тормозящим механическим моментом.
Слайд 6
Назначение и области применения СМ.
Основная область применения СМ
– преобразование механической энергии в электрическую. Преобладающая часть электроэнергии
производится с помощью синхронных трёхфазных турбогенераторов и гидрогенераторов. Первые приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, вторые – гидротурбинами. Синхронные генераторы с приводом от других типов двигателей (дизельных, внутреннего сгорания, поршневых, паровых и др.) выполняются на небольшую мощность для питания автономных нагрузок.
СМ применяются также и в качестве двигателей, особенно в крупных установках, т.к. в отличие от АД они способны генерировать, а не потреблять реактивную мощность. Обычно СМ рассчитываются таким образом, чтобы они могли генерировать реактивную мощность, примерно равную активной мощности (соответственно около 0,6 и около 0,8 полной мощности). Зачастую оказывается выгодным устанавливать около крупных промышленных центров СМ, предназначенные исключительно для генерирования реактивной мощности, которые называются синхронными компенсаторами.
Слайд 7
Согласно общему стандарту на электрические машины (ГОСТ 183-74),
а также стандартам на турбогенераторы (ГОСТ 533-68), гидрогенераторы (ГОСТ
5616-72) и синхронные компенсаторы (ГОСТ 609-75) к числу номинальных данных СМ, указываемых на табличке, относятся:
а) номинальная мощность (для генераторов и синхронных компенсаторов – полная электрическая мощность, кВА; для двигателей – механическая мощность на валу двигателя, кВт);
б) номинальный коэффициент мощности (при перевозбуждении);
в) номинальный КПД (только для двигателей);
г) схема соединения фаз обмотки статора;
д) номинальное линейное напряжение обмотки якоря (статора), В;
е) номинальная частота вращения, об/мин (для гидрогенераторов указывается ещё и угонная частота вращения);
ж) номинальная частота тока якоря, Гц;
з) номинальный линейный ток якоря, А;
и) номинальные напряжения и ток обмотки возбуждения.
Слайд 8
Все промышленные СМ выполняются на частоту 50 Гц.
Требуемая синхронная частота вращения n, об/мин (или угловая скорость
Ω рад/сек), обеспечивается выбором соответствующего числа периодов обмоток:
Таблица 1.
р 1 2 3 4 8 16 32 64
n,об/мин 3000 1500 1000 750 375 187,5 93,7 46,9
В зависимости от мощности турбины и напора воды частота вращения гидрогенераторов колеблется в пределах 50 ÷ 600 об/мин. Большие частоты вращения относятся к высоконапорным ГЭС с турбинами небольшой мощности, меньшие частоты – к низконапорным ГЭС с крупными турбинами.
