3.5. Синхронный генератор и синхронный двигатель

Рис.37

На Рис. 37 изображены две одинаковые синхронные машины. Разница только в том, что левая машина соединена с вращающим приводом – дизелем. Привод будем считать идеальным источником частоты вращения. Правая машина соединена с лебедкой, но в данном случае с пустым ящиком, то есть на холостом ходе.

Магнитный поток левой машины пересекает проводники статора, создавая ЭДС. ЭДС уравновешивается напряжением шин, которое должно в свою очередь уравновесится ЭДС статора синхронного двигателя. Последнее может иметь место только в том случае, если ротор вращается с той же частотой и в фазе с магнитным потоком. Это и наблюдается на практике, когда синхронный двигатель включен в работу, то есть после синхронизации машин. Синхронизация машин рассматривается в других курсах. На холостом ходе никакого реактивного тока не требуется, так как обе машины в рабочем режиме создают одну и ту же ЭДС.

Нагрузим правую машину номинальным грузом и, следовательно, номинальным моментом. Рис. 38.

Рис. 38

Тормозной момент лебедки должен быть обязательно уравновешен движущим моментом синхронной машины. Но, чтобы образовался движущий момент, ротор «должен» повернуться относительно магнитного потока на нагрузочный угол Ɵ. Что и наблюдается. От поворота появится МДС ротора mds_R, действующая в правую сторону в поперечном направлении. В соответствии с принципом компенсации наведенных МДС появится компенсирующая статора mds_S , действующая в левую сторону в поперечном направлении. Для образования компенсирующей МДС статора пойдет ток, который, как видим, будет в фазе с ЭДС и противофазе с напряжением левой машины. Он вызовет ответную МДС ротора, что может иметь место, если ротор правой машины развернется влево от оси основного магнитного потока. Что и наблюдается на практике.

Повороты роторов относительно оси основного магнитного потока несколько уменьшат МДС роторов в продольной оси. От этого напряжение несколько уменьшится. Обычно угол Ɵ не более 0,2 радиан. Таким образом, напряжение уменьшится до Cos 0,2_rad =0,98. То есть снизится на 2%. Это не много (меньше допустимой точности поддержания напряжения 3-5%). Если пожелать номинальное напряжение, то обычно поднимают токи возбуждения роторов двух машин так, чтобы реактивный ток оставался равным нулю.

Если токи возбуждения машин разные, то пойдет уравнительный ток, чтобы магнитные потоки были бы одинаковы. У той машины, где возбуждение больше ток будет размагничивающий, индуктивный, соответственно у другой машины ток будет намагничивающий, емкостной.

3.6. Частотные преобразователи, конверторы и векторное управление

Переворот в современной электромеханике совершили силовые транзисторы.

Силовой транзистор это полупроводниковое управляемое быстродействующее устройство. В сочетании с микропроцессорным управлением получается преобразователь переменного тока сначала выпрямлением в постоянный ток, а затем, с помощью инвертора снова в переменный ток разной частоты и напряжения, рис. 39.

Рис. 39

Кроме того появилась возможность превратить преобразователь частоты в регулируемый источник тока. Преобразователь частоты довольно сложное устройство. Теория, конструкция и эксплуатация частотного преобразователя рассматривается в специальном курсе. Здесь же ограничимся только рассмотрением основных особенностей преобразования в двух случаях.