5.4 Синхронные машины

Синхронные машины являются основными машинами электроэнергетики.

Статор синхронной машины одинаков со статором асинхронных машин. Скорость вращения магнитного поля статора дается той же формулой:

,

где число пар полюсов.

Ротор синхронной машины это или постоянный магнит или электромагнит расположенный на валу машины. Обмотки ротора электромагнита питаются от источника постоянного тока через контактные кольца.

Принцип действия синхронной машины так же базируется на законах ЭМИ и законе Ампера.

Схематично устройство синхронной машины приведено на рис. 5.12.

Статорная обмотка подключается к трехфазной сети

Рис. 5.12 – Устройство (схематично) синхронной машины переменного тока

В генераторном режиме ротор вращается c угловой скоростью за счет внешней энергии (энергии турбин на ТЕЦ). Магнитный поток ротора пронизывает каждую из обмоток статора изменяется и наводит в них переменную ЭДС с частотой . Так как частота напряжения на концах статорных обмоток совпадает с частотой вращения ротора машина называется синхронной.

Двигательный режим синхронной машины

В двигательном режиме трехфазное напряжение с частотой подается на обмотки статора. Магнитное поле статора изменяется как во времени так и в пространстве с частотой . Взаимодействие магнитного поля статора с магнитным полем ротора создает вращающий момент на валу двигателя. Однако так как масса ротора большая, ротор не может быстро набрать вращательную скорость, а скорость изменения магнитного поля статора большая. Поэтому в начальной стадии пуска необходимо с помощью внешнего устройства разогнать ротор до скорости близкой к скорости вращения магнитного поля статора. В таком положении полюс магнитного поля статора и магнитный полюса ротора будут относительно друг друга неподвижны и сила их взаимодействия будет наибольшей.

Синхронные машины используют в промышленности в нескольких вариантах:

1. Как источники электрической энергии (генератор);

2. Как двигатель с постоянной скоростью вращения (скорость не зависит от момента на валу);

3. Как компенсатор реактивной энергии для улучшения коэффициента мощности (реактивная составляющая внутреннего сопротивления синхронной машины зависит от тока обмоток возбуждения (величины магнитного поля) ротора).

Условия для включения в сеть синхронной машины

Для правильного включения синхронной машины в сеть необходимо выполнить три условия:

1. Частота вращения ротора должна равняться частоте сети;

2. ЕДС и фаза напряжения на клеммах статора должна равняться напряжению и фазе сети;

3. Последовательность фаз статора должна совпадать с последовательностью фаз сети.

Условно графической изображение явнополюсного (постоянный магнит) и неявнополюсного (электромагнит) роторов синхронной машины приведены на рис. 5.13 а и б соответственно.

Рис.5.13 – Условно графической изображение явнополюсного (постоянный магнит) и неявнополюсного (электромагнит) роторов синхронной машины

Механическая характеристика синхронной машины

Скорость вращения ротора синхронной машины не зависит от момента нагрузки на валу (до определенных пределов).

, .

Рис.5.14 – Механическая характеристика синхронной машины

Возможные вопросы интернет тестирования по теме 5.3 и 5.4: