Синхронные машины. Назначение

Синхронными машинами называют электрические машины перемен­ного тока, у которых частота вращения ротора находится в строго постоянном соотношении с частотой тока электрической сети.

Трехфазные синхронные генераторы являются основными источниками электрической энергии. Первичными двигателями для них являются паровые или гидравлические турбины. По этому признаку генераторы называют турбо­генераторами и гидрогенераторами. На автономных электростанциях синхрон­ные генераторы имеют небольшую мощность и приводятся во вращение ди­зельными двигателями, газовыми турбинами или от ветроколеса.

К преимуществам синхронных генераторов следует отнести:

– способность вырабатывать как активную, так и реактивную мощность (с возможностью ее регулирования);

– возможность регулирования выходного напряжения;

– возможность работы как с сетью, так и в автономном режимах без при­менения каких-либо сложных дополнительных устройств;

– высокий КПД.

Синхронные двигатели имеют постоянную частоту вращения и поэтому применяются там, где не требуется регулирование частоты или она должна быть постоянной. Мощность синхронных двигателей составляет десятки, сотни и тысячи киловатт на крупных металлургических заводах, в шахтах и других предприятиях. Имеются также синхронные микродвигатели мощностью от до­лей ватта до десятков ватт, используемых в схемах автоматики. Синхронная машина, работающая в режиме генератора или двигателя, может служить ис­точником реактивной мощности. Специально предназначенный для этих целей ненагруженный активной мощностью двигатель называется синхронным ком­пенсатором.

Устройство синхронной машины

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного ста­тора, выполняющего функции якоря, и вращающегося ротора, служащего индуктором.

Статор, так же как у асинхронный машины, представляет собой полый ци­линдр, набранный из листов электротехнической стали со штампованными на внутренней поверхности пазами, в которые укладывается трехфазная обмотка.

Ротор представляет собой электромагнит, обмотка которого питается постоян­ным током через два изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с ротором. Постоянный ток подводится к ротору через неподвижные щетки, скользящие по контактным кольцам.

Конструктивно различают два типа роторов: явнополюсный (рис. 11.18 а) и неявнополюсный (рис. 11.18 б).

Явнополюсный ротор, имеющий выступающие по­люсы, применяют у машин с частотой вращения до 1000, 1500 об/мин. Неявнополюсный ротор, имеющий вид цилиндра, приме­няют при скоростях 1500 и 3000 об/мин.

21

Принцип работы синхр. Генератора, реакция якоря на подключение нагрузки

Синхронная машина имеет две основных части: ротор и статор, причём статор не отличается от статора асинхронной машины. Ротор синхронной машины представляет собой систему вращающихся электромагнитов, которые питаются постоянным током, поступающим в ротор через контактные кольца и щётки от внешнего источника. В обмотках статора под действием вращающегося магнитного поля наводится ЭДС, которая подаётся на внешнюю цепь генератора. Основной магнитный поток синхронного генератора, создаваемый вращающимся ротором, возбуждается посторонним источником – возбудителем, которым обычно является генератор постоянного тока небольшой мощности, который установлен на общем валу с синхронным генератором. Постоянный ток от возбудителя подаётся на ротор через щётки и контактные кольца, установленные на валу ротора. Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения. У многополюсной синхронной машины ротор имеет p пар полюсов, а токи в обмотке статора образуют также p пар полюсов вращающегося магнитного поля (как у асинхронной машины). Ротор должен вращаться с частотой вращения поля, следовательно, его скорость равна: n = 60f / p 

При   f = 50Hz и  p = 1   n = 3000 об/мин.

С такой частотой вращаются современные турбогенераторы, состоящие из паровой турбины и синхронного генератора большой мощности с ротором, который имеет одну пару полюсов.