![]() |
Электрические машины переменного тока |
![]() |
![]() |
• Обзор сайта • | ![]() |
![]() |
• Электротехника • | ![]() |
|
|
На современных электрических станциях механическая энергия превращается в
электрическую почти исключительно синхронными генераторами.
В этих машинах статор устроен подобно статору асинхронной машины
(рис.10-7, 10-29), а ротор, приводимый во вращение паровой или водяной
турбиной, несет на себе обмотку возбуждения, обтекаемую постоянным током
IB
как у машин постоянного тока. Создаваемый этим током магнитный поток возбуждения
ФB
вращается с неизменной частотой
n и наводит в трехфазной обмотке статора
э. д. с, величина которой определяется, как уже известно, формулой
Если зажимы обмотки статора замкнуть на сопротивление, то в фазах обмотки
создаются три тока
IА,
IB,
IC, а
м. д. с. этих токов
FА,
FB и
FC,
суммируясь, как было выяснено ранее , образуют результирующую м. д. с.F.
Эта м. д. с. создает поток статора или якоря
ФЯ, вращающийся с одной частотой с ротором. По этому
признаку машина называется синхронной.
В синхронной машине жестко связаны частота вращения
n, частота тока статора
f и число пар полюсов
pp
При
f = 50 Гц и
p = 1,2,3 частоты вращения ротора
n1 = 3000, 1 500, 1 000 об/мин. Синхронные
генераторы, приводимые во вращение паровыми турбинами при
n = 3 000,1 500 об/мин, называются
турбогенераторами.
Генераторы, которые вращаются гидравлическими турбинами, называются
гидрогенераторами. При использовании равнинных рек и водохранилищ
гидравлические турбины тихоходны и для получения тока промышленной частоты
f = 50 Гц число пар полюсов большое. Так,
гидрогенераторы Братской ГЭС по 225 ООО кВт, 15 750 В,
cos
φ
= 0,85 построены на
n = 125 об/мин при
p = 24. Гидрогенераторы Красноярской ГЭС
на 500 ООО кВт, имеют
n = 93,8 об/мин и
p = 32.
На
рис. 10-29 показаны статор и ротор явнополюсного генератора.
В пазах статора 4 положена двухслойная обмотка, подобная рассмотренной выше
(рис. 10-7). Четырехполюсный ротор с обмоткой возбуждения 1 приводится во
вращение первичным двигателем (на схеме не показан). Ток возбуждения подводится
к обмотке 1 при помощи контактных колец 3 через щетки 2 от специальной машины
постоянного тока — возбудителя.
Внешний вид неявнополюсного ротора турбогенератора показан на рис. 10-30,
а на рис. 10-31 поперечный разрез ротора без обмотки.
Характеристики: холостого хода генератора
E0 =
f ( IB
) при
f = const,
I = 0 и внешняя
U =
f ( I
) при
IB = const, cos
φ
= const подобны таким же характеристикам генератора постоянного тока
независимого возбуждения . Однако процентное изменение напряжения
у синхронного генератора достигает величины (20—40) %
UH.
Дело в том, что поток реакции якоря
ФЯ показанный замыкающимся поперек полюса
(рис. 10-29), как в машине постоянного тока, у синхронной
машины при отстающем токе, т. е. при
cos
φ
< 1, замыкается частично вдоль полюсов встречно потоку
ФВ. Поэтому происходит сильное уменьшение результирующего
потока
Ф =
ФВ —
ФЯ и уменьшение э. д. с.
E0, а значит и
U.
Синхронная машина может работать и в режиме двигателя для привода механизмов,
не создающих резких перегрузок, например, насосов и воздуходувок, с успехом
заменяя асинхронные двигатели при мощностях в сотни и тысячи киловатт. При
способности к перегрузке
MМ/MН
= 1,8
2,5 синхронный двигатель обладает ценным свойством работать при
cos
φ,
равном единице. На рис. 10-32 показана схема пуска синхронного
двигателя. Кроме обмотки возбуждения 1, в полюсных наконечниках ротора заложена
короткозамкнутая обмотка 4, как у асинхронного двигателя. Перед пуском обмотка
возбуждения 1 замыкается переключателем 2 на сопротивление 3. Статор 5
подключается рубильником 6 к питающей сети и вращающееся магнитное поле статора,
наводя токи в короткозамкнутой обмотке ротора 4, разгоняет ротор, как у
асинхронного двигателя до частоты вращения
n2
n1. Для того чтобы ротор начал
вращаться с частотой
n1, т. е. синхронно, нужно
установить в обмотке 1 постоянный ток. С этой целью перекидывают ножи
переключателя 2 вниз, на зажимы возбудителя 7 и ротор автоматически входит в
синхронизм, после чего двигатель можно нагружать.
Диаграмма работы двигателя показана на рис. 10-33. Вращающийся
поток ротора
ФВ наводит в обмотке статора противо-э. д. с.
E1. Если пренебречь активным
сопротивлением обмотки, считая
I1
z1
I1
x1 то напряжение сети
(рис. 10-33, а).
При холостом ходе мощность
очень мала и равна потерям холостого хода двигателя. Ток холостого хода
I1X активный и тоже мал, a
cos
φ при соответствующем возбуждении может быть равен
единице. При росте нагрузки на валу ток увеличивается до значения
I1
оставаясь
активным.
Если увеличивать ток возбуждения
IB (рис. 10-33, б), то поток
ФВ растет и э. д.
с. увеличивается до значения
E1+ ΔE.
Тогда в обмотке статора появляется
дополнительный ток
Этот ток целиком реактивный, так как сопротивление обмотки статора
z1 =
r1 +
x1
x1.
Ток
IP отстает от ΔE
на угол
φ
= 90° (рис. 10-33, б) и опережает
напряжение
U1 на 90°, а суммарный ток
двигателя
I1C опережает напряжение
U1 на угол
φ1.
Очень часто устанавливают режим синхронного компенсатора, когда
двигатель работает без нагрузки на валу, но с опережающим током
I1CK (рис. 10-33, б).
Если такая машина включена в сеть с индуктивной
нагрузкой, то она, работая как конденсатор, создает в сети условия, близкие к
тем, когда получается резонанс токов . Синхронный компенсатор имеет преимущество
перед статическим конденсатором в том, что величину опережающего тока можно
менять, изменяя ток возбуждения.
При малых мощностях, не превышающих нескольких сот ватт, синхронные двигатели
конструируются без обмотки возбуждения, называются реактивными
синхронными двигателями и применяются для привода механизмов, требующих
постоянной частоты вращения (звуковое кино, телемеханика).