Электрические машины. Электромеханика, страница 11

СМ используют в качестве электродвигателей при мощности 100 кВт и > для привода насосов, компрессоров, вентиляторов и других механизмов, работающих при постоянной частоте вращения. Преимущества перед АД  - при большой мощности и низкой скорости могут работать с Cosφ =1 или улучшить Cosφ установки, если работает с опережающим током, т.е. СД, работающий вхолостую, без нагрузки, называют синхронным компенсатором.

В быту и системах управления используют синхронные микромашины – с постоянными магнитами, индукторные, реактивные, гистерезисные, шаговые.

Принцип действия. Статор (1) СМ выполнен как у асинхронной машины, на нем расположена 3-фазная (или многофазная) обмотка (3). Обмотку ротора (4), питаемую от источника постоянного тока называют обмоткой возбуждения, т.к. она создает в машине магнитный поток возбуждения.

Ток для питания обмотки возбуждения СМ получают обычно от небольшого генератора постоянного тока, помещенного на общем валу с ней или механически с ней соединенного.

Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником постоянного тока с помощью контактных колец (5) и щеток (6).

При вращении ротора 2 с некоторой частотой  n₂ поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в ее фазах переменную  ЭДС Е, изменяющуюся с частотой .

Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то проходящий по этой обмотке многофазный ток I_а создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого .

Из этих равенств следует, что , т.е. что ротор вращается с такой же частотой, что и магнитное поле статора. Поэтому такую машину называют синхронной. Результирующий магнитный поток Ф_рез синхронной машины создается совместными действиями МДС обмотки возбуждения и обмотки статора, и следовательно, результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор.

В синхронной машине обмотку, в которой индуцируется ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а электромагниты (полюсы) вместе с замыкающим их  ярмом образуют полюсную систему (в которой расположена обмотка возбуждения) – индуктором.

Питание обмотки возбуждения осуществляется двумя способами - самовозбуждение и независимого возбуждения.

При независимом возбуждении в качестве источника для питания обмотки возбуждения служит генератор постоянного тока  (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины, или отдельный вспомогательный генератор, приводимый во вращении синхронным двигателем или асинхронным.

При самовозбуждении обмотка возбуждения питается от обмотки якоря через выпрямитель. Мощность, необходимая для возбуждения, сравнительно небольшая и составляет 0,3 –3  %  от мощности синхронной машины.

Работа синхронного генератора при холостом ходе. В этом режиме магнитный поток генератора создается только МДС обмотки возбуждения. Первая гармоническая ЭДС   определяется как и для асинхронной машины  , где  и  - число витков в фазе и обмоточный коэффициент обмотки якоря, -поток первой гармоники магнитного поля возбуждения.

Вопросы для самопроверки

1)  Как и почему напряжение на зажимах СГ зависит от характера нагрузки?

2)  Что определяют собой катеты характеристического треугольника, какое влияние на них оказывает насыщение магнитной цепи?

3)  Как определить ОКЗ по характеристике короткого замыкания?

4)  Как влияет насыщение магнитной цепи на x_d  и x_q?

5)  Каким образом можно изменить активную мощность СГ, работающего параллельно с сетью?

6)  Как определить коэффициент насыщения по характеристике холостого хода?

7)  Роль демпферной обмотки.

8)  Почему в семействе U- образных кривых по мере увеличения активной мощности минимум тока якоря смещается в сторону больших токов возбуждения?

9)  В чем разница между собственными и вынужденными колебаниями ротора синхронной машины?

10)  Какими мерами можно увеличить динамическую устойчивость СГ?