Трифазні синхронні машини

Файл 10

Трифазні синхронні машини

1. Загальні поняття.

2. Будова трифазної синхронної машини.

3. Робота трифазної синхронної машини в режимі генератора.

4. Робота трифазної синхронної машини в режимі двигуна.

5. Потужності й обертальний момент синхронної машини

1. Загальні поняття

Синхронна машина (СМ) - машина змінного струму, прин­цип дії якої побудований на взаємодії магнітних полів ротора і статора, що обертаються з однаковою частотою (синхронно).

Застосовують СМ головним чином для перетворення механіч­ної енергії первинних двигунів в електричну, тобто як генератори електричної енергії змінного струму. Трифазні синхронні генера­тори, встановлені на різних електростанціях, виробляють прак­тично всю електроенергію, яка надходить до електроенергетичних систем усього світу. Порівняно невелика частка електроенергії виробляється синхронними й іншими генераторами, встановле­ними на мобільних установках (локомотивах, автомобілях, літа­ках, кораблях та ін.).

СМ використовують і як електродвигуни, хоча і меншою мірою, ніж електродвигуни інших типів. У синхронних двигунах частота обертання ротора при постійній частоті струму в обмотці статора зберігається постійною поза залежністю від наванта­ження на їхньому валу. СМ мають також специфічне застосу­вання як компенсатори реактивної потужності в електроенерге­тичних системах.

СМ можуть бути як однофазними, так і багатофазними. На електростанціях і в промислових установках найбільшого розпо­всюдження набули трифазні синхронні машини - генератори і двигуни. СМ з більшою кількістю фаз також використовуються, але значно рідше.

Однофазні синхронні двигуни належать, як правило, до мікродвигунів і находять застосування в електричних годинниках, авто­матичних самозаписуючих приборах, пристроях програмування тощо.

Синхронні генератори виконуються як на відносно малі, так і на великі потужності - до тисячі МВт (мегаватт). Діапазон мож­ливих потужностей синхронних двигунів також дуже широкий, але практично обмежений через обмежені вимоги механізмів та пристроїв, що приводяться до руху.

2. Будова трифазної синхронної машини

Як і інші електричні машини, трифазна синхронна машина оборотна, тобто один і той же її екземпляр може працювати в різ­них режимах. її конструкція досить універсальна і, перш за все, залежить від рівня потужності і частоти обертання ротора. Кон­струкція СМ подана на рис. 15.1 і рис. 15.2 у поздовжньому і попе­речному розрізах.

Рис. 15.1

СМ складається з нерухомого статора і обертового ротора все­редині першого. Ротор і статор механічно взаємопов'язані під­шипниками 1 і 2, а в активній частині їх розділяє повітряний проміжок.

Рис. 15.2

Механічна основа ста­тора - корпус 3 у вигляді полого циліндру. У нижній час­тині до корпуса приварені лапи 4, що слугують для кріплення машини на фундаменті. З тор­ців до корпуса прилягають і кріпляться болтами підшипникові щити 5, що утримують підшипники за допомогою підшипникових кришок 6. Для транспор­тування машини на корпусі є рим-болти 7. Для проходу крізь неї охолоджувального повітря на підшипникових щитах і захисному ковпаку 8 встановлено жалюзі 9.

У корпусі закріплено шихтоване осердя статора 10. У його пазах розташовані мідні ізольовані провідники 11 обмотки ста­тора, які з'єднуються лобовими частинами 12 в секції (як на рис. 12.5). Секції у свою чергу з'єднуються одна з одною і створю­ють фазні обмотки (як на рис. 14.5). У трифазній СМ кількість фазних обмоток дорівнює відповідно трьом, ці обмотки просто­рово розташовані по дузі окружності статора зі зсувом на 120 електричних градусів (кут у цих градусах отримують помно­женням реального кута в звичайних градусах на кількість пар полюсів, тобто α_ел = α_р · р).

Фазні обмотки з'єднуються одна з одною, наприклад, за схе­мою «зірка» (рис. 15.3) і їхні зовнішні виводи U, V, W вмикаються в трифазну мережу. Можлива наявність і нейтрального проводу.

Таким чином, можна констатувати, що активна електромагнітна частина статора, до якої належить осердя й обмотка, аналогічна активній частині статора трифазного асинхронного двигуна. Скла­дові цієї частини можна просте­жити на рис. 14.1,14.2,14.4 і 14.5.

Обмотка статора може бути двохполюсною (р = 1, як на рис. 12.8, а і рис. 12.10), чотири­полюсною (р = 2 -  рис. 12.8,6 і рис. 12.13) та з більшою кіль­кістю пар полюсів.

Ротор СМ являє собою елек­тромагнітну систему постійного струму з обмоткою, що має ту ж кількість полюсів, що і трифазна обмотка статора. Конструкція ротора може бути неявно- або явнополюсною.

Рис. 15.3