Ответы на экзаменационные билеты № 1-20 дисциплины "Электрические машины" (Синхронные машины: конструкция, принцип действия, область применения. Реакция якоря неявнополюсной синхронной машины)

Билет 1

1.  Синхронные машины – конструкция, принцип действия, область применения.

Синхронная машина – это электрическая машина, у которой в нормальном рабочем режиме, как на холостом ходу, так и под нагрузкой, скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля статора. , где f – частота сети, p – число пар полюсов.

Машина имеет 2 основных элемента:

·  Якорь

·  Индуктор

Индуктор – часть машины (может быть как подвижной, так и неподвижной ), в которой протекает постоянный ток, создающий основной постоянный магнитный поток, сцепленный с обмоткой. Индуктором также может быть та часть машины, на которой закреплены постоянные магниты. Обмотка индуктора, питаемая постоянным током, называется обмоткой возбуждения.

Якорь – та часть машины (подвижная или неподвижная), которая имеет обмотку (1-о фазную или 3-х – фазную), в которой протекает переменный ток и наводиться переменная  ЭДС.

Синхронная машина, у которой обмотка возбуждения находиться  на роторе (ротор является индуктором), а обмотка якоря находиться в неподвижной части, то машина называется машиной стандартного наполнения. Синхронная машина, у которой обмотка возбуждения расположена на неподвижной части – называется обращенной.

Понятие успокоительная (демпферная) обмотка вводится для синхронных машин в режиме генератора. В режиме двигателя вводится понятие пусковой обмотки.

На рисунке представлена явнополюсная машина, с явно выраженными полюсами и каждая пара полюсов имеет 2 катушки постоянного тока.

Ротор представляет собой сплошную бочку с пазами, в которые уложены катушки обмотки возбуждения.

Область применение и конструкция:

1). Неявнополюсные СМ

Выпускаются 2р=2. Оси конструктивно отличны: длина по стали ротора превышает диаметр ротора в 3…6 раз. Область применения: в приводах паровых турбин.

2). Явнополюсные СМ

2р=4 и выше. Область применения: ГЭС, ветроустановки, мини-ТЭЦ.

2.  Методы асинхронного пуска синхронного двигателя, особенности асинхронного момента синхронной машины.

Пуск с разрядным сопротивлением:

Пуск с наглухо подключенным возбудителем. По своей простоте приближается к пуску АД с короткозамкнутым ротором и поэтому находит все большее применение.

Обычно производится прямой асинхронный пуск СД путем включения на полное напряжение сети. При тяжелых условиях пуска производится реакторный или трансформаторный пуск при пониженным напряжении, как и у АД с короткозамкнутым ротором.

В общем случае асинхронный вращающий момент:

где М₁ – вращающий момент, М₂ – величина момента, созданного токами I₂.

Билет 2

1.  Системы возбуждения синхронных машин: электромашинные и на основе статических полупроводниковых выпрямителей, основные определения и характеристики (кратность форсировки, время развозбуждения и др.).

Под системой возбуждения СМ понимается устройство, которое поставляет постоянный ток в обмотку возбуждения. Данное устройство должно по определенным законам регулировать величину постоянного тока обмотки возбуждения.

Обмотки возбуждения разделяют на:

·  Электромашинное возбуждение.

Используется в генераторах постоянного тока, причем сам генератор постоянного тока получает механическую мощность либо от той же турбины, что и синхронный генератор, либо от стороннего двигателя, либо от турбины.

·  Статическое полупроводниковое возбуждение.

Конструктивно собою представляет управляемый выпрямитель. Данный комплекс включает в себя связующий силовой трансформатор (либо сухой, либо масляный), который повышает напряжение с 10-20В до 400-600В.

Преимущества:

·  высокая надежность;

·  отсутствие вращающихся элементов;

·  высокая мягкость, плавность и скорость регулирования тока возбуждения в следствии наличия микроконтроллерной системы регулирования имеется возможность реализации математически сложных адаптивных  самоподстраивающихся систем регулирования постоянного тока.

2.  Качания синхронных машин: свободные и вынужденные колебания ротора – как отдельные вопросы динамической устойчивости.

При колебаниях или качаниях СМ ее ротор вращается неравномерно и скорость его колеблется с некоторой частотой около среднего значения.

В ряде случаев возникают весьма сильные колебания СМ, которые определенным образом нарушают их нормальную работу, а также работу энергосистемы в целом.

Вынужденные колебания СМ возникают в случаях, когда механический момент на валу непостоянен и содержит пульсирующие составляющие.

Чаще всего это бывает при соединении СМ с поршневыми машинами.

Для уменьшения вынужденных колебаний дизель-генераторы, а часто также двигатели поршневых компрессоров снабжаются маховиками.

Свободные колебания присущи самой природе СМ, т.к. она при параллельной работе с сетью или другими СМ представляют собой