Синхронные машины

Конструкция: статор, ротор. Статор выполнен так же, как и статор асинхронной машины (трёхфазная обмотка, симметричная, сдвиг 120^о). По конструкции роторов синхронные машины делятся на две группы: на машины с неявно выраженными полюсами и явнополюсные. Обмотка ротора – это обмотка возбуждения, питается она от источника постоянного тока, создаёт в машине магнитный поток возбуждения. Разница между двумя типами машин состоит в том, что у явнополюсной конструкции магнитные проводимости в продольном и в поперечном направлениях значительно отличаются друг от друга. Ток возбуждения подаётся в обмотку через контактные щётки и кольца.

При вращении ротора с некоторой частотой поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в её фазах переменную Е, изменяющуюся с частотой

. (1)

Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то протекающий по этой обмотке многофазный ток создаст вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

. (2)

Из сравнения (1) и (2) следует, что (отсюда – синхронная).

В такой машине результирующий магнитный поток создаётся совместным действием М.Д.С. обмотки возбуждения и обмотки статора, и результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор.

Синхронная машина может работать автономно в качестве генератора, питающего подключённую к ней нагрузку.

Напряжение такого генератора зависит от величины и характера нагрузки, а также от индивидуальных особенностей машины: величины М.Д.С. обмотки возбуждения, свойств магнитной системы и т.д. Существенное влияние на изменение напряжения оказывает реакция якоря, в результате которой результирующий поток при работе генератора под нагрузкой существенно отличается от потока при холостом ходе.

Синхронная машина может работать параллельно с сетью. В этом случае она может отдавать (генератор) или потреблять (двигатель) электрическую энергию. При подключении обмотки статора к сети с напряжением и с частотой протекающий по обмотке ток создаёт вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого . В результате взаимодействия этого поля с током , протекающим о обмотке ротора, создаётся электромагнитный момент М, который при работе машины в двигательном режиме является вращающим, а при работе в генераторном – тормозным.

При Х.Х. магнитный поток генератора создаётся обмоткой возбуждения. Этот поток направлен по оси полюсов ротора и индуктирует в фазах обмотки якоря ЭДС.

Первая гармоника этой ЭДС определяется так же, как первая гармоника ЭДС асинхронной машины

При небольших токах возбуждения магнитный поток мал и стальные участки магнитопровода машины не насыщены, вследствие чего их магнитное сопротивление мало. В этом случае магнитный поток практически определяется только магнитным сопротивлением воздушного зазора между ротором и статором, а характеристика холостого хода или в другом масштабе имеет вид прямой линии. По мере возрастания потока растёт магнитное сопротивление стальных участков магнитопровода. При индукции в стали более 1,7÷1,8Т магнитное сопротивление стальных участков резко возрастает и характеристика Х.Х. становится нелинейной. Номинальный режим работы синхронных генераторов соответствует «колену», при этом коэффициент насыщения k_нас=АВ/АС=1,1÷1,4.

При расчётах в ряде случаев не учитывается нелинейность: прямая 1 (касательная к характеристике Х.Х.) – соответствует работе машины при отсутствии насыщения; прямая 2 (соответствует рассматриваемому режиму работы, например, номинальному) – учитывает некоторое среднее насыщенное состояние магнитной цепи машины.

При нагрузке .

В неявнополюсной машине величина воздушного зазора между статором и ротором по всей окружности остаётся неизменной, поэтому результирующий магнитный поток машины и создаваемая им ЭДС Е при любой нагрузке могут быть определены по характеристике Х.Х., исходя из результирующей М.Д.С. . При отсутствии насыщения можно перейти к непосредственному векторному сложению соответствующих потоков .