Определение синхронных машин

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИНХРОННЫХ МАШИНАХ

Лекции 98-99

Определение  синхронных машин

Существует множество определений для синхронных машин, как синхронных двигателей, так и синхронных генераторов. По стандарту «ГОСТ 27471-87 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ Термины и определения», определение синхронных машин формулируется следующим образом:   Синхронная машина это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, подключенной к обмотке якоря, не зависит от нагрузки в области допустимых нагрузок.

На мой взгляд, одно из наиболее удачных определений звучит как:

Синхронной машиной называется электрическая бесколлекторная машина переменного тока, у которой скорости вращения ротора  и магнитного поля статора  равны и находятся в строгом соответствии с частотой тока в  сети , в которую эта машина включена.

Проанализируем это утверждение. В курсе электротехники при изучении принципа генерирования трёхфазного тока мы познакомились с устройством простейшего трёхфазного генератора. Опираясь на полученные ранее знания докажем справедливость сформулированного выше определения.

На статоре синхронной машины располагается трехфазная обмотка переменного тока, на роторе расположена обмотка постоянного тока, создающая поток возбуждения машины. При вращении ротора с постоянной скоростью, в трёх обмотках статора будут наводиться фазные ЭДС. Они изменяются по синусоидальному закону, имея полный период изменения равный времени полного цикла изменения магнитного поля (0-N-S-0). Частота изменения ЭДС определяется как:

Где:  количество пар полюсов ротора,  скорость вращения ротора (об/мин)

Эта частота равна частоте тока в сети, которая подключается к генератору.

Обмотки статора располагаются под углом 120^о относительно друг друга, то есть образуют трёхфазную обмотку. Поэтому ток статора и в подключенной сети является трёхфазным, частота токов равно частоте ЭДС:  . Совокупность магнитных  потоков трех фаз совместно образуют (как и в асинхронной машине) вращающийся магнитный поток, скорость которого:

Учитывая выражение для частоты ЭДС, получим:

Тогда: .

Получаем то, что следовало доказать: частота сети прямо пропорциональна скорости вращения магнитного потока генератора, при этом магнитное поле ротора и магнитное поле статора вращаются синхронно, образуя единый магнитный поток (в случае генератора).

В случае синхронного двигателя: питающий трёхфазный ток образует в статоре двигателя вращающееся магнитное поле, скорость которого пропорциональна частоте сети: .  А это поле увлекает за собой, ротор двигателя, представляющий собой магнит или электромагнит. Таким образом, ротор и магнитное поле вращаются синхронно, то есть, скорость ротора равна скорости магнитного поля статора. А это то, что мы доказывали.