§1. Синхронные машины.
Синхронной называется такая машина, частота вращения которой nнаходится в строго постоянном отношении к частоте сетиf
(мин-1) или(с-1),
где р – число пар полюсов.
Синхронные машины преимущественно распространены в виде трехфазных синхронных генераторов. Их устанавливают практически на всех электрических станциях и предназначены они для выработки электрической энергии трехфазного переменного тока. Синхронная машина возбуждается постоянным током, который подводится к её обмотке возбуждения (обмотка ротора) от сети постоянного тока или от генератора постоянного тока небольшой сравнительно с синхронной машиной мощности (0,3 – 3 %), называемого возбудителем. Но синхронные машины малой мощности могут быть выполнены с постоянными магнитами или в виде так называемой реактивной синхронной машины, которая не имеет специальной обмотки возбуждения.
Основы устройства синхронной машины рассмотрим на примере трехфазного двухполюсного синхронного генератора в его простейшем исполнении. Основные части генератора – это неподвижная называемая статором, и подвижная – ротор, помещаемая внутри расточки статора.
Статор состоит из станины, являющейся одновременно корпусом машины, укрепленного в ней сердечника 1, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, уложенной в пазах, выштампованных в листах сердечника. Обмотка статора трехфазного генератора состоит из трехфазных обмоток 2, соединенных, как правило, звездой или треугольником.
Ротор 3 синхронной машины представляет собой систему электромагнитов чередующейся полярности, равномерно расположенных по окружности. К обмоткам электромагнитов подводится постоянный ток при помощи контактных колец и наложенных на них щеток 4. Такая конструкция ротора (индуктора) называется явнополюсной.
Итак, индукторы в синхронных машинах бывают двух видов, что связано с частотой вращения.
1) явнополюсные синхронные машины, имеющие выступающие полюсы и изготавливаемые с числом полюсов 2р≥4. Они тихоходны – гидрогенераторы, синхронные генераторы, приводимые во вращение двигателями внутреннего сгорания.
Рис. Индуктор явнополюсной синхронной машины.
2) неявнополюсные синхронные машины имеют цилиндрический ротор, выполняемый обычно из массивной стальной поковки. В роторе фрезеруются пазы для укладки обмотки возбуждения. Эти машины выпускаются с числом полюсов 2р=2 и 2р=4 и имеют большие скорости вращения. Основной представитель – турбогенератор. Т.к. паровые турбины быстроходны, то турбогенераторы двухполюсные, для атомных электростанций турбогенераторы 4хполюсные.
Принцип действия синхронной машины заключается в следующем. При вращении ротора первичным двигателем с постоянной (синхронной) частотой n(мин-1) магнитное поле ротора, пересекая витки трехфазной обмотки статора, индуцирует в них э.д.с., имеющие частотуf=pnи сдвинутые по фазе каждая относительно соседней на угол. Если нагрузка распределена в сети равномерно, то машина генерирует симметричную систему трехфазного тока, причем в общем случае ток в фазной обмотке сдвинут относительно э.д.с. этой обмотки на некоторый угол φ, определяемый родом нагрузки.
Э.д.с. катушки определяется в соответствии с законом Фарадея-Максвелла, как
еА=Еmax·sinωt
eB=Emax·sin(ωt-120°)
eC=Emax·sin(ωt-240°)
- Лекции по электрическим машинам л 1. Тема: «Общие вопросы теории машин переменного тока»
- §1. Синхронные машины.
- §2. Асинхронные машины.
- §3. Обмотки машин переменного тока.
- §4. Электродвижущие силы обмоток машин переменного тока.
- §4.3. Э.Д.С. Витка.
- §5. Намагничивающие силы обмоток переменного тока.
- Л 2. Тема: «Асинхронные машины. Основы теории асинхронных машин при неподвижном роторе»
- §1. Принцип действия асинхронной машины.
- §2. Двигатели асинхронные 3хфазные единой серии 4а.
- §3. Асинхронная машина пи заторможенном роторе.
- Л 3. Тема: «Основы теории асинхронных машин при вращающемся роторе»
- §1. Ориентировочные замечания.
- §2. Основные явления, происходящие в асинхронной машине при вращении.
- §3. Уравнение э.Д.С. Ротора и ток ротора i2.
- §4. Частота вращения намагничивающей силы ротора.
- §5. Уравнение намагничивающих сил асинхронной машины при её вращении.
- §6. Схема замещения ротора асинхронной машины.
- §7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.
- §8. Схема замещения асинхронного двигателя.
- §9. Потери и к.П.Д. Асинхронного двигателя.
- Л 4. Тема: «Синхронные машины. Работа под нагрузкой».
- §1. Основные понятия и устройство синхронной машины.
- §2. Принцип действия синхронной машины.
- §3. Работа синхронного генератора при холостом ходе.
- §4. Работа синхронного генератора под нагрузкой (на примере явнополюсной машины).
- Л 5. Тема: «Параллельная работа синхронных машин»
- §1. Предварительные замечания.
- §2. Условия параллельного включения синхронных генераторов по способу точной синхронизации.
- §3. Включение синхронных генераторов по методу самосинхронизации.
- Л 6. Тема: «Характеристики синхронных генераторов».
- §1. Система относительных единиц.
- §2. Характеристика холостого хода.
- §3. Характеристика короткого замыкания.
- §4. Опытное определение xd.
- §5. Опытное определение реактивного треугольника.
- §6. Нагрузочная характеристика.
- §7. Опытное определение индуктивного сопротивления рассеяния хδ.
- §8. Внешняя характеристика.
- §9. Регулировочная характеристика.
- §10. Отношение короткого замыкания.
- Л 7. Тема: «Физические основы рабочего процесса трансформатора»
- §1. Принцип работы трансформатора.
- §2. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов.
- §3. Уравнение электродвижущих сил.
- §4. Уравнение намагничивающих сил.
- §5. Приведенный трансформатор.
- §6. Переходные процессы в трансформаторах.
- Л 8. Тема: «Рабочие свойства трансформаторов»
- §1. Режим холостого хода.
- §2. Опыт короткого замыкания.
- §3. Изменение напряжения трансформатора.
- §4. Включение трансформаторов на параллельную работу.
- §5. Энергетическая диаграмма трансформатора.
- §1. Устройство и принцип действия.
- §2. Энергетическая диаграмма.
- §3. Основные электромагнитные соотношения машины постоянного тока.
- §4. Общие сведения об обмотках машин постоянного тока (якорных обмотках).
- §5. Простая петлевая обмотка.
- §6. Простая волновая обмотка.
- Л 10. Тема: «Магнитная цепь машины постоянного тока».
- Значение индукции в машинах постоянного тока.
- Л 11. Тема: «Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке».
- §1. Реакция якоря.
- §2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины.
- Л 12. Тема: «Коммутация в машинах постоянного тока».
- §1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе.
- §2. Физическая сущность коммутации и ее влияние на работу машины.
- §3. Способы улучшения коммутации.
- Л 13. Тема: «Генераторы постоянного тока и их характеристика».
- §1. Характеристики генераторов.
- Л 14. Тема: «Генераторы постоянного тока. Классификация».
- Л 15. Тема: «Двигатели постоянного тока, их характеристики».
- §1. Основные понятия.
- §2. Пуск двигателя постоянного тока.
- §3. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока.
- §4. Механические характеристики двигателей постоянного тока.
- §5. Рабочие характеристики двигателя с последовательным возбуждением.