Устройство и принцип действия синхронной машины

Устройство и принцип действия синхронной машины

Устройство синхронных машин. Синхронные машины вне зависимости от режима работы состоят из двух основных частей: неподвижного статора, выполняющего функции якоря и ротора, вращающегося внутри статора и служащего индуктором.

Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит из корпуса , цилиндрического сердечника , набранного из отдельных пластин электротехнической стали, и трехфазной обмотки, уложенной в пазы сердечника.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения, которая через специальные контактные кольца питается постоянным током от выпрямителя или от небольшого генератора постоянного тока, называемого возбудителем.

Магнитное поле синхронной машины на холостом ходу

При холостом ходе магнитное поле создается током, протекающим по обмотке возбуждения. Наибольший интерес представляет магнитное поле в воздушном зазоре, так как от характера распределения этого поля зависит форма ЭДС обмотки статора.

Картина магнитного поля в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины представлена на рис. Кривая распределения радиальной составляющей индукции поля в воздушном зазоре имеет уплощенный характер. Для характеристики поля вводится понятие коэффициента формы поля , представляющего отношение амплитуды основной гармоники к индукции поля на оси полюса ,

Коэффициент формы поля является сложной функцией геометрических размеров магнитной цепи на участке воздушного зазора:

Эта зависимость может быть получена на основе расчета магнитного поля при холостом ходе.

При проектировании синхронных машин принимаются меры к тому, чтобы кривая распределения индукции приближалась к синусоиде. Для этого ширину полюсного наконечника принимают в пределах

и выполняют скос полюсных наконечников на краях, чтобы . При этих условиях распределение поля в зазоре приближается к синусоидальному, и высшие гармоники ЭДС, наводимой полем в обмотке статора, относительно малы. Кроме того, их дополнительно уменьшают соответствующим укорочением шага и распределением обмотки. Поэтому классическая теория синхронных машин оперирует с первыми гармониками индукции магнитного поля и ЭДС обмотки статора.

В неявнополюсных синхронных машинах воздушный зазор равномерный. Поэтому синусоидальное распределение поля может быть получено за счет соответствующего распределения МДС обмотки возбуждения.

МДС, образуемая этой обмоткой, имеет вид ступенчатой кривой, приближающейся по форме к трапеции (рис. 5.4). При равномерном зазоре можно считать, что кривая индукции повторяет кривую МДС.

Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения

На рис. 32-2, а изображена картина магнитного поля обмотки возбуждения в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины на протяжении одного…   Магнитное поле и параметры обмотки якоря

Реакция якоря

Поперечная реакция якоря

Как следует из рис. 5-2, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось… Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности… Из рис. 5-1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рис. 5-1, б, поле поперечной…

Продольная реакция якоря

Общий случай реакции якоря. Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щеток, а также… рис 5,4  

Векторная диаграмма напряжений синхронного генератора на Активной нагрузке

Направления ЭДС и токов нетрудно установить по правилу правой руки и обозначить крестиками и точками. При этих направлениях токов ось магнитного…

Векторная диаграмма напряжений синхронного генератора на Индуктивной нагрузке.

Это означает, что максимум тока в фазе А наступит по сравнению с предыдущим случаем на четверть периода позднее, когда ротор повернется на по…

Векторная диаграмма напряжений синхронного генератора на емкостной нагрузке.

Векторная диаграмма напряжений синхронного генератора при смешанной нагрузке

Характеристика трехфазного короткого замыкания при Если пренебречь активным сопротивлением обмотки якоря (), то уравнение…

Отношение короткого замыкания

. Величина ОКЗ у явнополюсных генераторов составляет , у неявнополюсных - , и… Внешние характеристики при

Параллельная работа синхронных генераторов

На каждой электрической станции обычно установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу. В современных энергосистемах на параллельную работу включены целый ряд электростанций, чем достигается высокая надежность энергоснабжения потребителей, возможность маневрирования энергоресурсами.

Условия включения генератора на параллельную работу

1. ЭДС включаемого генератора EГ должна быть равна напряжению сети Uc; 2. Частота генератора fГ должна быть равной частоте сети fc; 3. EГ и Uc должны быть в фазе;

Синхронные режимы параллельной работы синхронных машин

Режим работы синхронной машины параллельно с сетью при синхронной частоте вращения называется синхронным.

Рассмотрим включенную на параллельную работу неявнополюсную машину, пренебрегая активным сопротивлением фаз обмотки якоря ().

Ток обмотки якоря будет равен

Изменение реактивной мощности. Режим синхронного компенсатора.

Синхронная машина не несущая активную нагрузку и загруженная реактивным током называется синхронным компенсатором. Изменение активной мощности. Режим генератора и двигателя. Чтобы включенная на параллельную работу машина вырабатывала активную мощность, работала в режиме генератора,…

Синхронный компенсатор

Синхронные компенсаторы не имеют приводных двигателей и поэтому сами являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу, при этом из… Так как у синхронного компенсатора не ставится вопрос статической…

Регулирование активной мощности синхронной машины, включенной в сеть

При этом вектор напряжения синхронной машины сохранит свое положение в противофазе с вектором напряжения сети Uс Проекция… P1=mU1I1cosφ = mU1Iα будет вырабатываться синхронной машиной в отдаваться в сеть. Синхронная машина работает…

Регулирование реактивной мощности синхронной машины, включенной в сеть

Вернемся вновь к режиму холостого хода синхронной машины (рис. 5.34, а). В том режиме по обмотке возбуждения протекает ток If = Ifo, соответствующий… характеристике холостого хода напряжению сети Uc = Eo . Увеличим ток возбуждения If, тогда модуль ЭДС Eo возрастет и…

Угловая характеристика синхронной машины

Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю (ra= 0) и машина не насыщена. Активная мощность синхронной машины определяется выражением Для преобразования этого выражения в искомую зависимость Р1 = f(Θ) воспользуемся векторной диаграммой синхронной…

U-образные характеристики

  В соответствии с условием Р1 =m1U1I1 cosφ = const активная составляющая… поэтому концы вектора тока I1 будут лежать на линии I, перпендикулярной вектору напряжения U1, а концы вектора…

Синхронные двигатели, пуск и т.п.

Собственный пусковой момент синхронного двигателя равен нулю, так как вследствие инерции ротора поток возбуждения Фf не может сразу достичь… Пуск синхронного двигателя можно осуществить с помощью преобразователя… Однако наиболее распространенным является асинхронный пуск синхронного двигателя. С этой целью на роторе в специальных…

Достоинства и недостатки синхронного двигателя в сравнении с асинхронным.

а) возможность работы при cos φ = 1; это приводит к улучшению cos φ сети, а также к сокращению размеров двигателя, так как его ток меньше… б) меньшую чувствительность к колебаниям напряжения, так как их максимальный… в) строгое постоянство частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.

Регулирование частоты вращения синхронных двигателей

К синхронному двигателю применимы все основные положения теории частотного регулирования асинхронного двигателя, в том числе необходимость… Для синхронных двигателей, применяемых в электроприводах с большим моментом…

Частотное регулирование без самосинхронизации. Электромагнитный момент синхронного двигателя

М = см IаФв cos ψ = см IаФв cos (φ + θ). (6.48) При частотном регулировании обычно стремятся получить режим работы двигателя с… Iаmin = М/(смФв cos θ). (6.49)

Способы пуска синхронных двигателей.

Обычно синхронные двигатели имеют на своем валу возбудитель в виде генератора постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 1). При пуске по схеме рис. 1, а контакты 7 разомкнуты, а контакт 8 замкнут. При…

Векторные диаграммы синхронных двигателей

На диаграмме рис. а ток I как и у генератора, рассматривается как отдаваемый в… Если на диаграмме рис. а вектор тока повернуть на 180° и изменить знак у вектора E, так как положительные направления…

Как влияет насыщение стали на ток возбуждения холостого хода генератора?

Ответ: Чем больше насыщение тем меньше ток возбуждения, это объясняется меньшими потерями тока возбуждения на создание реактивной мощности и перемагничивания. см конспект.

Чем обусловленно различие между Xd иXq у явнополюсной машины

xd - полное индуктивное сопротивление якоря по продольной оси; xq - полное индуктивное сопротивление якоря по поперечной оси. где

xd = xad + xsa;

xq = xaq + xsa.

Векторная диаграмма короткого замыкания

Характеристики ХХ и КЗ снимаются при вводе машины в эксплуатацию, а также после проведения ремонтов. Синхронная машина обратима и может работать в… Как видно из векторных диаграмм ХХ и нагрузки мощность синхронной машины… Процессы в генераторе определяются его параметрами: индуктивными сопротивлениями (синхронными, переходными и…

Снятие рабочих характеристик генератора

Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный… Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения… Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения,…

Процентное изменение напряжения генератора

где Uхх – напряжение на зажимах в режиме холостого хода; Uном – номинальное напряжение генератора.

Из этого режима также строят внешнюю характеристику трансформатора.

Регулировка мощности СГ