Синхронный генератор

Важным отличием синхронной машины от асинхронной является то, что главный магнитный поток в ней создается НС постоянного тока возбуждения I_в, который машина получает от источника Uв, т. е. в машине имеет место раздельное питание обмоток статора и ротора.

Статор машины выполнен аналогично статору асинхронной машины. На нем расположена -фазная (обычно трехфазная) обмотка. Обмотка ротора 4 состоит из одной или нескольких катушек, образующих многополосную систему с тем же числом пар полюсов р, что и обмотка статора 3. Обмотка ротора соединяется с внешним источником питания Uв посредством контактных колец 5 и щеток 6.

Принцип действия синхронного генератора: Обмотка статора (якоря) трехфазного СГ состоит из 3-х однофазных обмоток, смещенных в пространстве под углом 120 эл градусов и соединены звездой или треугольником. На роторе (индукторе) расположена обмотка возбуждения, при подключении которой к источнику постоянного тока возникаем магнитное поле возбуждения. Посредством приводного двигателя ротор вращается с чистотой n₁. При этом магнитное поле ротора также вращается и индуктирует трехфазную симметричную систему ЭДС. Эти ЭДС создают 3-х фазный тока статора, который передается во внешнюю сеть (на потребителя).

Постоянство скорости вращения ротора синхронной машины обусловливает область ее применения: в качестве генераторов промышленной частоты на подстанциях или в дизель – генераторах,

Таким образом, синхронная машина имеет следующие особенности:

- ротор машины, как в двигательном, так и в генераторном режимах, вращается с постоянной скоростью, равной скорости вращения магнитного поля;

- частота изменения ЭДС Е₁, индуктируемой в обмотке статора, пропорциональна скорости вращения ротора;

- в обмотке ротора ЭДС не индуктируется, а магнитное поле создается постоянным током, подводимым от внешнего источника, или постоянными магнитами.

Схемы возбуждения СГ:

	Независимое возбуждение СГ При независимом возбуждении для питания обмотки возбуждения используется генератор постоянного тока (возбудитель). Реостаты r1 и r2 предназначены для регулирования величины тока возбуждения СГ. Мощность возбудителя обычно составляет от 2 до 5 % мощности СГ.
	Самовозбуждение СГ При самовозбуждении питание обмотки возбуждения осуществляется от СГ с применением выпрямителей. Также возбуждение СГ малой мощности может осуществляться от постоянных магнитов. Этот способ позволяет получить машину без контактных колец, следовательно уменьшаются потери и растет КПД. Вместе с тем, усложняется регулирование величины генерируемой ЭДС.

 

 

27.Регулирование частоты вращения АД с КЗ ротором

 

Частота вращения ротора асинхронного двигателя

Из этого выражения следует, что частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать изменением какой-либо из трех величин: скольжения s, частоты тока в обмотке статора f₁ или числа полюсов в обмотке статора 2р. Регулирование частоты вращения изменением скольжения s возможно следующими способами: изменением подводимого к обмотке статора напряжения; нарушением симметрии этого напряжения.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения. Вращающий момент АД пропорционален , поэтому механические характеристики двигателя при напряжениях меньших номинального располагаются ниже естественной. Это объясняется недопустимостью подведения напряжения выше номинального. Если статический момент М_СТ остается постоянным, то при снижении напряжения на обмотке статора скольжение АД увеличивается, частота вращения ротора уменьшается. Регулирование скольжения этим способом возможно в пределах 0 < s < s_КР. Диапазон регулирования частоты вращения получается небольшим, что объясняется узкой зоной устойчивой работы двигателя. Диапазон ограничен недопустимостью значительного превышения номинального напряжения и значением критического скольжения. С превышением номинального напряжения возникает опасность чрезмерного нагрева АД, вызванного резким увеличением электрических и магнитных потерь. Двигатель с более значительным критическим скольжением имеет большее значение электрических потерь, а значит и меньший КПД. С уменьшением напряжения U₁ двигатель утрачивает перегрузочную способность и при нагрузках близких к номинальной происходит увеличение суммарных потерь и нагрева АД. Узкий диапазон регулирования и неэкономичность – недостатки. В данном способе регулирования могут быть применены схемы с использованием регулировочного автотрансформатора; дросселем насыщения; тиристорным регулятором напряжения. Регулирование частоты вращения нарушением симметрии подводимого напряжения. При нарушении симметрии трехфазной системы переменного напряжения, подводимой к АД, вращающееся магнитное поле статора становится эллиптическим. Такое поле содержит обратную составляющую (встречное поле), которая создает момент М_обр,направленный встречно вращающему моменту М_пр, поэтому результирующий электромагнитный момент АД уменьшается: . Механические характеристики двигателя в этом случае располагаются в интервале между характеристикой при симметричном напряжении (1) и характеристикой при однофазном питании (2) - пределом несимметрии 3-х фазного U. Ре несимметрии подводимого напряжения. Обеспечивается включением в одну из фаз однофазного регулировочного автотрансформатора AT.

Недостатками этого способа регулирования являются узкий диапазон регулирования и уменьшение КПД двигателя при увеличении несимметрии напряжения.

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в обмотке статора. Это способ регулирования основан на изменении синхронной частоты вращения , что возможно при наличии источника питания АД с регулируемой частотой -преобразователя частоты (ПЧ). Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения ротора в широком диапазоне. Чтобы регулировать частоту вращения, достаточно изменить частоту тока f₁, но при этом будет изменяться и максимальный электромагнитный момент АД. Поэтому для сохранения неизменными перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя на требуемом уровне необходимо одновременно с изменением частоты f₁ изменять и величину подводимого к обмотке статора напряжения U₁. Если частота вращения ротора АД регулируется при постоянном моменте нагрузки , то подводимое к обмотке статора напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока: . Если регулирование производится при условии постоянства мощности двигателя , то подводимое напряжение к обмотке статора следует изменять в соответствии с законом

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора. Этот способ регулирования частоты вращения обеспечивает ступенчатую регулировку. Изменять число полюсов обмотки статора можно либо укладкой в пазах статора двух обмоток с разным числом полюсов, либо укладкой одной обмотки, конструкция которой позволяет путем переключения катушечных групп получать различное число полюсов. Второй способ получил наибольшее применение. АД с полюсно-переключаемыми обмотками могут работать в двух режимах: режим постоянного момента, режим постоянной мощности.