Синхронные машины

 

Синхронной называется электрическая машина, у которой одна совокупность обмоток получает питание от электрической сети переменного тока с постоянной частотой w₁, а другая - возбуждается постоянным током (w₂=0).

Важное место в теории синхронных машин занимает работа синхронной машины, присоединенной к сети, которая питается мощными генераторами. Исходят из предположения, что общая мощность этих генераторов несоизмеримо велика по сравнению с мощностью синхронной машины (сеть большой мощности).

В соответствии с этим считают, что любое изменение режима работы рассматриваемой машины не в состоянии оказать заметного влияния на электрическое состояние сети.

Синхронная машина, присоединенная к сети, может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В обоих режимах вращение ротора происходит с синхронной скоростью без каких-либо устройств для поддержания синхронизма.

Изучение процессов, имеющих место в синхронной машине, существенно облегчается, если воспользоваться своего рода механической моделью. Трехфазная система токов в обмотке якоря создает вращающееся магнитное поле. Это поле может быть заменено полюсной системой, скользящей вдоль внутренней поверхности статора с постоянной скоростью, равной скорости вращения магнитного поля. Две вращающиеся полюсные системы – ротора и воображаемая, эквивалентная вращающемуся магнитному полю, - неподвижны одна относительно другой. Между ними возникают силы магнитного притяжения, которые могут быть уподоблены упругим связям, соединяющим обе системы. Благодаря этим связям достигается синхронность вращения ротора и магнитного поля. Если будет превышен известный предел нагрузки машины, то произойдет разрыв упругих связей. После этого скорость вращения ротора становится уже не зависящей от скорости вращения магнитного поля. Это явление называется выпадением из синхронизма. Работа синхронной машины в таком режиме невозможна.

Упругие связи между двумя вращающимися полюсными системами могут появиться только в том случае, если обе системы вращаются синхронно. По этой причине пуск синхронного двигателя не может быть произведен прямым включением в сеть. Синхронный двигатель пускается как асинхронный и только после достижения ротором скорости, близкой к синхронной, переводится в синхронный режим. Усложнение процесса пуска является существенным недостатком синхронного двигателя.

Для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.

В настоящее время для этой цели применяют метод асинхронного пуска, для чего синхронный двигатель снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой.

Контрольные вопросы

1. Какие системы возбуждения применяют в синхронных машинах? Дайте им сравнительную оценку.

2. Почему в турбогенераторах не применяют роторов явнополюсной конст­рукции?

3. Из каких участков состоит магнитная цепь явнополюсной синхронной машины?

4. В чем состоит явление реакции якоря?

5. Каковы действия реакции якоря при активной, индуктивной и емкостной нагрузках синхронного генератора?

6. Почему при активной нагрузке синхронного генератора реакция якоря вызывает ослабление магнитного поля?

7. Напишите уравнения ЭДС явнополюсного и неявнополюсного синхронных генераторов и объясните, каким магнитным потоком наводится каждая из этих ЭДС.

8. Почему характеристика к. з. синхронной машины имеет вид прямой линии?

9. Что такое о. к. з. и как влияет этот параметр на свойства синхронного генератора?

10. Что такое номинальное изменение напряжения синхронного генератора и почему при емкостной нагрузке его значение отрицательно?

11. Какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

12. Что такое синхронизация генератора, включаемого на параллельную работу?

13. Какие применяются способы синхронизации генераторов? Изложите их содержание.

14. Как нагрузить генератор, включенный в сеть на параллельную работу?

15. Почему с появлением тока в цепи статора генератора приводной двига­тель получает механическую нагрузку?

16. Что такое коэффициент статической перегружаемости?

17. Объясните причину собственных колебаний ротора в синхронном гене­раторе.

18. Почему колебания ротора имеют затухающий характер?

19. Каковы конструкция и назначение успокоительной обмотки в синхронной машине?

20. Что такое синхронизирующая способность синхронной машины и какими параметрами она оценивается?

21. Почему синхронный генератор следует несколько перевозбудить?

22. Почему переходное индуктивное сопротивление больше сверхпереходного?

23. Чем объясняется затухающий характер тока к. з. при внезапном к. з.?

24. Чем опасен режим внезапного к. з. для синхронного генератора?

25. Чем ограничивается область устойчивой работы синхронного двигателя?

26. Почему синхронный двигатель нуждается в специальных способах пуска?

27. Почему при асинхронном пуске синхронного двигателя обмотку возбуж­дения нельзя оставлять разомкнутой?

28. Каково назначение синхронного компенсатора?

29. Почему при пуске синхронного двигателя с постоянными магнитами воз­никает тормозной момент?

30. Объясните физическую сущность возникновения реактивного момента.

Как влияет глубина межполюсных впадин на роторе на рабочий и пус­ковой моменты реактивного двигателя?