Холостой ход син­хронного генератора

Рис. 11.19

При холостом ходе обмотка якоря (статора) разомкнута и магнитное поле ма­шины создается только обмоткой возбуждения ротора (рис. 11.19). Форма нако­нечников полюсов ротора выполняется такой, чтобы распределение магнитной ин­дукции в воздушном зазоре было близким к синусоидальному. Если выполнить распределенную обмотку статора с укороченным ша­гом и соединенной ее в звезду, наведенная в каждой фазной обмотке ЭДС будет изменяться по синусоидальному закону. Ее действующее значение

, (11.49)

Рис. 11.20

где – обмоточный коэффициент; – число витков одной фазы обмотки статора; – частота синусоидальных ЭДС; – число пар по­люсов; – максимальный магнитный поток по­люса ротора; – синхронная частота вращения. Согласно (11.49) ЭДС статора при неизменной частоте пропорциональна потоку. Изменяя ток возбуждения, можно регулировать магнитный поток и ЭДС генератора.

Зависимость при называется харак­теристикой холостого хода (рис. 11.20). Она применяется при расчете других характеристик и анализе режимов работы синхронных генераторов и двигателей.

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость при U = 0 и . При допущении R = 0 из (11.52) следует, что ток короткого замыкания является чисто индуктивным и по модулю равен

. (11.54)

При коротком замыкании реакция якоря является размагничиваю­щий, результирующий магнитный поток мал, магнитная цепь ненасыщена и характеристика короткого замыкания прямолинейна (рис. 11.24).

Следует отметить, что в (11.54) и числитель и знаменатель пропорцио­нальны частоте вращения и поэтому характеристики короткого замыкания не зависят от частоты вращения, за исключением малых скоростей, когда оказывает влияние активное сопротивление обмотки статора.

Внешняя характеристика. Это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при , . Если принять на­чальное напряжение , то вид внешних характеристик будет соответство­вать рис. 11.25. При активно-индуктивной нагрузке ( < 1) поток реакции якоря размагничивает машину и напряжение уменьшается с увеличением тока на­грузки по кривой 1. При активной нагрузке ( = 1,0) поперечная реакция якоря также вызывает уменьшение напряжения (кривая 2). При активно-емко­стной нагрузке продольная намагничивающая реакция увеличивает ЭДС , следовательно, и напряжение (кривая 3).

Рис. 11.24

Рис. 11.25

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость (зависимость тока возбуждения генератораIвот тока нагрузки I) при , , . Вид семейства регулировочных характери­стик показан на рис. 11.26, а их физический смысл объясняется действием ре­акции якоря при различном характере нагрузки. Обычно номинальным режи­мом работы генератора является = 0,8 (при индуктивной нагрузке). В этом случае для поддержания при переходе от холостого хода () к номинальной нагрузке () необходимо увеличить ток возбуждения в 1,7...2,2 раза.

 

ПРИНЦИП РАБОТЫ И НАЗНАЧЕНИЕ СИНХОРННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью.

В отличие от синхронного генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося магнитного поля статора на угол и электромагнитный момент определяется по уравнению (11.55):

,

где или .

Уравнения электрического баланса аналогичны режиму генератора. Поэтому генератор и двигатель характеризуются общими закономерностями.

Активная мощность синхронного двигателя зависит от тормозного мо­мента на валу. При этом ЭДС отстает от напряжения на угол . Предель­ным моментом является наибольший электромагнитный момент, за которым синхронный режим нарушается.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. Реактивная мощность синхронного двигателя регулируется изменением тока возбуждения. При недовозбуждении реактивная мощность имеет индук­тивный характер, при перевозбуждении – емкостный.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Именно конструкция ротора и определяет наиболее существенное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных.

Так же как и в генера­торе, на статоре синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого

 

На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включае­мая в сеть источника постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов. Вращающееся магнитное поле, полу­ченное токами обмотки статора, увлекает за собой полюса ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.

Достоинством синхронных двигателей является также меньшая, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент про­порционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асин­хронных— квадрату напряжения.

 

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СД

 

КОНСТРУКЦИИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА И СХЕМЫ ИХ ВОЗБУЖДЕНИЯ