Устройство и принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя.

Статор 1 СМ выполнен так же как и асинхронной: на нем расположена трехфазная (в общем случае многофазная) обмотка 3. Обмотку ротора 4, питаемую от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения, так как она создает в машине магнитный поток возбуждения. Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником пост. тока посредством контактных колец 5 и щеток 6. При вращении ротора с частотой n₂ поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в ее фазах переменную ЭДС Е, изменяющуюся с частотой f₁=pn₂/60.

Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то проходящий по этой обмотке многофазный ток I_a создает ВМП, частота вращения которого n₁=60f₁/p.

Следует, что n₁=n₂ , т.е. что ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Поэтому рассматриваемую машину называют синхронной. Результирующий магнитный поток Ф_РЕЗ синхронной машины создается совместным действием МДС обмотки возбуждения и обмотки статора, и результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор.

В СМ обмотку, в которой индуцируется ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения –индуктором. Следовательно, статор является якорем, а ротор –индуктором.

СМ может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к ней нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При работе параллельно с сетью она может отдавать или потреблять электроэнергию, т.е. работать генератором или двигателем. При подключении обмотки статора к сети с напряжением U и частотой f₁ проходящий по обмотке ток создает, так же как в асинхронной машине, ВМП. В результате взаимодействия этого поля с током, проходящим по обмотке ротора, создается электромагнитный момент М, который при работе машины в двигательном режиме является вращающим, а при работе в генераторном режиме –тормозным. Поток возбуждения (холостого хода) создается обмоткой постоянного тока, расположенной обычно на роторе. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой вращения n₁=n₂ независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки.

Т.о., для установившихся режимов работы СМ характерны следующие особенности:

а) ротор машины, вращается с постоянной частотой , равной частоте ВМП, т.е. n₁=n₂;

б) частота изменения ЭДС Е, индуцируемой в обмотке якоря, пропорциональна частоте вращения ротора

в) в установившемся режиме ЭДС в обмотке возбуждения не индуцируется; МДС этой обмотки определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы машины.

Характеристики синхронного генератора.

Внешние характеристики

Зависимости напряжения U от тока нагрузки I_а при неизменных токе возбуждения I_В, угле φ и частоте f₁ (постоянной частоте вращения ротора n₂) называют внешними характеристиками генератора. Их можно построить с помощью векторных диаграмм. Допустим, что при номинальной нагрузке I_{а ном} генератор имеет номинальное напряжение U_НОМ, что достигается путем соответствующего выбора тока возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до нуля напряжение генератора становится равным ЭДС холостого хода E₀. Следовательно, векторная диаграмма построенная при номинальной нагрузке, сразу дает две точки внешней характеристики. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т.е. от угла сдвига фаз φ между U и I_a, т.к. в зависимости от этого изменяется вектор Е₀ (при заданном значении U=U_НОМ).

На рис. 6.27 показаны упрощенные ВД генератора с неявно выраженными полюсами для активной (а), активно-индуктивной (б) и активно-емкостной (в) нагрузок. При активной и активно-индуктивной нагрузках ЭДС Е₀>U; при активно-емкостной нагрузке ЭДС Е₀<U. Таким образом, в первых двух случаях при увеличении нагрузки напряжение генератора уменьшается, в третьем – увеличивается. Это объясняется тем, что при активно-емкостной нагрузке имеется продольная намагничивающая составляющая реакции якоря, а при активной и активно-индуктивной нагрузках – продольная размагничивающая составляющая (при чисто активной нагрузке угол ψ>0).

На рис. 6.28,а изображены внешние характеристики генератора при различных видах нагрузки, полученные при одинаковом для всех характеристик значений U_НОМ, а на рис. 6.28,б – при одинаковом значении U₀=E₀. При U=0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока I_К.

Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы предназначены для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В периоды спада нагрузок нередко возникает необходимость работы компенсаторов в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, т.к. в этом случае напряжение стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами. Для этого СК снабжают автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.

СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ.

Синхронная машина, не несущая активной нагрузки и загруженная реактивным током, называется синхронным компенсатором. Такие компенсаторы применяются для повышения коэффициента мощности и поддержания нормального уровня напряжения в сетях.

Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность так как в этих случаях напряжения сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует его ток возбуждения так, что напряжения на зажимах компенсатора остается постоянным.

Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и с точки зрения режима своей работы, в сущности, являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу. Мощные компенсаторы имеют водородное охлаждения.

Так как синхронные компенсаторы не развивают активной мощности, то вопрос о статической устойчивости работы для них теряет остроту. Поэтому они изготавливаются с меньшим воздушным зазором, чем генераторы и двигатели.

Уменьшение зазора позволяет облегчить обмотку возбуждения и удешевить машину.

Устройство и принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя.