Основные узлы синхронной машины

Основные узлы синхронной машины

1. Статор (неподвижная часть).

2. Ротор. Бывает двух основных конструкций: явнополюсный, неявнополюсный. Имеет обмотку возбуждения, питаемую от источника питания постоянного напряжения. Число полюсов обмотки ротора должно быть равно числу полюсов обмотки статора.

Ротор синхронных генераторов приводится во вращение с помощью приводного двигателя. В результате:

1. Если в качестве приводного двигателя гидравлическая турбина, то генератор называется гидрогенератор – достаточно мощные (несколько МВт), но тихоходные, частота до 500 мин^-1.

2. Если в качестве приводного двигателя паровая турбина, то генератор называется турбогенератор – самые мощные машины, мощность достигает 1200-1600 МВт, быстроходные, частота от 3000 до 1500 мин^-1. Их также называют монополюсными.

3. Если в качестве приводного двигателя дизельный двигатель, то генератор называется дизель генератор, мощность 10 МВт, среднескоростные от 500 до 1500 мин^-1.

Промышленностью выпускаются синхронные двигатели мощностью около 10000 кВт на различные скорости вращения, которые используются в промышленности для механизмов, не требующих регулирования частоты вращения (вентиляторы, насосы, компрессоры).

К явнополюсным генераторам относятся следующие генераторы: гидрогенераторы, дизельгенераторы, синхронные двигатели. К неявнополюсным генераторам относятся следующие генераторы: турбогенераторы, синхронные компенсаторы (не все).

Явнополюсные ротор

Явнополюсный ротор – ротор с явно выраженными полюсами, который нашел большое распространение.

Конструкция:

1. Ступица (на ее с помощью ласточкиных хвостов, болтов крепятся остальные конструктивные части).

2. Ласточкин хвост.

3. Сердечник полюса (изготавливают из листов конструктивной стали).

4. Обмотка возбуждения полюсов (изготавливается из меди), питается постоянным током, имеет два кольца.

5. Полюсный наконечник.

Неявнополюсный ротор

Неявнополюсный ротор – это ротор с неявновыраженными полюсами. Представляет из себя удлиненный стальной цилиндр. Обычно выполняется цельный, но может быть и сборный.

Пазы занимают 2/3 всей поверхности.

Присутствуют подшипниковые щиты разной формы. Присутствует возбудитель, которым является генератор постоянного тока.

Принцип действия синхронного генератора

Рассмотри на примере явнополюсной машины.

Для работы синхронного генератора необходимо соблюдение двух условий:

1. Наличие асинхронного двигателя, позволяющего вращать вал с определенной частотой.

2. Необходимо подать напряжение на обмотку возбуждения.

Подаем напряжение на обмотку возбуждения. Возникает ток возбуждения, создающий основное магнитное поле. С помощью приводного двигателя мы разогнали его с некоторой частотой n_Р. Необходимо разогнать с синхронной частотой. Ротор вращается, следовательно, магнитной поле становится вращательным. Под действием вращательного поля будет наводиться ЭДС в обмотке статора, которая определяется по правилу правой руки.

1. ЭДС в обмотках наводится переменная, так как полюса на роторе будут постоянно меняться.

2. ЭДС будет трехфазная, так как обмотка конструктивно выполнена трехфазно.

3. Частота

Под действие трехфазного ЭДС возникает трехфазный переменный ток. Вокруг проводников с током возникает трехфазное магнитное поле. Возникло магнитное вращающее поле статора, которое будет вращаться синхронно: .

Активно-индуктивный характер нагрузки

Воспользуемся векторной диаграммой.

F состоит из F₁_q и F₁_d.

F₁_q – магнитное поле немного размагничивается и искажается.

F₁_d – сильно размагничивает магнитное поле.

Активно-емкостной характер нагрузки

F состоит из F₁_q и F₁_d.

F₁_q – магнитное поле немного ослабляет и искажает.

F₁_d – чисто намагничивает магнитное поле.

Внешние характеристики

U=f(I₁), Iв=const, n=n_НОМ=const.

Вид зависит от характера нагрузки. При активной характере нагрузки cosφ ₁=1. Рост нагрузки сопровождается снижением величины напряжения, что объясняется увеличением падения напряжения в обмотке статора и также ростом размагничивающего действия в реакции якоря по поперечной оси.

При индуктивном характере нагрузки cosφ ₁< 1, рост нагрузки сопровождается более интенсивным падением напряжения, что объясняется размагничиванием. Реакция якоря по продольной оси.

При емкостном характере нагрузки увеличение нагрузки сопровождается ростом напряжения, что объясняется ростом подмагничивающего действия реакции якоря по продольной оси.