Синхронные машины Подготовил Студент ЭЭФ гр. 11 ЭЭ(б)ЭА Борисов А. И.
Синхронной электрической машиной называется машина переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора. Синхронный генератор является основным типом генератора переменного тока, применяемым в процессе производства электроэнергии. Синхронные двигатели в отличие от асинхронных двигателей имеют строго постоянную частоту вращения, не зависящую от нагрузки. Преимуществом синхронных двигателей является возможность регулирования их коэффициента мощности и коэффициента мощности электрической системы.
1 - контактные кольца; 2 щеткодержател и; 3 - полюсная катушкаротора; 4 - полюсный наконечник; 5 сердечник статора; 6 вентилятор; 7 вал
Общее устройство синхронных машин Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения). Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле (так называемое поле реакции якоря), которое сцепляется с полем индуктора и таким образом происходит преобразование энергии. Индуктор состоит из полюсов - электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса. Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи Фуко.
На рисунке а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.
Синхронный двигатель 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. Есть так-же обращенная конструкция двигателей, где якорь расположен на роторе, а индуктор - на статоре (в устаревших двигателях, а так же в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники) Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения или частотного пуска, прежде чем может работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора)) - это называется "вошел в синхронизм". Для разгона до номинальной скорости обычно используется дополнительный двигатель (чаще всего асинхронный). Так-же используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепено увеличивают от очень малых до номинальных величин.
Частота вращения n (об/мин) синхронного двигателя напрямую связана с частотой тока питающей сети f соотношением, Где p — число пар полюсов машины. Синхронные двигатели обладают ёмкостной нагрузкой, поэтому их выгодно использовать для компенсации индуктивной нагрузки (повышения коэффициента мощности). Синхронные двигатели применяют там, где нет необходимости частого пуска/остановки и регулирования скорости вращения (например в системах вентиляции). Синхронный генератор Обычно в синхронных генераторах якорем является статор, а индуктором - ротор. В индуктор через щётки подают постоянный ток, вращают ротор, тем самым создавая вращающееся магнитное поле, под действием которого в якоре индуцируется переменный ток, который отдаётся в сеть. Частота вырабатываемого тока f (Гц) напрямую связана с частотой вращения ротора n (об/мин) соотношением: где p — число пар полюсов машины.
Разновидности синхронных машин: • Гидрогенератор - явно полюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической турбины (при низких скоростях вращения). • Турбогенератор - неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины (при скоростях вращения ротора 6000, 3000, 1500 об/мин. ). • Компенсатор - синхронная электрическая машина (в большинстве случаев неявнополюсная), предназначенная для выработки реактивной мощности (представляет из себя синхронный двигатель на холостом ходу, генерирование реактивной мощности регулируется током возбуждения обмотки индуктора).
Диапазоны ТИП НОМИНАЛЬНАЯ НОМИНАЛЬНЫЙ МАКСИМАЛЬНЫ ЧАСТОТА ПУСКОВОЙ Й МОМЕНТ Ммах, ВРАЩЕНИЯ, МОМЕНТ, М 0, Нм Нм ОБ/МИН DS/CM 2000 5. . . 68 16, 5. . . 238 DS/CM 3000, 4500 1. . . 68 3, 8. . . 238 DS/CM 6000 1. . . 21 3, 8. . . 75, 6 CMP 40 S. . . CMP 63 L 3000, 4500, 6000 0, 5. . . 7, 1 1, 9. . . 30, 4 CMP 71 S. . . CMP 100 L 3000, 4500, 6000 6, 4. . . 47 19, 2. . . 178, 8 CMD 1200/3000 2, 4. . . 6, 0 10, 0. . . 33, 0 CMD 1200/2000 6, 7. . . 16, 5 17, 0. . . 62, 0 CMD 3000 0, 7. . . 1, 9 3, 0. . . 11, 0 CMD 4500 0, 25. . . 0, 9 1, 2. . . 6, 0
Синхронный вертикальный гидрогенератор-двигатель. Ремонт статора синхронного двигателя
Скачать презентацию Синхронные машины Подготовил Студент ЭЭФ гр 11 ЭЭ б ЭА
Синхронные машины.ppt