Синхронные машины СМ Назначение и принцип действия Области

Синхронные машины (СМ) Назначение и принцип действия. Области применения СМ. Устройство СМ.

Принцип действия • • • 1 -статор 2 - ротор 3 -обмотка статора 4 -обмотка ротора (обмотка возбуждения) 5 -кольца 6 -щетки

Синхронные машины небольшой мощности выпускаются как с неподвижным, так и вращающимся якорем. • В обращенной синхронной машине с вращающимся якорем и неподвижным индуктором нагрузка подключается к обмотке посредством трех колец.

Устройство синхронной машины 1 - сердечник ротора, 2 -обмотка возбуждения 1 -полюсы ротора, 2 -короткозамыкающие кольца, 3 -стержни «беличьей клетки» , 4 -полюсные наконечники

Питание обмотки возбуждения 1 –обмотка якоря, 2 – ротор генератора, 3 - обмотка возбуждения, 4 - кольца, 5 - щетки, 6 - регулятор напряжения, 7 - возбудитель, 8 - выпрямитель

Работа синхронного генератора при холостом ходе

Магнитное поле возбуждения характеризуется рядом коэффициентов, с помощью которых реальное распределение индукции в воздушном зазоре приводится к синусоидальному. - коэффициент формы кривой поля возбуждения: - коэффициент потока возбуждения:

Работа синхронного генератора под нагрузкой Реакция якоря • магнитные потоки якоря и возбуждения взаимно неподвижны и результирующий поток машины при нагрузке создается суммарным действием МДС Fв обмотки возбуждения и МДС Fв обмотки якоря. • Воздействие МДС якоря на магнитное поле синхронной машины называют реакцией якоря.

Реакция якоря в неявнополюсной машине. Активная нагрузка

Индуктивная нагрузка. Емкостная нагрузка

В общем случае -продольная МДС якоря; - поперечная МДС якоря

Реакция якоря в явнополюсной машине kaq < kad, Fad/ = kad Fd Fa/ = kd Fa Kaq ≈ 0, 5 (0, 3÷ 0, 65), kad≈0, 85÷ 0, 95. Faq/= kaq Fq

Векторные диаграммы синхронного генератора Неявнополюсный генератор

Упрощенная векторная диаграмма и схема замещения ψ – угол сдвига фаз между током и ЭДС, определяющийся характером нагрузки φ – угол сдвига фаз между током и напряжением θ – угол нагрузки Чем больше нагрузка генератора (отдаваемая им мощность), тем больше угол θ.

Явнополюсный генератор.

Векторная диаграмма 2 где Еσad = -j Id xσa Eσaq= -j. Iq xσa

Векторная диаграмма 3 Сопротивления и называют полными или синхронными индуктивными сопротивлениями обмотки якоря по продольным и поперечным осям.

Основные характеристики синхронного генератора. Внешние характеристики U=f (Ia) Iв= const Cosφ=const Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз между и , т. к. в зависимости от этого изменится вектор (при заданном значении ).

Регулировочные характеристики. Iв= f(Ia) U=const Сosφ = const

Характеристика короткого замыкания Xd*=0, 6… 1, 6 Xq*=0, 4… 1 Хсн*=0, 9… 2, 4.

Для явнополюсных машин Для неявнополюсных машин.

Кратность тока короткого замыкания при напряжении холостого хода, равном номинальному. и при номинальном токе возбуждения, при котором ток короткого замыкания равен Iк ном, Отношение тока короткого замыкания к номинальному току в относительных единицах при токе возбуждения Iв 0, при котором E 0=Uном, называют отношением короткого замыкания (ОКЗ).

В явнополюсных машинах для таких машин ОКЗ=0, 8 … 1, 8 В неявнополюсных машинах Нагрузочная характеристика ОКЗ = 0, 5 … 1, 0 U=f(Iв) при соsφ=const

Определение потерь и КПД в СМ ΣР= Рэ1+Рв+Рст+Рмех+Рпов+Рдоб, Для крупных СМ КПД достигает 98 -99%. Характеристика η =f(Рном)

Параллельная работа синхронного генератора с сетью Генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности, т. е. и ее частота являются неизменными, не зависящими от нагрузки данного генератора. .

Регулирование активной мощности.

Регулирование реактивной мощности

Режим возбуждения синхронной машины с током реактивная составляющая тока , при котором равна 0, называют режимом полного или нормального возбуждения. Перевозбужденная СМ, работающая в режиме х. х. относительно сети эквивалентна емкости. Машину, специально предназначенную для работы в таком режиме, называют синхронным компенсатором.

. Мощность и электромагнитный момент СМ Для генератора она равна полной электрической мощности обмотки статора, состоящей из электрической мощности P=m. UIСosφ, отдаваемой генератором в сеть, и электрических потерь в обмотке m. I 2 ra, т. е. Рэм= Р+ m. I 2 ra. . Электромагнитная мощность Рэм передается статору через вращающееся поле. Пренебрежем электрическими потерями в обмотке статора. Тогда будем иметь Рэм=Р. векторные диаграммы при Рассмотрим упрощенные

Активная мощность ∆ОАВ ∆ВАС АВ = ОА Sinθ = АС Cosφ

φ=ψ-θ P = m. UIacos(ψ-θ) = = m U (Ia sinψ sinθ + Ia cosψ cosθ) = = m U (Id sinθ + Iq cosθ)

Электромагнитный момент

Угловая характеристика

Статическая устойчивость - Устойчивая работа - Неустойчивая работа

Статическая перегружаемость По ГОСТу k=1, 6 … 1, 7 При увеличении IB увеличивается Е 0, а следовательно и Mmax, при этом увеличивается устойчивость машины.

Режимы работы СГ при параллельной работе с сетью Работа генератора с неизменным током возбуждения.

Работа генератора с неизменным моментом.

Синхронный двигатель СМ, работающая параллельно с сетью автоматически переходит в двигательный режим, если к валу ротора приложен тормозной момент.

Работа СД при неизменном токе возбуждения. Изменение активной мощности СД приводит к изменению его Cosφ

Работа СД с неизменным моментом

kп = Мэм max/Mэм ном.

Рабочие характеристики СД

Синхронный компенсатор

Пуск СД СД не имеет начального пускового момента Метод асинхронного пуска s ≈ 0, 05

1 - обмотка возбуждения, 2 - пусковая обмотка ( «беличья клетка» ), 3 ротор, 4 - обмотка якоря, 5 - резистор, 6 – ГПТ (возбудитель), 7 - кольца и щетки

Регулирование частоты вращения СД

• Синхроные явнополюсные генераторы серий СГД 2, СГД 2 М. • Синхроные явнополюсные генераторы серий ЕЕС, ЕЕС 5. • Гидрогенератры серии СВ. • Гидрогенератор-двигатель типа ВГДС 1025/245 -40 УХЛ 4. • Турбогенераторы серий Т, ТВФ, ТВВ. • Синхронные явнополюсные двигатели серии СД 2. • Синхронные двигатели серий СДН, СДНЗ, СДСЗ. • Синхронные явнополюсные двигатели серии СДКП 2. • Синхронные турбодвигатели серии СТД. • Синхронные компенсаторы серий КС и КСВ. • Тиристорные возбудители для синхронных машин. • Индукторные синхронные машины. • Синхронные генераторы с когтеобразными полюсами. • Синхронные машины с постоянными магнитами. • Синхронные реактивные двигатели. • Гистерезисные двигатели. • Волновые двигатели.