Синхроннімашини. Машинипостійного струму
Навчальнийпосібник
1. Синхронні машини
1.1 Принцип дії синхронної машини
Статор 1 синхронної машини (рис. 1.1, а )виконаний так само, як і асинхронної: на ньому розташована трифазна (в загальномувипадку багатофазна) обмотка 3. Обмотку ротора 4, яка харчуєтьсявід джерела постійного струму, називають обмоткою збудження, так яквона створює в машині магнітний потік збудження.
Рис. 1.1 - Електромагнітнасхема синхронної машини (а) і схема її включення (б):
1 - статор, 2 - ротор, 3-обмоткаякоря, 4 - обмотка збудження,
5 - контактні кільця, 6 -щітки
обертатися обмотку ротора з'єднують із зовнішнім джереломпостійного струму за допомогою контактних кілець 5 та щіток 6. Приобертанні ротора 2 з деякою частотою n 2 потікзбудження перетинає провідники обмотки статора і індукує в її фазахзмінну е.. д. з. E (рис. 1.1, б ), що змінюється з частотою
f 1 = pn 2 /60 (1.1)
Якщо обмотку статора підключити до якої-небудь навантаженні, топротікає по цій обмотці багатофазний струм I a створить обертове магнітне поле, частота обертанняякого
n 1 = 60f 1 /p. (1.2)
З (1.1) і (1.2) випливає, що n 1 = n 2 , тобто ротор обертається з тією ж частотою, що і магнітне поле статора. Зацієї причини розглянуту машину називають синхронної. У такій машинірезультуючий магнітний потік Ф рез створюється сумісною дієюм. д. с. обмотки збудження і обмотки статора і результуюче магнітне полеобертається в просторі з тією ж частотою, що і ротор.
У синхронної машині обмотку, в якій індукується е.. д.с. і протікає струм навантаження, називають обмоткою якоря, а частина машини, наякої розташована обмотка збудження, - індуктором. Отже,в машині, виконаної за конструктивною схемою, представленої на рис. 1.1,статор є якорем, а ротор - індуктором. З точки зору принципу діїі теорії роботи машини байдуже, обертається якір або індуктор, тому вдеяких випадках застосовують синхронні машини з оберненою конструктивноїсхемою: обмотка якоря, до якої підключена навантаження, розташована на роторі, аобмотка збудження, що живиться постійним струмом, - на статорі.
Синхронна машина може працювати автономно в якостігенератора, що живить підключену до неї навантаження, або паралельно з мережею, доякої приєднані інші генератори. При роботі паралельно з мережею вонаможе віддавати або споживати електричну енергію, тобто працювати генераторомабо двигуном. При підключенні обмотки статора до мережі з напругою U з і частотою f 1 протікає по обмотці струм створює, так само як в асинхронноїмашині, обертове магнітне поле, частота обертання якого визначається по (1.2).В результаті взаємодії цього поля зі струмом I в ,протікає по обмотці ротора, створюється електромагнітний момент М, якийпри роботі машини в руховому режимі є обертає, а при роботі вгенераторному режимі-гальмівним. Таким чином, у розглянутій машині ввідміну від асинхронної потік збудження (холостого ходу) створюється обмоткоюпостійного струму, розташованої на роторі. Тому в сталих режимахротор нерухомий відносно магнітного поля і обертається разом з ним зчастотою обертання n 1 = n 2 , незалежно відмеханічного навантаження на валу ротора або електричного навантаження.
Таким чином, синхронна машина має наступніособливості, характерні для сталих режимів роботи:
а) ротор машини, що працює як в руховому, так і вгенераторному режимах, обертається з постійною частотою, рівній частотіобертового магнітного поля, тобто n 2 = n 1
б) частота зміни е.. д. з. Е, индуктируемой вобмотці якоря, пропорційна частоті обертання ротора;
в) в обмотці ротора е.. д. з. НЕ індукується, а її м. д.с. визначається тільки струмом збудження і не залежить від режиму роботи.
1.2 Пристрійсинхронної машини
Конструктивна схема машини. Синхронні машини виконують з нерухомим або обертовимякорем. Машини великої потужності для зручності відведення електричної енергії зістатора або підведення її виконують з нерухомим якорем (рис. 1.2, а)
Оскільки потужність збудження невелика в порівнянні з потужністю,знімається з якоря (0,3-3%), підведення постійного струму до обмотки збудження здопомогою двох кілець не викликає особливих утруднень. Синхронні машини невеликийпотужності виконують як з нерухомим, так і з обертовим якорем.
Рис. 1.2 - Конструктивнасхема синхронної машини
з нерухомим іобертовим якорем:
1 - якір, 2 - обмоткаякоря, 3 - полюси індуктора,
4 - обмотка збудження, 5- Кільця та щітки
синхронно, машину з обертовим якорем і нерухомиміндуктором (рис. 1.2, б ) називають зверненої.
Рис. 1.3 - Роторисинхронної явнополюсной (а) і неявнополюсной (6) машин:
1 - сердечник ротора, 2 - обмотка збудження
Конструкція ротора. У машині з нерухомим якорем застосовуютьдві конструкції ротора: явнополюсную - з явно вираженими полюсами (рис. 1.3, а) і неявнополюсную - з неявно вираженими полюсами (рис. 1.3, б ).Явнополюсний ротор зазвичай використовують у машинах з чотирма і великим числомполюсів. Обмотку збудження виконують в цьому випадку у вигляді циліндричних котушокпрямокутного перерізу, які розміщують на сердечниках полюсів і зміцнюютьза допомогою полюсних наконечників. Ротор, сердечники полюсів і полюснінаконечники виготовляють зі сталі. Дво-і чотирьохполюсних машини великийпотужності, що працюють при частоті обертання ротора 1500 і 3000 об/хв,виготовляють, як правило, з неявнополюсним ротором. Застосування в нихявнополюсного ротора неможливо за умовами забезпечення необхідноїмеханічної міцності кріплення полюсів та обмотки збудження. Обмотку збудженняв такій машині розміщують у пазах сердечника ротора, виконаного з масивноїсталевий поковки, і зміцнюють немагнітними клинами. Лобові частини обмотки, наякі впливають значні відцентрові сили, кріплять за допомогою сталевихмасивних бандажів. Для отримання розподілу магнітної індукції, близького досинусоїдальному, обмотку збудження укладають у пази, що займають 2 / 3 кожного полюсного поділу.
Рис. 1.4 - Пристрійявнополюсной машини:
1 - корпус, 2 - сердечникстатора, 3 - обмотка статора, 4 - ротор,
5 - вентилятор, 6 - висновкиобмотки статора, 7 - контактні кільця,
8 - щітки, 9 - збудник
На рис. 1-4 показано пристрій явнополюснойсинхронної машини. Сердечник статора зібраний з ізольованих листівелектротехнічної сталі і на ньому розташована трифазна обмотка якоря. Нароторі розміщена обмотка збудження.
полюсних наконечників в явнополюсних машинах зазвичай надаютьтакий профіль, щоб повітряний зазор між полюсним наконечником і статором бувмінімальним під серединою полюса і максимальним у його країв, завдяки чомукрива розподілу індукції в повітряному зазорі наближається до синусоїді.
У синхронних двигунах з явнополюсним ротором в полюснихнаконечниках розміщують стрижні пусковий обмотки (рис. 1-5),виконаній з матеріалу з підвищеним питомим опором (латуні та ін.)Таку ж обмотку (типу В«біляча кліткаВ»), що складається з мідних стрижнів,застосовують і в синхронних генераторах; її називають заспокійливої вЂ‹вЂ‹ або демпферноїобмоткою, так як вона забезпечує швидке затухання коливань ротора,виникають при перехідних режимах робот...
