Синхронні машини. Машини постійного струму
Навчальний посібник
1. Синхронні машини
В
1.1 Принцип дії синхронної машини
Статор 1 синхронної машини (рис. 1.1, а ) виконаний так само, як і асинхронної: на ньому розташована трифазна (у загальному випадку багатофазна) обмотка 3. Обмотку ротора 4, яка харчується від джерела постійного струму, називають обмоткою збудження, так як вона створює в машині магнітний потік збудження.
В
Рис. 1.1 - Електромагнітна схема синхронної машини (а) і схема її включення (б):
1 - статор, 2 - ротор, 3-обмотка якоря, 4 - обмотка збудження,
5 - контактні кільця, 6 - щітки
Обертову обмотку ротора з'єднують із зовнішнім джерелом постійного струму за допомогою контактних кілець 5 та щіток 6. При обертанні ротора 2 з деякою частотою n 2 потік збудження перетинає провідники обмотки статора і індукує в її фазах змінну е.. д. с. E (рис. 1.1, б ), що змінюється з частотою
f 1 = pn 2 /60 (1.1)
Якщо обмотку статора підключити до будь-якої навантаженні, то протікає по цій обмотці багатофазний струм I a створить обертове магнітне поле, частота обертання якого
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. За цієї причини розглянуту машину називають синхронної. У такій машині результуючий магнітний потік Ф рез створюється спільною дією м. д. с. обмотки збудження і обмотки статора і результуюче магнітне поле обертається 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, на якої 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 дії та теорії роботи машини байдуже, обертається якір або індуктор, тому в деяких випадках застосовують синхронні машини з оберненою конструктивної схемою: обмотка якоря, до якої підключена навантаження, розташована на роторі, а обмотка збудження, що живиться постійним струмом, - на статорі.
Синхронна машина може працювати автономно в якості генератора, що живить підключену до неї навантаження, або паралельно з мережею, до якої приєднані інші генератори. При роботі паралельно з мережею вона може віддавати або споживати електричну енергію, тобто працювати генератором або двигуном. При підключенні обмотки статора до мережі з напругою U з і частотою f 1 протікає по обмотці струм створює, так само як в асинхронної машині, обертове магнітне поле, частота обертання якого визначається по (1.2). У результаті взаємодії цього поля зі струмом I в , протікає по обмотці ротора, створюється електромагнітний момент М, який при роботі машини в руховому режимі є обертає, а при роботі в генераторному режимі-гальмівним. Таким чином, у розглянутій машині в відміну від асинхронної потік збудження (холостого ходу) створюється обмоткою постійного струму, розташованої на роторі. Тому в сталих режимах ротор нерухомий щодо магнітного поля і обертається разом з ним з частотою обертання n 1 = n 2 , незалежно від механічного навантаження на валу ротора або електричного навантаження.
Таким чином, синхронна машина має наступні особливості, характерні для усталених режимів роботи:
а) ротор машини, що працює як в руховому, так і в генераторному режимах, обертається з постійною частотою, рівній частоті обертового магнітного поля, тобто n 2 = n 1 ;
б) частота зміни е. д. с. Е, индуктируемой в обмотці якоря, пропорційна частоті обертання ротора;
в) в обмотці ротора е. д. с. НЕ индуктируется, а її м. д. с. визначається тільки струмом порушення і не залежить від режиму роботи.
1.2 Пристрій синхронної машини
Конструктивна схема машини. Синхронні машини виконують з нерухомим або обертовим якорем. Машини великої потужності для зручності відведення електричної енергії зі статора 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%), підвід постійного струму до обмотки збу...
