Все |0-9 |А |Б |В |Г |Д |Е |Ж |З |И |К |Л |М |Н |О |П |Р |С |Т |У |Ф |Х |Ц |Ч |Ш |Щ |Э |Ю |Я

Каталог статей Принципы действия устройств Электрические машины

Поиск по тегам : электродвигатель, асинхронные, синхронные, с фазным ротором, с короткозамкнутым ротором, постоянного тока


Принцип действия и конструкция синхронных машин. Холостой ход синхронных генераторов
  • Currently 2.92/5

Рейтинг 2.9/5 (84 голосов)

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На всех электрических станциях в качестве источников переменного тока используются синхронные генераторы. Их мощность колеблется от нескольких киловатт для автономных установок до 1000-1200 МВт для мощных электро­станций. Синхронные двигатели также находят широкое применение. Они изготовляются серийно мощно­стью от нескольких десятков киловатт до 10 МВт и более на различные частоты вращения. Наряду с мощными дви­гателями отечественной промышленностью широко выпус­каются синхронные микродвигатели различных типов мощ­ностью от долей ватта до нескольких сотен ватт.

По сравнению с асинхронными двигателями синхронные двигатели не только преобразуют электрическую энергию в механическую, но и могут генерировать реактивную мощ­ность. Иногда синхронные двигатели, работающие без на­грузки на валу, используются в качестве источников и по­требителей реактивной мощности (при этом изменяется cosφ сети). Такие синхронные машины называют синхрон­ными компенсаторами.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключает­ся к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмот­кой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощ­ности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка явля­ется обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из од­ной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распростра­нение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря.

В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе (рис. 1). Синхронные машины небольшой мощности иногда имеют обращенное исполнение, когда обмотка якоря располагает­ся на роторе, а обмотка возбуждения - на полюсах стато­ра (рис. 2). В электромагнитном отношении обе конструкции равноценны.

 

Однако из практических соображений более предпочтительной является первая конструкция, так как в этом случае к скользящим контактам на роторе под­водится мощность возбуждения, составляющая 0,3-3 % номинальной мощности машины. Во втором варианте сколь­зящие контакты следовало бы рассчитывать на полную мощность машины. Для мощных машин, имеющих относи­тельно высокое напряжение и большие токи, обеспечить удовлетворительную работу таких контактов весьма за­труднительно. В дальнейшем будут рассматриваться синхронные машины, выполненные   по   первому (основному) конструктивному варианту.

Рассмотрим принцип действия синхронного генератора. Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз.

Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, маг­нитные оси которых сдвинуты в пространстве на электри­ческий угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируют­ся ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индук­тируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора п:

 

f1 = pn/60.

(1)

Для получения ЭДС необходимой частоты число пар полюсов и частота вращения должны находиться в опреде­ленной зависимости между собой. Так, для получения стан­дартной частоты  f1= 50 Гц при р=1 нужно иметь частоту вращения n = 3000 об/мин, а  при р = 24  n = 125 об/мин.

Если к трехфазной обмотке якоря синхронного генера­тора подсоединить нагрузку, то возникший ток создаст вра­щающееся магнитное поле якоря. Частота вращения этого поля относительно статора 

n1 = 60 f1/p.

(2)

Заменяя в (2) частоту ее значением из (1), полу­чаем 

n1 = n.

Равенство частот вращения ротора п и поля якоря n1  является характерной особенностью синхронной машины, обусловившей ее название.

В основном конструктивном варианте магнитное поле возбуждения имеет ту же частоту вращения, что и ротор, поэтому результирующее магнитное поле, созданное сов­местным действием обмоток якоря и возбуждения, имеет ту же частоту вращения. В обращенном варианте синхрон­ной машины частоты вращения ротора (который в данном случае является якорем) и его поля также одинаковы, но направлены в противоположные стороны. Поэтому магнитное поле ротора, как и поле возбуждения, будет неподвиж­но в пространстве. Следовательно, как в одном, так и в дру­гом случае магнитные поля возбуждения и якоря будут неподвижны относительно друг друга, образуя результирующее поле машины.

При работе синхронной машины двигателем трехфазная обмотка якоря присоединяется к трехфазной сети. При этом образуется вращающееся магнитное поле с частотой вращения n1. Это поле, взаимодействуя с полем полюсов ротора, создает вращающий момент. Чтобы этот момент имел одно и то же направление, поля должны быть непо­движны относительно друг друга. Это имеет место, если ротор и, следовательно, его магнитное поле вращаются с частотой, равной n1. Поэтому в синхронном двигателе ро­тор как при холостом ходе, так и при нагрузке вращается с постоянной частотой, равной частоте вращения поля n1.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИНХРОННЫХ МАШИН

Сердечник статора представляет собой полый цилиндр, набранный из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. На внутренней поверхности этого цилинд­ра выштамповывают пазы для укладки обмотки якоря. Электротехническую сталь поставляют в виде листов или лент шириной не более 1 м. При внешнем диаметре сердечника менее 1 м его собирают из цельных кольцевых плас­тин, а при большем диаметре каждый кольцевой слой со­ставляют из отдельных пластин, называемых сегментами (рис. 3). Сердечник размещают в станине (корпусе) ста­тора.

Пазы, как правило, имеют прямоугольное сечение. В эти пазы укладывают двухслойные петлевые обмотки, а в более мощных машинах - одновитковые стержневые волновые обмотки. Толщина и структура изоляции пазов и проводников зависит от индуктируемой ЭДС. При большом сече­нии проводников обмоток фаз для уменьшения добавочных потерь от вихревых токов их разбивают на ряд элементар­ных проводников, которые по длине обмотки транспониру­ют между собой. Статор синхронной машины в собранном виде показан на рисунке.

По выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные   и   неявнополюсные.

Явнополюсный ротор синхронных машин имеет высту­пающие полюсы, сердечник которых в мощных машинах на­бирают из пластин конструкционной стали толщиной 1- 2 мм, а в машинах небольшой мощности - из электротех­нической стали толщиной 0,5-1 мм. На рис. 4 показаны различные способы крепления полюсов.

 

В машинах неболь­шой мощности полюсы крепят болтами к валу (рис. 4, г), а в тихоходных машинах большой мощности - к ободу ро­тора (рис. 4, в). В мощных и относительно быстроход­ных машинах полюсы крепят к ободу ротора с помощью хвостов, имеющих Т-образную форму или форму ласточки­на хвоста (рис. 4, а и б). Такое крепление хотя техноло­гически сложнее, но является более прочным, чем крепле­ние болтами.

Обмотку возбуждения в мощных машинах для лучшего охлаждения выполняют из неизолированных медных шин большого сечения, намотанных на ребро. Между соседними витками укладывают изоляционные прокладки, пропитан­ные в смоле. Катушку запекают и устанавливают на полю­се, на который по периметру предварительно наносят корпусную изоляцию. В машинах небольшой мощности катуш­ки обмотки возбуждения выполняют из изолированных проводников прямоугольного или круглого сечения.

На полюсах ротора часто укладывают демпферную об­мотку. Ее размещают в пазах полюсных наконечников. Медные стержни этой обмотки, уложенные в пазы, по тор­цам замыкают пластинами или кольцами так, что образу­ется клетка. Демпферные обмотки делятся на продоль­ные и продольно-поперечные.

Продольная обмотка получается путем замыкания с торцов стержней отдельно каждого полюса (рис. 5). В продольно-поперечной обмотке соединяются по торцам стержни всех полюсов (рис. 6). Демпферная обмотка об­разует контуры, оси которых совпадают в первом случае только с продольной осью (с осью полюсов), а во втором случае - как с продольной, так и с поперечной осью.

Демпферная обмотка выполняет ряд функций. В гене­раторах она ослабляет влияние несимметричной нагрузки и снижает амплитуду колебаний ротора, возникающих в не­которых случаях при параллельной работе. В двигателях она является пусковой обмоткой,  а также снижает амплитуду колебаний ротора при пульса­ции нагрузки.

Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т. е. имеющих большое число полюсов. Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным валом широко используют в качестве двигателей и генераторов. Общий вид ротора явнополюсной машины показан на рис. 7. Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами (рис. 8).

В зависимости от мощности турбины и напора воды час­тота вращения гидрогенераторов колеблется от 50 до 600 об/мин. Для того чтобы при таких частотах вращения получить переменное напряжение частотой 50 Гц, гидрогенераторы должны иметь несколько десятков полюсов.Гидрогенераторы выполняют на большие мощности. В конструктивном отношении гидрогенераторы имеют ряд особенностей. Важным узлом у них является упорный подшипник или подпятник. Он удерживает массу вращающихся частей ротора и турбины и воспринимает давление воды на лопасти турбины. Подпятник представляет собой особый вид подшипника скольжения. Он состоит из вра­щающейся части - пяты, выполненной в виде диска, укрепленного на роторе, и неподвижной части, находящейся под пятой (собственно подпятник).

Для уменьшения потерь в пяте между ее трущимися поверхностями (пяты и собст­венно подпятника) создается слой смазки достаточной тол­щины.

Для восприятия радиальных усилий, действующих на ротор гидрогенератора, на его валу устанавливают один или два направляющих подшипника. Один подшипник устанавливают при жестком фланцевом соединении валов гидрогенератора и турбины. Вторым направляющим под­шипником в этом случае является направляющий подшип­ник турбины. Подпятник и направляющие подшипники размещаются на крестовинах, которые служат для восприятия и передачи вертикальных и радиальных усилий на фунда­мент или на корпус статора. Различают верхнюю и ниж­нюю крестовины.

В зависимости от расположения подпятника гидрогене­раторы подразделяются на подвесные и зонтичные. В под­весном гидрогенераторе (рис. 9, а) подпятник расположен над ротором на верхней крестовине и весь агрегат «подвешен» к этой крестовине и к подпятнику.

В зонтич­ном гидрогенераторе подпятник расположен на нижней крестовине (рис. 9, б) или на крышке турбины и генера­тор в виде зонта находится над подпятником. При зонтич­ном исполнении гидрогенератор имеет меньшие массу и вы­соту, чем при подвесном исполнении, за счет уменьшения размеров верхней крестовины, имеющей больший диаметр, чем нижняя.

Механическая прочность различных деталей гидрогене­раторов рассчитывается по так называемой угонной часто­те вращения, которая в 2-3 раза больше номинальной и может иметь место в результате разгона ротора при ава­рийном отключении генератора от сети.

Неявнополюсные роторы (рис. 10 и 11) применя­ют в синхронных машинах большой мощности, имеющих частоту вращения п = 1500÷3000 об/мин. Изготовление ма­шин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по услови­ям механической прочности ротора и крепления полюсов и обмотки возбуждения.

 

Неявнополюсные роторы имеют главным образом син­хронные генераторы, предназначенные для непосредствен­ного соединения с паровыми турбинами. Такие машины на­зывают турбогенераторами.   Турбогенераторы   для  тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/мин и два полюса, а для атомных станций - 1500 об/мин и четыре по­люса.

Ротор турбогенераторов выполняют массивным из цельной стальной поковки. Для роторов турбогенерато­ров большой мощности применяют высококачественную хромоникелевую или  хромоникельмолибденовую сталь. По условиям механической прочности диаметр ротора при частоте вращения 3000 об/мин не должен   превышать 1,2-1,25 м.  Чтобы обеспечить необходимую меха­ническую жесткость, активная длина ротора должна быть не больше 6,5 м. На рис. 10 дан общий вид, а на рис. 11 - поперечный разрез двухполюсного ротора тур­богенератора. На наружной поверхности ротора фрезеруют пазы прямоугольной формы, в которые укладывают катушки обмотки возбуждения. Примерно на одной трети полюс­ного деления обмотку не укладывают, и эта часть образует так называемый большой зубец, через который проходит основная часть магнитного потока генератора. Иногда в большом зубце выполняют пазы, которые образуют вен­тиляционные каналы.

Из-за больших центробежных сил, действующих на об­мотку возбуждения, ее крепление в пазах производят с по­мощью немагнитных металлических клиньев. Немагнитные клинья ослабляют магнитные потоки пазового рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и приводить к уменьшению полезного потока. Пазы большого зубца за­крывают магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закрепляют роторными бандажами. Обмотка ротора имеет изоляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяют к контактным кольцам на роторе.

Вдоль оси ротора по всей его длине просверливают цент­ральное отверстие, которое служит для исследования ма­териала центральной части поковки и для разгрузки по­ковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 12 дан общий вид турбогенератора. В турбогенераторах функ­цию демпферной обмотки выполняют массивное тело рото­ра и клинья.

Кроме турбогенераторов с неявнополюсным ротором вы­пускают быстроходные синхронные двигатели большой мощности - турбодвигатели.

 

ОХЛАЖДЕНИЕ СИНХРОННЫХ МАШИН

При проектировании гидро- и турбогенераторов важней­шей проблемой является проблема их охлаждения. Повы­шение единичной мощности машин неразрывно связано с совершенствованием системы их охлаждения. Примене­ние более интенсивных способов охлаждения позволило соз­дать турбогенераторы мощностью 800-1200 МВт, имею­щие практически такие же габаритные размеры, как турбо­генераторы мощностью 100 МВт.

В турбогенераторах мощностью до 25 МВт применяется замкнутая система вентиляции, в которой в качестве охлаж­дающей среды используется воздух. Для машин большей мощности воздух заменяется водородом с избыточным дав­лением до 5-105 Па. По сравнению с воздухом водород име­ет большую теплопроводность и в 10 раз меньшую плот­ность. Благодаря этому улучшается охлаждение  машины и уменьшаются вентиляционные потери.

 

Охлаждающая среда омывает наружную поверхность обмоток, после че­го нагретая среда идет в охладитель, а затем, после охлаж­дения, возвращается в машину. Такая система охлаждения машин называется замкнутой системой косвенного охлаж­дения обмото к.

Для машин мощностью более 300 МВт замкнутая систе­ма вентиляции с водородным охлаждением оказывается не­достаточной. В этом случае применяют непосредственное охлаждение обмоток. Обмотки у таких машин изготовляют из полых проводников, внутри которых циркулирует охлаждающая среда (рис. 13). В качестве охлаждающей сре­ды используются газы (воздух, водород) или жидкости (во­да, трансформаторное масло). При непосредственном охлаждении обмоток перепады температуры в изоляции исключаются, что позволяет значительно увеличить плотность тока в проводниках. Применяется также непосредственное охлаждение сердечников - с помощью трубок, заделанных в ярмо статора (рис. 14).

СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН

Большинство синхронных машин имеет электромагнит­ное возбуждение. Источниками постоянного тока для обмо­ток возбуждения являются специальные системы возбуж­дения, к которым предъявляется ряд важных требований:

1)   надежное и устойчивое регулирование тока возбуж­дения в любых режимах работы машины;

2)  достаточное быстродействие, для чего применяется форсировка возбуждения, т. е. быстрое увеличение напря­жения возбуждения до предельного значения, называемого потолочным. Форсировка возбуждения применяется для поддержания устойчивой работы машины во время аварий и в процессе ликвидации их последствий. Потолочное напряжение возбуждения выбирают не менее 1,8-2 номи­нального напряжения возбуждения. Скорость нарастания напряжения при форсировке возбуждения должна быть не менее 1,5-2 номинальных напряжений на контактных кольцах ротора в секунду;

3)   быстрое гашение магнитного поля, т. е. уменьшение тока возбуждения машины до нуля без значительного по­вышения напряжения на ее обхмотках. Необходимость в гашении поля возникает при отключении генератора или по­вреждении в нем.

Для возбуждения синхронных машин применяется не­сколько систем. Простейшей из них является электрома­шинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока (рис. 15). В этой системе в качестве источника ис­пользуют специальный генератор постоянного тока GE, на­зываемый возбудителем; он приводится во вращение от ва­ла синхронного генератора, а его мощность составляет 1- 3 % мощности синхронного генератора. Ток возбуждения синхронной машины Iв относительно велик и составляет не­сколько сотен и даже тысяч ампер. Поэтому его регулиру­ют с помощью реостатов, установленных в цепи возбуждения возбудителя. Возбуждение возбудителя осуществляют по схеме самовозбуждения (рис. 15) или независимого возбуждения от специального генератора постоянного тока GEA, называемого подвозбудителем (рис. 16). Подвозбудитель работает с самовозбуждением, и сопротивление резистора Rш2 при работе генератора не изменяется.

 

Для гашения магнитного поля применяют автомат га­шения поля (АГП), который состоит из контакторов К1 и К2 и гасительного резистора Rp. Гашение поля проводит­ся в следующем порядке. При включенном контакторе К1 включается контактор К2, замыкающий обмотку возбуж­дения на гасительный резистор, имеющий сопротивления rp≈5 rв, где rв - сопротивление обмотки возбуждения. За­тем происходит размыкание контактора К1 и ток в цепи об­мотки возбуждения генератора уменьшается  (рис. 17).

Ток возбуждения можно было бы снизить до нуля от­ключением только одного контактора К1 без включения га­сительного резистора. Ток возбуждения в этом случае исчез бы практически мгновенно. Но мгновенный разрыв цепи возбуждения недопустим, так как из-за большой ин­дуктивности обмотки возбуждения Lв в ней индуктирова­лась бы большая ЭДС самоиндукции е= - Lв diв/dt, превы­шающая в несколько раз номинальное напряжение, в результате чего возможен пробой изоляции этой обмотки. Кроме того, в контакторе К1 при его отключении выделя­лась бы значительная энергия, запасенная в магнитном по­ле обмотки возбуждения, что могло бы вызвать разрушение контактора.

 

Форсировка возбуждения при использовании схем на рис. 15 и 16 осуществляется шунтированием резисто­ра Rш1 включенного в цепь возбуждения возбудителя.

В последнее время вместо электромашинных систем по­лучают все большее применение вентильные системы воз­буждения с диодами и тиристорами. Эти системы возбуж­дения могут быть построены на большие мощности и явля­ются более надежными, чем электромашинные.

Различают три разновидности вентильных систем воз­буждения: систему с самовозбуждением, независимую си­стему возбуждения и бесщеточную систему возбуждения.

В вентильной системе с самовозбуждением (рис. 18) для возбуждения синхронной машины используется энер­гия, отбираемая от обмотки якоря основного генератора G, которая затем преобразуется статическим  преобразователем ПУ в энергию постоянного тока. Эта энергия поступает в обмотку возбуждения. Начальное возбуждение генерато­ра происходит за счет остаточного намагничивания его по­люсов.

 

В вентильной  независимой  системе  возбуждения (рис. 19) энергия для возбуждения получается от специально го возбудителя GN, выполненного в виде трехфазного синхронного генератора. Ротор его укреплен на валу главного генератора. Переменное напряжение возбудителя выпрям­ляется и подводится к обмотке возбуждения.

Разновидностью вентильной независимой системы воз­буждения является бесщеточная система возбуждения. В этом случае на валу основной синхронной машины раз­мещается якорь возбудителя переменного тока с трехфаз­ной обмоткой. Переменное напряжение этой обмотки с по­мощью выпрямительного моста, закрепленного на валу машины, преобразуется в постоянное напряжение и непо­средственно (без колец) подается на обмотку возбуждения основного генератора. Обмотка возбуждения возбудителя располагается на статоре и получает питание от независи­мого источника.

 

НОМИНАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ СИНХРОННЫХ МАШИН

К числу номинальных данных синхронных машин, кото­рые указываются на табличке, укрепленной на корпусе ма­шины, относятся:

1)      номинальная мощность (для генераторов и компенса­торов-полная мощность, кВ∙А, для двигателей - мощ­ность на валу, кВт);

2)      коэффициент мощности  (при перевозбуждении);

3)      схема соединений обмоток;

4)      линейное напряжение, В;

5)      частота вращения, об/мин (для гидрогенераторов указывается и угонная частота вращения);

6)      частота тока якоря, Гц;

7)      линейный ток якоря, А;

8)      напряжение и ток обмотки возбуждения.

На табличке указываются также завод - изготовитель машины и год выпуска.

ХОЛОСТОЙ ХОД СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Под холостым ходом автономного синхронного генера­тора понимается такой режим его работы, при котором ро­тор вращается приводным двигателем, а обмотка якоря разомкнута. В этом случае магнитное поле машины созда­ется только током возбуждения. Это поле можно разло­жить на две составляющие: основное поле, магнитные ли­нии которого проходят через воздушный зазор и сцепляют­ся с обмоткой якоря, и поле рассеяния полюсов, магнитные линии которого сцепляются только с обмоткой возбуж­дения.

Магнитный поток основного поля при вращении полю­сов индуктирует в обмотке якоря ЭДС. К этой ЭДС и к на­пряжению на выводах генератора предъявляется требова­ние, чтобы их форма приближалась к синусоидальной. Это требование обусловлено тем, что при синусоидальных ЭДС и напряжении ток в якоре при линейном характере подключенной цепи также синусоидален. Вследствие этого сум­марные потери в генераторе и у потребителей минималь­ны, так как отсутствуют добавочные потери от высших гармонических. Критерием для оценки кривой ЭДС служит коэффициент искажения синусоидальности этой кривой, под которым понимается выраженное в процентах отноше­ние корня квадратного из суммы квадратов амплитудных (или действующих) значений высших гармонических со­ставляющих данной кривой к амплитудному (или дейст­вующему) значению основной гармонической этой кривой:

 

где ν - порядок гармонической составляющей.

Коэффициент искажения кривой линейных ЭДС в трех­фазных генераторах переменного тока 50 Гц не должен превышать 5 % для генераторов мощностью выше 100 кВ∙А и 10 % для генераторов мощностью до 100 кВ∙А.

Для получения кривой ЭДС, близкой к синусоиде, прежде всего необходимо, чтобы кривая магнитного поля возбуждения машины была по возможности синусоидаль­ной. В явнополюсной машине для этого зазор между полю­сом   и   статором  делают  неравномерным   (рис.   20, а): обычно у краев полюса зазор берут в 1,5-2 раза больше, чем у середины. Распределение магнитной индукции в зазоре между полюсом и якорем при такой конфигурации его нако­нечника показано на рис. 20, б. Там же штриховой ли­нией для сравнения показана кривая магнитной индукции при равномерном зазоре. В неявнополюсной машине улучше­ние формы магнитного поля возбуждения достигается вы­бором соотношения между частями полюсного деления, имеющими и не имеющими об­мотку (рис. 21). Пренебре­гая влиянием пазов, создаю­щих  некоторую ступенчатость в кривой МДС и магнитной индукции, можно принять, что МДС обмотки возбуждения, а также кривая магнитного поля распределены по окружности цилиндрического ро­тора с неявными полюсами по трапецеидальному закону. Амплитудные значения основных гармоник МДС и индук­ции поля соответственно равны

 

 

 

(3)

 

где Fв,max и Bδ,max - максимальные значения МДС обмот­ки возбуждения на один полюс и индукции в зазоре; wв, Iв - число витков обмотки возбуждения на полюс и ток возбуждения; α - длина дуги, соответствующая половине той части полюсного деления, на которой располагается об­мотка возбуждения.

В целях улучшения кривой магнитного поля возбужде­ния часть полюса, на которой не укладывается обмотка, выбирают равной τ/3 (α=π/3).  В  этом случае  в  кривой магнитной индукции будут отсутствовать все гармоники с номером, кратным 3, а остальные высшие гармоники бу­дут ослаблены.

Кроме того, для улучшения формы кривой индуктиро­ванной ЭДС применяют распределение обмотки якоря по пазам и укорочение ее шага. В мощных много­полюсных машинах улучшению кривой ЭДС способствует применение обмоток с дробным q.

Важной характеристикой синхронной машины является характеристика холостого хода. Она представляет собой зависимость ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря, от тока возбуждения при неизменной частоте вращения ротора. Эта характеристика позволяет
оценить насыщение магнит­ной цепи машины и с ее помощью построить векторные диаграммы и другие характеристики машины.

На рис. 22 показана схема для снятия характерис­тики холостого хода опытным путем. С  помощью резистора Rв ток возбуждения изменяют от максимального значения до нуля, записывая при этом показания амперметра и вольтметра.

Опытная характеристика холостого хода по­казана на рис. 23 штриховой линией. 

При токе возбуждения Iв =0 ЭДС от остаточного магнетизма Eост = (2÷3) %U1ном. При расчетах обычно используют характеристику холостого хода, которую получают, смещая опытную характеристику вправо на расстояние АО (сплошная линия).

На основании сравнения характеристик холостого хода современных синхронных гене­раторов было установлено, что эти характеристики мало от­личаются друг от друга, если построение их производить в относительных единицах. При переводе ЭДС в относи­тельные единицы ее текущее значение в вольтах делят на номинальное напряжение яко­ря в вольтах (E*=E/ U1ном). Относительное значение тока возбуждения находят как отношение текущего значения тока возбуждения в амперах к току, принятому за базовый, в амперах (Iв* = Iв / Iв,б). За базовый ток возбуждения Iв,б принимается ток, соответст­вующий по характеристике холостого хода  E= U1ном. По­лученные таким образом характеристики называются нормальными характеристиками холостого хода. Эти характерстики для явнополюсных и неявнополюсных генераторов даны в таблице.

 

 

Iв*

 

 

 

0

 

0,5

 

1

 

 

1,5

 

2

 

2,5

 

3

 

3,5

 

E*г,г

 

 

 

0

 

0,53

 

1

 

1,23

 

1,3

 

-

 

-

 

-

 

E*т,г

 

 

 

0

 

0,58

 

1

 

1,21

 

1,33

 

1,4

 

1,45

 

1,51

 

Примечание. E*г,г - ЭДС гидрогенератора; E*г,г - ЭДС турбогенератора.

 

 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



Related items

 
Регулируемые электроприводы на основе вентильных двигателей Обмотки машин переменного тока