Что является характерным признаком синхронных машин

Основные понятия. Характерным признаком синхронных машин является жесткая связь между частотой вращения ротора и частотой переменного тока в обмотке статора :

Характерным признаком синхронных машин является жесткая связь между частотой вращения ротора и частотой переменного тока в обмотке статора :

Другими словами, вращающееся магнитное поле статора и ротор синхронной машины вращаются синхронно, т. е. с одинаковой частотой.

По своей конструкции синхронные машины разделяются на явнополюсные и неявнополюсные. В явнополюсных синхронных машинах ротор имеет явно выраженные полюса, на которых располагают катушки обмотки возбуждения, питаемые постоянным током. Характерным признаком таких машин является различие магнитного сопротивления по продольной оси (по оси полюсов) и по поперечной оси (по оси, проходящей в межполюсном пространстве). Магнитное сопротивление потоку статора по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора по поперечной оси qq. В неявнополюсных синхронных машинах магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям одинаковы, поскольку воздушный зазор у этих машин по периметру статора одинаков.

Конструкция статора синхронной машины в принципе не отличается от статора асинхронной машины. В обмотке статора в процессе работы машины индуцируются ЭДС и протекают токи, которые создают магнитодвижущую силу (МДС), максимальное значение которой

Эта МДС создает вращающееся магнитное поле, а в воздушном зазоре машины создается магнитная индукция, график распределения которой в пределах каждого полюсного деления зависит от конструкции ротора (рис. 13).

Для явнополюсной синхронной машины справедливо уравнение напряжений:

где – основная ЭДС синхронной машины, пропорциональная основному магнитному потоку синхронной машины ; – ЭДС реакции якоря синхронной машины по продольной оси, пропорциональная МДС реакции якоря по продольной оси ; – ЭДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональная МДС реакции якоря по поперечной оси ; – ЭДС рассеяния, обусловленная наличием магнитного потока рассеяния величина этой ЭДС пропорциональна индуктивному сопротивлению рассеяния обмотки статора

– активное падение напряжения в фазной обмотке статора, обычно этой величиной при решении задач пренебрегают ввиду ее небольшого значения.

Рис. 13. Графики распределения магнитной индукции по поперечной оси

неявнополюсной (а)и явнополюсной (6)синхронных машин:

1 — график МДС; 2— график магнитной индукции

Для неявнополюсной синхронной машины уравнение напряжений имеет вид

где – ЭДС реакции якоря неявнополюсной синхронной машины.

Рассмотренным уравнениям напряжений соответствуют векторные диаграммы напряжений. Эти диаграммы приходится строить для определения либо основной ЭДС машины , либо напряжения обмотки статора . Следует иметь в виду, что уравнения напряжений и соответствующие им векторные диаграммы не учитывают магнитного насыщения магнитопровода синхронной машины, которое, как известно, влияет на величину индуктивных сопротивлений, вызывая их уменьшение. Учет этого насыщения представляет сложную задачу, поэтому при расчетах ЭДС и напряжений синх ронных машин обычно пользуются практической диаграммой ЭДС, которая учитывает состояние насыщения магнитной системы, вызванное действием реакции якоря при нагрузке синхронной машины. При построении практической диаграммы ЭДС намагничивающую силу реакции якоря не разлагают на продольную и поперечную составляющие, поэтому эта диаграмма может быть применена как при расчетах явнополюсных, так и неявнополюсных машин.

При решении задач, связанных либо с синхронными генераторами, включенными параллельно с сетью, либо с синхронными двигателями, пользуются угловыми характеристиками синхронных машин, представляющими собой зависимость электромагнитного момента М от угла нагрузки : М = f(). При этом следует помнить, что в явнополюсных синхронных машинах действуют два момента: основной и реактивный , а в неявнополюсных машинах — только основной момент:

Угол нагрузки соответствует номинальному моменту . Максимальный момент синхронной машины определяет перегрузочную способность синхронной машины, что имеет важное значение как для синхронных генераторов, работающих параллельно с сетью, так и для синхронных двигателей. В неявнополюсных синхронных машинах максимальный момент соответствует углу нагрузки = 90°, в явнополюсных машинах < 90° и обычно составляет 60 – 80° в зависимости от соотношения основного и реактивного электромагнитных моментов этой машины.

Для расчета критического угла нагрузки, определяющего перегрузочную способность явнополюсных синхронных машин, можно воспользоваться выражением:

При расчетах параметров синхронных машин применяют U-образные характеристики, представляющие собой зависимость тока статора от тока в обмотке возбуждения при постоянной нагрузке . При этом изменение тока в цепи статора происходит лишь за счет его реактивной составляющей . Поэтому регулировка величины тока возбуждения сопровождается одновременным изменением не только тока статора, но и коэффициента мощности . Активная составляющая тока статора при этом остается неизменной. Создавая режим перевозбуждения > , вызывают опережение по фазе тока сети относительно напряжения ,что способствует повышению коэффициента мощности в сети.

Энергетические характеристики в синхронной машине зависят от режима ее работы. Если машина работает в режиме генератора, то подводимая к генератору механическая мощность определяется вращающим моментом приводного двигателя и частотой вращения

Часть этой мощности расходуется на покрытие механических , магнитных и добавочных потерь. Если возбуждение генератора происходит от возбудителя, приводимого во вращение от общего приводного двигателя, то к перечисленным потерям добавляются еще и потери на возбуждение

где и – напряжение и ток в цепи возбуждения; –КПД возбудителя.

Оставшаяся после вычитания перечисленных потерь мощность, представляет собой электромагнитную мощность генератора , которая передается на статор генератора электромагнитным путем. Полезная мощность на выходе генератора меньше электромагнитной мощности на величину электрических потерь в обмотке статора

Суммарные потери синхронного генератора

Полезная мощность генератора

где – полная мощность на выходе генератора, В×A; – коэффициент мощности в цепи нагрузки генератора.

Если синхронная машина работает в режиме двигателя, то виды потерь остаются прежними, но электрическая мощность на входе двигателя

а мощность на выходе двигателя является механической

Коэффициент полезного действия синхронной машины

Задачи

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Студопедия рекомендует:

Педагогическая система К.Д. Ушинского Константин Дмитриевич Ушинский — Педагог-демократ, основоположник научной педагогики в России.
Расчет количества отходов, образующихся при обработке овощей Рассчитайте количество отходов, полученных при обработке 80 кг картофеля в сентябре месяце.
Подготовка больного и сбор мочи по Нечипоренко Исследование мочи по методу Нечипоренко применяется для количественного определения форменных элементов в моче: лейкоцитов.
Коммуникативные барьеры Когда на пути передачи информации вдруг появляются какие–то затруднения.
Понятие, предмет, метод и система семейного права Семейное право – это отрасль права, регулирующая личные неимущественные и имущественные отношения между членами семьи.

Устройство и принцип действия синхронной машины

Синхронные машины вне зависимости от режима работы состоят из двух основных частей: неподвижного статора, выполняющего функции якоря и ротора, вращающегося внутри статора и служащего индуктором (рис. 4.1).

Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит из корпуса /, цилиндрического сердечника 2, набранного из отдельных пластин электротехнической стали, и трехфазной обмотки 3, уложенной в пазы сердечника.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения 4, которая через специальные контактные кольца 5 питается постоянным током от выпрямителя или от небольшого генератора постоянного тока, называемого возбудителем.

В отечественной энергетике также используются синхронные машины с «бесщеточным» возбуждением. Обмотка ротора таких машин питается от выпрямителя, вращающегося вместе с ротором. Выпрямитель в свою очередь получает питание от возбудителя, имеющего вращающуюся вместе с ротором трехфазную обмотку, возбуждаемую неподвижными постоянными магнитами.

Роторы синхронных машин бывают двух типов: с явно выраженными и неявно выраженными полюсами.

Роторы с явно выраженными полюсами (рис. 4.1) применяются в сравнительно тихоходных машинах (80 – 1000 об/мин), например гидрогенераторах; они имеют значительноечисло полюсов. Конструктивно роторы этого типа (рис. 4.2) состоят из вала 6, ступицы 7, полюсов 8, укрепляемых в шлицах ступицы, полюсных катушек 4 возбуждения, размещенных на полюсах.

Поверхность полюсного наконечника полюсов имеет такой профиль, что магнитная индукция в воздушном зазоре машины распределяется примерно по синусоидальному закону. Для быстроходных машин (турбогенераторы, синхронные двигатели, турбокомпрессоры и т. п.) явнополюсная конструкция ротора неприменима из-за сравнительно большого диаметра ротора и возникающих в связи с этим недопустимо больших центробежных сил.

Большей механической прочностью обладает ротор с неявно выраженными полюсами. Он состоит (рис. 4.3) из сердечника 1 и обмотки возбуждения 2. Сердечник изготовляется из стальной поковки цилиндрической формы. На его внешней поверхности фрезеруются пазы, в которые закладывается обмотка возбуждения.

Обмотка возбуждения распределяется в пазах сердечника так, чтобы создаваемое ею магнитное поле было распределено в пространстве по закону, близкому к синусоидальному.

Принцип работы и ЭДС синхронного генератора.

Работа синхронного генератора основана на явлении электромагнитной индукции. При холостом ходе обмотка якоря (статора) разомкнута, и магнитное поле машины образуется только обмоткой возбуждения ротора (рис. 4.4).

При вращении ротора синхронного генератора от проводного двигателя ПД с постоянной частотой n_о магнитное поле ротора, пересекая проводники фазных обмоток статора AX, BY, CZ (рис.4.4,а) наводит в них ЭДС , где B – магнитная индукция в воздушном зазоре между статором и ротором; l – активная длина проводника; – линейная скорость пересечения проводников магнитным полем.

Выше отмечалось, что индукция В в воздушном зазоре распределена по синусоидальному закону , где — угол, отсчитываемый от нейтральной линии, поэтому ЭДС в одном проводнике .

Обозначив , получим , т.е. ЭДС в проводниках обмоток статора изменяется по синусоидальному закону.

ЭДС отдельных проводников каждой обмотки статора сдвинуты по фазе относительно друг друга, поэтому они суммируются геометрически (аналогично ЭДС статора асинхронного двигателя – см. п. 3.8.1). Действующее значение ЭДС одной фазы определяется выражением:

где – обмоточный коэффициент; – частота синусоидальных ЭДС; — число витков одной фазы обмотки статора; — число пар полюсов; – максимальный магнитный поток полюса ротора; – синхронная частота вращения.

Катушки отдельных фаз статора сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 120 0 , и их ЭДС образуют симметричную трёхфазную систему.

Изменяя ток возбуждения , можно регулировать магнитный поток ротора и пропорциональную ему ЭДС генератора. На рис. 4.5 представлена зависимость , снятая при номинальной частоте вращения .

Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Форма характеристики напоминает форму кривой намагничивания ферромагнитного сердечника. Характерной особенностью её является отсутствие пропорциональности между магнитным потоком и током возбуждения , что обусловлено явлением насыщения магнитной системы машины.

Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя.

Предположим, что ротор каким-либо способом разогнан до синхронной частоты вращения против часовой стрелки. Тогда полюсы ротора и будут вращаться с частотой ; произойдет «сцепление» этих полюсов с разноименными полюсами статора и (см. штрихованные линии на рис. 4.6).

В режиме идеального холостого хода (момент сопротивления ) оси магнитных полей статора и ротора совпадают (рис. 4.6.а). При этом на полюсы ротора действуют радиальные силы и , которые не создают ни вращающего момента, ни момента сопротивления.

Машина работает в двигательном режиме, её вращающий момент преодолевает момент сопротивления механической нагрузки.

При увеличении момента механической нагрузки на валу ротора угол увеличивается (до некоторого предела), что приводит к увеличению вращающегося момента двигателя , причем частота вращения ротора остается неизменной и равной .

Противодействующий момент и противо-ЭДС.

При работе синхронной машины в режиме нагруженного генератора (на схеме рис. 4.4,б нагрузка Zн подключена к обмоткам статора через выключатель Q) по обмоткам статора протекает ток, который создает своё вращающееся магнитное поле. В генераторном режиме, в отличие от двигательного режима, полюсы ротора опережают на угол полюсы магнитного поля статора.

В результате взаимодействия разноименных полюсов статора и ротора на ротор действует момент, направленный против вращения, т.е. тормозной момент . В установившемся режиме момент уравновешивает вращающийся момент приводного двигателя: .

Таким образом, при работе синхронной машины на нагрузку (электрическую или механическую) в обмотке статора индуцируется ЭДС Е и возникает момент ротора .

Реакция якоря в синхронной машине.

Реакция якоря – это воздействие поля якоря (статора) на магнитное поле машины. При работе синхронной машины на нагрузку (электрическую в режиме генератора и механическую в режиме двигателя) по обмоткам статора (якоря) протекают синусоидальные токи, которые создают вращающееся магнитное поле статора. Ротор имеет частоту вращения , поэтому частота ЭДС и тока статора , где — число пар полюсов машины.

Частота вращения магнитного поля статора .

Следовательно, поля ротора и статора вращаются с одной и той же частотой ; они взаимодействуют между собой и образуют результирующее вращающееся магнитное поле машины. Взаимодействие полей зависит от характера нагрузки и режима работы машины.

При активной нагрузке с сопротивлением R ЭДС фазы обмотки статора и её ток совпадают по фазе и достигают максимума в тот момент, когда ось mm₁ магнитного потока ротора Ф₀ перпендикулярна оси nn₁ катушки обмотки статора (например, АX на рис. 4.7,а).

Магнитный поток статора Ф_я замыкается по сердечникам статора и ротора через воздушный зазор. Таким образом, в случае активной нагрузки ось потока ротора Ф₀ опережает ось потока статора Ф_я на электрический угол, равный 90 0 (поперечная реакция якоря).

При этом результирующий магнитный поток машины (ось qq₁) поворачивается относительно потока ротора Ф₀ на угол в направлении, противоположном направлению вращению ротора.

При чисто индуктивной нагрузке X_L ток в обмотке статора отстаёт от ЭДС на 90 0 и поэтому достигает максимума в тот момент времени, когда полюс ротора повернётся на 90 0 по направлению вращения (рис. 4.7,б). В этом случае магнитный поток статора оказывается направленным навстречу магнитному потоку ротора и размагничивает машину ( ).

При емкостной нагрузке X_C ток в фазе статора опережает ЭДС на 90 0 и поэтому достигает максимума в тот момент, когда полюс ротора не доходит на 90 0 до оси mm₁ (рис. 4.7,в). Магнитный поток статора в этом случае оказывается направленным согласно с магнитным потоком ротора и намагничивает машину ( ).

При работе синхронной машины в режиме двигателя ток в статоре при том же направлении вращения имеет противоположное направление. Ось результирующего потока двигателя оказывается повернута относительно потока ротора на угол , но не против направления вращения, как у генератора, а по направлению вращения.

Таким образом, реакция якоря в синхронной машине изменяет как поток машины, так и его направление (в отличие от асинхронной машины, у которой ). Изменение Ф_рез приводит к изменению ЭДС, что неблагоприятно сказывается на работе потребителей электроэнергии при работе машины в режиме генератора.

Уменьшение неблагоприятного влияния реакции якоря достигается уменьшением магнитного потока статора за счёт увеличения воздушного зазора между ротором и статором синхронной машины.

Глава 4. Синхронные машины

Генераторы переменного тока, работающие на электрических станциях, в большинстве случаев являются синхронными машинами. Эти машины применяются также в качестве двигателей. Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы и двигатели.

Синхронная машина в обычном исполнении состоит из неподвижной части — статора, в пазах которого помещается трехфазная обмотка, и вращающейся части — ротора с электромагнитами, к обмотке которых подводится постоянный ток при помощи контактных колец и наложенных на них щеток (рис. 4-1).

Рис. 4-1. Явнополюсная синхронная машина (2p= 8).

Статор синхронной машины ничем не отличается от статора асинхронной машины. Ротор её выполняется или явнополюсным (с выступающими полюсами, рис. 4-1), или неявнополюсным (цилиндрический ротор,рис. 4-2).

Рис. 4-2. Неявнополюсная синхронная машина (2p= 2).

В зависимости от рода первичного двигателя, которым приводится во вращение синхронный генератор, применяются названия: паротурбинный генератор или сокращенно турбогенератор (первичный двигатель — паровая турбина), гидротурбинный генератор или сокращенно гидрогенератор (первичный двигатель — гидравлическая турбина) и дизель-генератор (первичный двигатель — дизель).

Турбогенераторы — быстроходные неявнополюсные машины (рис. 4-2), выполняемые в настоящее время, как правило, с двумя полюсами. Турбогенератор вместе с паровой турбиной, с которой он механически соединяется называется турбоагрегатом (рис. 4-3).

Рис. 4-3. Общий вид турбоагрегата. 1-турбогенератор;2—паровая турбина.3— возбудитель.

Гидрогенераторы — в обычных случаях тихоходные явнополюсные машины (рис. 4-1), выполняемые с большим числом полюсов и с вертикальным валом (рис. 4-4).

Рис. 4-4. Общий вид гидроагрегата.

Дизель-генераторы представляют собой в большинстве случаев машины с горизонтальным валом.

Синхронные машины небольшой мощности иногда выполняются с неподвижными электромагнитами, помещенными на статоре, и обмоткой переменного тока, заложенной в пазы ротора, изготовленного из листовой электротехнической стали; в этом случае обмотка переменного тока соединяется с внешней цепью через контактные кольца и щетки (рис. 4-5).

Рис. 4-5. Синхронная машина с неподвижными электромагнитами.

Ту часть синхронной машины, в обмотке которой наводится э.д.с., принято называть якорем. Электромагниты (полюсы) вместе с замыкающим их ярмом образуют полюсную систему; ее иногда называют индуктором.

В синхронных машинах обычной конструкции статор служит якорем, ротор — полюсной системой.

Основные преимущества конструкции с вращающимися полюсами заключаются в том, что здесь возможно осуществить более надежную изоляцию обмотки неподвижного якоря, более просто, без скользящих контактов соединить ее с сетью переменного тока. Указанные преимущества особенно существенны для синхронных машин на большие мощности и высокие напряжения.

Устройство скользящих контактов для подвода постоянного тока в обмотке электромагнитов, называемой обмоткой возбуждения, не представляет затруднений, так как мощность, подводимая к этой обмотке, составляет небольшую долю [(0,3 2)%] номинальной мощности машины.

Кроме того, нужно отметить, что в современных мощных турбогенераторах, работающих с частотой вращения 3000 об/мин, окружная частота ротора достигает 180 185 м/сек; при такой частоте не представлялось бы возможным выполнить вращающийся якорь, собранный из тонких листов, механически достаточно прочным.

Ротор современного турбогенератора выполняется из цельной стальной поковки (рис. 4-6), причем берется сталь весьма высокого качества.

Рис. 4-6. Общий вид неявнополюсного ротора турбогенератора. По бокам ротора расположены вентиляторы.

Катушки обмотки возбуждения закладываются в пазы, выфрезерованные на внешней поверхности ротора, и закрепляются в пазах прочными металлическими клиньями. Лобовые части обмотки возбуждения закрываются кольцевыми бандажами, выполненными из особо прочной стали.

Ток для питания обмотки возбуждения синхронная машина получает обычно от небольшого генератора постоянного тока, помешенного на общем валу с ней или механически с ней соединенного. Такой генератор называется возбудителем. В случае

мощного турбогенератора вал возбудителя с валом турбо генератора соединяется при помощи полуэластичной муфты.

Схема соединений возбудителя с обмоткой возбуждения синхронной машины показана на рис. 4-7.

Рис. 4-7. Схема возбуждения синхронной машины.

В качестве возбудителя в большинстве случаев служит генератор постоянного тока с параллельным возбуждением (см. § 5-9,в). В последние годы для получения постоянного тока, необходимого для возбуждения синхронной машины, используются также различные выпрямители — ртутные, полупроводниковые и механические.

Частота тока, наведенного в обмотке якоря, определяется частотой вращения п, об/мин, и числом пар полюсоврротора:Гц. Таким образом, для получения стандартной частотыf= 50 Гц нужно, например, при 2р= 2 иметь частоту вращенияп= 3000 об/мин (с такой частотой работают почти все современные турбогенераторы), при 2р= 72п= = 83,3 об/мин (с такой частотой работают днепровские гидрогенераторы).

Синхронные двигатели, как правило, выполняются в виде явнополюсных машин обычно на мощности от 100 кВт и выше и на самые различные частоты вращения. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями, особенно при большой мощности и низкой частоте вращения, так как могут работать с соsφ = 1 или с опережающим током, улучшая в последнем случае соsφ = 1 всей электроустановки.

Наряду с синхронными генераторами и двигателями применяются также синхронные компенсаторы. Они представляют собой синхронные двигатели, работающие вхолостую (без нагрузки на валу) и позволяющие в широких пределах изменять потребляемый ими реактивный ток. Последнее достигается, как будет показано, путем изменения тока возбуждения синхронных компенсаторов, которые в большинстве случаев работают, потребляя опережающий реактивный ток, т. е. как конденсаторы. Они служат для компенсации сдвига фаз тока и напряжения (для улучшения соsφ) или для регулирования напряжения, например в конце линии электропередачи.

Режим работы синхронной машины, для которого она предназначена, характеризуется указанными на ее щитке номинальными величинами. На щитке синхронной машины указываются: 1) для какого режима работы машина предназначается (генератор, двигатель или компенсатор); 2) мощность (для генератора — кажущаяся мощность в В·А или кВ·А, а также — активная мощность в Вт или кВт; для двигателя — мощность на валу в Вт или кВт; для компенсатора— реактивная мощность при опережающем токе в В·А или кВ·А); 3) линейный ток в А; 4) линейное напряжение в В или кВ; 5) соsφ; 6) число фаз; 7) соединение обмотки статора (звезда или треугольник); 8) частота тока в Гц; 9) частота вращения ротора в об/мин; 10) напряжение возбуждения; 11) наибольший допустимый ток возбуждения в А (за номинальный ток возбуждения принимается ток, соответствующий номинальному режиму работы).

Следует отметить, что если для трансформатора допустимая нагрузка вполне определяется кажущейся мощностью в кВ·А, то для синхронного генератора отдаваемая им мощность в киловольт-амперах не вполне определяет его допустимую нагрузку. Необходимо указать также допустимый соsφ нагрузки генератора при отстающем токе. Последнее объясняется тем, что при работе генератора с отстающим током размагничивающее действие этого тока на основное поле будет тем больше, чем ниже соsφ, а потому, чем ниже соsφ, тем больший ток возбуждения требуется для поддержания на зажимах генератора номинального напряжения.

Мы вначале будем рассматривать работу синхронной машины в режиме генератора. При этом будем иметь в виду, что синхронная машина (как любая другая электрическая машина) обратима и что основные электромагнитные процессы в ней одинаковы независимо от того, работает ли она в режиме генератора или двигателя.

Различие между тем и другим режимами заключается в том, что в генераторе сдвиг между э.д.с. обмотки якоря и ее током меньше 90°, а в двигателе тот же сдвиг больше 90°. Вследствие этого электромагнитный момент, действующий на ротор, в генераторе направлен против вращения, а в двигателе в сторону вращения.

4-2. Холостой ход

Под холостым ходом генератора понимается такой режим его работы, при котором ток в обмотке якоря (статора) равен нулю. Следовательно, магнитное поле в синхронном генераторе при холостом ходе создается только н.с. обмотки возбуждения. Мы можем принять, что оно состоит из двух полей: основного поля, магнитные линии которого проходят через воздушный зазор и сцепляются с обмоткой статора, и поля рассеяния полюсов, магнитные линии которого сцепляются только с обмоткой возбуждения.

Основному полю соответствует поток в воздушном зазоре Ф, который при вращении полюсов будет наводить в обмотке якоря э.д.с. Важно, особенно для машин большой мощности, чтобы кривая этой э.д.с. была возможно ближе к синусоиде.

По ГОСТ 183-55 проверка синусоидальности кривой делается для линейного напряжения при холостом ходе и при рабочем соединении обмотки якоря. Критерием для оценки кривой напряжения служит коэффициент искажения синусоидальности кривой, под которым понимается выраженное в процентах отношение корня квадратного из суммы квадратов амплитуд трех наибольших. гармонических составляющих данной периодической кривой к амплитуде ее основной гармонической. При номинальном напряжении он не должен превышать 5% для генераторов мощностью свыше 1000 кВ·А и 10% для генераторов мощностью от 10 до 1000 кВ·А. В отдельных специальных случаях требования в отношении приближения кривой напряжения к синусоидальной могут быть еще более повышены согласно особым условиям, установленным между заказчиком и поставщиком машины.

Для получения кривой э.д.с., близкой к синусоиде, прежде всего необходимо, чтобы кривая поля машины была по возможности синусоидальной. В явнополюсной машине, как указывалось, этого добиваются, придавая надлежащую форму очертанию полюсного наконечника (той части полюса, которая обращена к якорю). В неявнополюсных машинах на роторе выбирается такое соотношение между частью его окружности, не имеющей пазов, и частью окружности с пазами, чтобы в кривой поля снизились амплитуды наиболее резко выраженных высших гармоник.

Кроме того, обмотка якоря выполняется с укороченным шагом, что в значительной степени способствует улучшению формы кривой наведенной э.д.с. (см. § 3-3,е). В неявнополюсных машинах (турбогенераторы) тому же самому способствует выбор большого числа пазов на полюс и фазу (q= 612).

В тихоходных явнополюсных машинах (например, гидрогенераторы с вертикальным валом) при большом числе полюсов полюсное деление τ получается недостаточным для размещения на нем большого числа пазов, а потому приходится для таких машин часто брать q< 3. В этом случае при открытых пазах на якоре и приq, равном целому числу, в кривой э.д.с. фазы могут иметь место так называемые зубцовые гармоники с относительно большими амплитудами. Они в основном возни кают из-за поперечных колебаний поля в воздушном зазоре, обусловленных зубчатостью якоря. Такие колебания поля вправо и влево относительно оси полюсов (рис. 4-8) происходят с частотой, так как при перемещении ротора на одно пазовое деление якоряt_сполучается полный период колебания.

Рис. 4-8. Картина поперечных колебаний поля в воздушном зазоре.

Соответственно этим колебаниям поля будет изменяться потокосцепление фазы, и, следовательно, в ней будет наводиться э.д.с той же частоты f_г(кроме э.д.с. от первой и высших гармоник основного поля). Поэтому кривая э.д.с. получает вид, представленный нарис. 4-9.

Рис. 4-9. Осциллограмма э.д.с. синхронной машины при наличии зубцовых гармоник

Зубцовые гармоники в кривой э.д.с. больших машин, особенно в тех случаях, когда они работают на длинные линии электропередачи, должны быть сведены по возможности до ничтожных значений. Они нежелательны потому, что могут вызвать перенапряжения резонансного характера и создать мешающие шумы в линиях связи, расположенных вблизи и вдоль линий электропередачи.

Амплитуды зубцовых гармоник не изменяются при укорочении шага, так как укорочение шага мы можем сделать только на целое число пазовых делений Поэтому приходится применять другие способы их уменьшения Достаточно эффективным способом, главным образом и применяемым в настоящее время для мощных явнополюсных машин, является выполнение обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу. В этом случае катушечные группы, составляющие фазу обмотки, состоят из различных чисел катушек; поэтому зубцовые гармоники э.д.с., наведенные в них, оказываются сдвинутыми по фазе на большой угол, близкий к 180 o , что и приводит к уменьшению их амплитуды.

Практически мы можем считать, что изменение во времени потокосцеплений обмотки статора получается близким к синусоидальному. Поэтому мы можем поток Ф и наведенную им э.д.с., так же как для трансформатора, изобразить временными векторами.

При наличии на статоре трехфазной обмотки в ее фазах будут наводиться э.д.с., сдвинутые по фазе на 120°. Значение фазной э.д.с. может быть рассчитано по такой же формуле, как и для асинхронной машины (см. § 3-3):

. (4-1)

Большое значение при исследовании синхронной машины имеет характеристика холостого хода. Она представляет собой зависимость э.д.с. E₀, наведенной в обмотке якоря при холостом ходе, от токаI_в(или от н.с.F_в) обмотки возбуждения при постоянной номинальной частоте вращения,n=const(рис. 4-10).

Рис. 4-10. Характеристика холостого хода, E₀=f(I_в) прип=const.

Так как при п=const(следовательно,f=const) э.д.с.Е₀согласно (4-1) пропорциональна Ф, то та же кривая в другом масштабе представляет собой магнитную характеристику, Ф =f(F_в).

Характеристика холостого хода может быть получена путем расчета магнитной цепи машины для различных значений потока Ф и, следовательно, э.д.с. E₀. Магнитная цепь машины состоит из пяти участков: воздушного зазора, зубцового слоя статора, его ярма, полюсов (зубцового слоя ротора для неявнополюсных машин) и ярма ротора (рис. 4-11).

Рис. 4-11. Магнитная цепь явнополюсной синхронной машины.

Зная сечения этих участков, определяем индукции Bв них. Затем по кривым намагничивания для данных сортов стали находим соответствующие напряженности поляH. УмноживНна длины участков, получим магнитные напряжения, сумма которых определяет н.с. обмотки возбуждения. Наибольшее магнитное напряжение здесь приходится на воздушный зазор: оно составляет 8692% от н.с. обмотки возбуждения приE₀=U_н.

Характеристика холостого хода может быть также получена опытным путем. Для этого нужно при номинальной частоте вращения синхронной машины, приводимой во вращение каким-нибудь первичным двигателем, изменять ток возбуждения I_вот нуля до некоторого максимума и затем от данного максимума опять до нуля. Измеренная при этом зависимость э.д.с.E₀от тока возбужденияI_визобразится двумя ветвями характеристики: восходящей и нисходящей. Вторая пойдет несколько выше первой. Однако расхождение между ними, обусловленное гистерезисом в полюсах и ярме ротора, невелико; можно за истинную характеристику холостого хода считать кривую, проведенную посередине между ее ветвями.

Синхронные машины часто включаются на параллельную работу. При такой работе не должны возникать уравнительные токи между машинами из-за различия форм кривых их э.д.с. e=f(t). Это условие наряду с другими вызвало необходимость стандартизовать кривуюe=f(t) и выбрать в качестве стандартной синусоиду. При синусоидальных э.д.с. токи также будут практически синусоидальными. В этом случае значительно улучшаются условия работы машин, аппаратов, сетей, так как уменьшаются потери, вызванные магнитными полями токов, становится меньше опасность возникновения перенапряжений резонансного характера, ослабляется вредное воздействие линий электропередачи на линии связи.

4-3. Трехфазный синхронный генератор. Симметричная нагрузка

Рассмотрим здесь работу трехфазного синхронного генератора при симметричной нагрузке, когда векторы фазных токов равны по величине и сдвинуты по фазе на 120°. При этом будем иметь в виду одиночную работу генератора, когда он работает на свою собственную сеть независимо от других синхронных машин.

4-3.1. Реакция якоря

Токи в обмотке якоря создают н.с., которая будет вращаться относительно якоря в ту же сторону и с такой же частотой, что и н.с. обмотки возбуждения. Действительно, частота вращения н.с. якоря , а частота тока якоря, гдеп_п— частота вращения

полюсов; отсюда, подставляя в первое равенство значение fиз второго равенства, найдем, чтоn_я=п_п; направление вращения н.с. якоря зависит от порядка чередования фаз его обмотки (напримерА—В—C), а этот порядок чередования определяется направлением вращения полюсов.

Таким образом, н.с. якоря и н.с. обмотки возбуждения неподвижны одна относительно другой. Поле машины при нагрузке будет создаваться совместным действием обеих н.с. Оно будет отличаться от поля при холостом ходе.

Воздействие н.с. якоря на поле машины называется реакцией якоря.

Вначале будем рассматривать реакцию якоря, имея в виду качественную сторону этого явления. Количественный учет реакции якоря, так же как и внутренних падений напряжения в обмотке якоря, производится при помощи векторных диаграмм, которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Синхронный генератор может работать с отстающим или опережающим током по отношению к э.д.с. , наведенной потоком полюсов, или с током, совпадающим по фазе с э.д.с..

Рассмотрим реакцию якоря при токе, совпадающем по фазе с э.д.с. На рис. 4-12,а₁изображены векторы тока, э.д.с.и потока полюсов.

Рис. 4-12. Реакция якоря. а— при ψ = 0;б— при ψ = ;в— при ψ = — .

Угол между и, который будем обозначать через ψ, равен нулю. Здесь под э.д.с.понимается та э.д.с., которая наводится в обмотке якоря потоком полюсов(потоком воздушного зазора) при холостом ходе. Нарис. 4-12,а₂показаны полюсы машины и ее статор с одной фазой, причем фаза здесь заменена одной катушкой. Приданном положении фазы относительно полюсов наведенная в ней э.д.с. будет максимальной, так как поток полюсов, пронизывающий катушку в рассматриваемый момент времени, проходит через нулевое значение. Ток в фазе при= 0 будет также максимальным. Ранее из рассмотрения созданной трехфазной обмоткой вращающейся н.с. было установлено, что ее ось (ее амплитуда) совпадает с осью той фазы, ток которой имеет максимальное значение (см§ 3-4,б). Следовательно, ось н.с. совпадает с осью катушки, показанной нарис. 4-12,а₂.

На этом рисунке показаны индукционные линии поля, созданного обмоткой якоря. Их направление найдено по правилу буравчика в соответствии с направлением наведенного тока, которое определено по правилу правой руки. На рис. 4-12,а₂видно, что поле якоря по отношению к оси полюсов является поперечным. Намагничивающая сила якоря будет ослаблять поле на набегающей половине полюса и усиливать его на сбегающей половине полюса.

Рассмотрим реакцию якоря при токе , отстающем на 90° от э.д.с.(рис. 4-12,б₁).

Рис. 4-12. Реакция якоря. а— при ψ = 0;б— при ψ = ;в— при ψ = — .

На рис. 4-12, б₂показано положение катушки (фазы) относительно полюсов для момента времени, когда ток катушки имеет максимальное значение. Ток катушки достигает максимального значения на четверть периода позднее, чем э.д.с., т. е. после того как полюсы сдвинутся вправо на половину полюсного деления относительно того положения, при котором э.д.с. имеет максимальное значение. В рассматриваемом случае, как видно изрис. 4-12, б₂, ось катушки совпадает с осью полюсов; следовательно, здесь н.с. и поле якоря будут продольными (действующими по оси полюсов). Намагничивающая сила якоря будет ослаблять поле, т. е. действовать размагничивающим образом.

Рассмотрим реакцию якоря при токе , опережающем э.д.с.на 90° (рис. 4-12,в₁). Здесь ток будет иметь максимальное значение на четверть периода ранее, чем э.д.с., т е. в катушке он будет максимальным тогда, как полюсы расположатся относительно катушки так, как показано нарис. 4-12,в₂. Направление тока будет, очевидно, такое же, как и направление э.д.с., спустя четверть периода. Нарис. 4-12,в₂видно, что н.с. якоря в этом случае будет также продольной (действующей по оси полюсов). Но она будет усиливать поле машины, т. е. будет действовать намагничивающим образом.

В общем случае, когда угол сдвига тока относительно э.д.с. больше нуля, но меньше по абсолютному значению 90°, ток можно разложить на две составляющие IsinиIcos(рис. 4-13,a₁ и б₁) и рассматривать отдельно действие н.с., создаваемых каждой из этих составляющих (F_dиF_qнарис. 4-13,а₂ и б₂, гдеF_a— н.с. якоря; ее ось совпадает с осью фазы, имеющей максимальный токI_м).

Рис. 4-13. Реакция якоря при 90°. а₁,а₂— при отстающем токе (>0),б₁,б₂— при опережающем токе (<0) (F_d— продольная н.с. якоря;F_q—поперечная н.с. якоря).

Таким образом, приходим к следующим выводам: в генераторе при отстающем токе реакция якоря будет размагничивающей, а при опережающем токе — намагничивающей.

Рассмотрев реакцию якоря с качественной стороны, вначале выясним, какие поля будут иметь место в машине при ее нагрузке и что собой представляют внутренние падения напряжения в обмотке якоря. После этого перейдем к рассмотрению векторных диаграмм.

При холостом ходе поле в машине создается, как уже отмечалось, только обмоткой возбуждения. Большая часть индукционных линий этого поля проходит по главной магнитной цепи машины (воздушный зазор, зубцовый слой и ярмо статора, полюсы и ярмо ротора). Эту часть поля можно по аналогии с трансформатором назвать основным полем или полем взаимной, индукции. Ему соответствует поток в воздушном зазоре или поток полюсов Ф₀. Поток полюсов и наведенную им э.д.с. мы изобразили временными векторами Ф₀иЕ₀(рис. 4-12, а₁, б₁, в₁).

Аналогию между трансформатором и синхронной машиной можно распространить и на работу машины с нагрузкой, так как в этом случае поле будет создаваться совместным действием н.с. обмоток возбуждения и якоря. Обе эти н.с. и создаваемое ими поле, неизменные во времени, но вращающиеся в пространстве, будут эквивалентны соответствующим н.с. и полю, переменным во времени, но неподвижным относительно обмотки якоря. Поэтому можно считать, что пространственный сдвиг между осями н.с., равный углу 90° + ψ (рис. 4-13), соответствует такому же сдвигу по фазе (во времени) этих н.с.

Синхронная машина, работающая с постоянным током возбуждения, аналогична трансформатору последовательного включения (трансформатору тока), работающему с постоянным первичным током.

4-3.2. Активное и индуктивное сопротивления обмотки якоря

а) Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря.

Понятие индуктивного сопротивления рассеяния как некоторого параметра обмотки якоря синхронной машины аналогично тому же самому понятию в применении к обмотке статора асинхронной машины.

Поле рассеяния якоря можно представить себе сцепленным только с обмоткой якоря и не зависящим от других полей машины. Магнитные линии этого поля проходят между стенками пазов, между коронками зубцов статора и вокруг лобовых частей его обмотки. Можно считать, что потокосцепление рассеяния определяется только магнитной проводимостью тех воздушных промежутков, по которым проходят магнитные линии поля рассеяния. Поэтому можно принять, что между током якоря Iи потокосцеплением рассеяния, а следовательно, и наведенной им э.д.с.Е_σсуществует пропорциональная зависимость:

, (4-2)

где Е_σ— э.д.с. рассеяния;

х_σ— индуктивное сопротивление рассеяния якоря, значение которого можно считать постоянным.

б) Активное сопротивление обмотки якоря.

Активное сопротивление обмотки якоря r_абольше ее сопротивленияrпостоянному току, что обусловлено вихревыми токами, которые наводятся полем рассеяния обмотки якоря. Увеличениеr_апо сравнению сrобычно составляет небольшую величину для современных больших машин, где главным образом и приходится с ним считаться. Для таких машин, например турбогенераторов, принимается ряд мер для уменьшения потерь, вызванных полем рассеяния. Наиболее эффективной мерой нужно считать выполнение обмотки статора из транспонированных стержней, т. е. из стержней, состоящих из некоторого числа элементарных проводников, особым образом скрученных друг с другом, вследствие чего э.д.с., наведенные в них пазовым полем рассеяния, практически равны между собой. Так как эти элементарные проводники изолированы друг относительно друга, то внутри стержней не возникает вихревых токов и ток распределяется практически равномерно по всем элементарным проводникам. Активное сопротивление обмотки якоря невелико, и обусловленное им активное падение напряжения составляет, например, для больших машин меньше 0,5% от номинального напряжения.

4-3.3. Диаграммы неявнополюсной машины

Векторные диаграммы для неявнополюсных машин были предложены А. Потье (A.Potier). Они аналогичны векторным диаграммам трансформатора. Для построения их при расчете машины необходимо иметь характеристику холостого хода, параметры обмотки статораr_аих_σ, а также обмоточные данные статора и ротора.

За н.с. статора можно принять ее первую гармонику, имеющую амплитуду (см. § 3-4,6)

, (4-3)

и пренебречь при этом ее высшими гармониками. Поля, созданные последними, наводят в обмотке статора э.д.с. основной частоты и должны быть отнесены к полям рассеяния.

За н.с. ротора мы также примем ее первую гармонику, амплитуда которой определяется следующим образом. На рис. 4-14изображена кривая н.с. ротора. Ее можно считать трапецеидальной, пренебрегая ступенчатостью в той ее части, которая соответствует зубцам и пазам ротора.

Рис. 4-14. Кривая н.с. обмотки возбуждения неявнополюсного ротора.

Амплитуда первой гармоники трапецеидальной кривой

, (4-4)

где I_в— ток в обмотке возбуждения;

u_p— число проводников в пазу ротора;

q_p—число пазов на полюс;

.

Высшими гармониками н.с. ротора можно пренебречь, так как при обычном

значении гармоники с номером, кратным трем, почти равны нулю, а остальные незначительны. Вместо (4-4) напишем:

, (4-5)

где w_в=и_рq_рр— число витков обмотки в возбуждения, включенных последовательно.

Таким образом, получаем две синусоидально распределенные н.с. с амплитудами и. Они изобразятся пространственными векторами, сдвинутыми наэл. рад (рис. 4-13). Мы можем заменить их временными векторами н.с.и, пульсирующих по оси рассматриваемой фазы статора и сдвинутых по фазе (во времени) на угол.

Результирующую н.с., действующую в машине и определяющую поток в воздушном зазоре, сцепляющийся с фазой статора, найдем, сложив векторы и.

При расчете обычно требуется определить н.с. обмотки возбуждения при заданных (например, номинальных) значениях: тока I, напряженияUиcosφ. Эта задача разрешается при помощи диаграммы неявнополюсной машины, называемой также диаграммой Потье.

Соответствующие построения для генератора, работающего с отстающим током, приведены на рис. 4-15.

Рис. 4-15. Построение диаграммы неявнополюсного генератора, работающего с отстающим током.

Здесь слева построены вектор и под заданным углом φ к нему вектор. Затем к векторуUприбавлены векторы падений напряжения: активногои индуктивного от расстояния. Таким путем найден вектор э.д.с., наведенной в рассматриваемой фазе статора потоком воздушного зазора. Потоксоздается результирующей н.с.; по аналогии с трансформатором его можно назвать главным потоком машины. Дляпо характеристике холостого хода определяется н.с..

На диаграмме она должна быть нанесена в виде вектора опережающего векторна. Зная суммуи одно из слагаемых этой суммы(вектордолжен быть проведен в направлении вектора), находим другое слагаемое, как. показано нарис. 4-15. На том же рисунке показано определение э.д.с.Е₀, которая наводилась бы при холостом ходе генератора, и н.с.F_в1. Следовательно, при помощи диаграммы можно определить изменение напряжения генератора, под которым понимается повышение напряжения на его зажимах при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода при неизменных возбуждении и частоты вращения. Оно обычно выражается в процентах от номинального напряжения. Процентное изменение напряжения, таким образом, равно:

. (4-6)

В такой же последовательности, как и для предыдущего случая, производится построение диаграммы неявнополюсного генератора, работающего с опережающим током (φ < 0) или с током, совпадающим по фазе с напряжением (φ = 0).

На рис. 4-16представлена диаграмма генератора, работающего с опережающим током.

Рис. 4-16. Диаграмма неявнополюсного генератора, работающего с опережающим током.

Здесь также вначале строятся заданные векторы и, затем определяется э.д.с.. Для, по характеристике холостого хода отыскивается результирующая н.с.. Далее определяется н.с. обмотки возбужденияи для нее по характеристике холостого хода — э.д.с.. Нарис. 4-16видно, что напряжение генератора при работе с опережающим током может получиться выше, чем при холостом ходе.

Если при построении векторной диаграммы вместо н.с. F_в1взять пропорциональный ей ток возбужденияI_в, то весь треугольник векторов н.с. надо разделить на, как это следует из (4-5). В этом случае вместона векторной диаграмме откладывается вектор

. (4-7)

Можно также брать, как это обычно и делается, н.с. обмотки возбуждения на полюс ; тогда вместоF_aнадо взять:

, (4-8)

(4-9)

может быть назван коэффициентом приведения н.с. обмотки якоря к н.с. обмотки возбуждения. Вместо F_δ1в этом случае будем иметь: .

Приведенные диаграммы дают результаты, достаточно точные для неявнополюсных машин, так как здесь можно принять, что кривая поля в воздушном зазоре при одной и той же амплитуде результирующей н.с. F_δ1почти не зависит от положения этой амплитуды относительно оси полюсов ротора.

Для явнополюсных машин указанное допущение не может быть принято, так как здесь поле, созданное результирующей н.с., зависит от положения оси этой н.с. относительно оси полюсов. Поэтому для учета реакции якоря в явнополюсных машинах применяется другой метод — именно метод двух реакций, который был предложен А. Блонделем (A.Blondel). Диаграммы, построенные на основе этого метода, называются также диаграммами Блонделя.

4-3.4. Диаграммы явнополюсной машины

Метод двух реакций основан на разложении н.с. якоря на две н.с. — продольную и поперечную.

Продольная н.с. якоря

ψ. (4-10)

Ось ее совпадает с осью н.с. обмотки возбуждения. При ψ > 0 н.с. F_dнаправлена против н.с.F_вобмотки возбуждения, при ψ < 0F_dдействует в ту же сторону, что иF_в(см.рис. 4-13).

Поперечная н.с. якоря

ψ. (4-11)

Ее ось совпадает с серединой междуполюсного пространства (с поперечной осью ротора).

На рис. 4-17изображены кривые н.с. якоряF_aи ее составляющихF_dиF_qдля случая, когда токIотстает от э.д.с.на угол ψ.

Рис. 4-17. Разложение н.с. якоря F_aна две составляющие — продольнуюF_dи поперечнуюF_q.

Допустим, что поле, созданное результирующей продольных н.с. F_виF_d, не зависит от поля, созданного поперечной н.с.F_q. Такое допущение справедливо только для ненасыщенной машины, имеющей максимальные индукции в стальных участках магнитной цепи, не превышающие примерно 10000 Гс.

Для реальной машины, работающей с насыщенной магнитной цепью, раздельное рассмотрение продольного и поперечного полей не может быть теоретически обосновано. Однако с некоторым приближением и для насыщенной машины можно принять, что продольное и поперечное поля существуют независимо одно от другого, так как поперечное поле обычно в большой степени ослабляется из-за наличия междуполюсных промежутков.

Обратимся к рис. 4-18и будем считать, что векторы представленной на этом рисунке диаграммы известны.

Рис. 4-18. Диаграмма явнополюсной машины.

Здесь: — э.д.с., которая наводилась бы потоком, если бы в машине действовала только одна н.с. обмотки возбуждения;—э.д.с., наведенная продольным потокомв воздушном зазоре, созданным результирующей продольных н.с. машины; разностьможно условно считать за э.д.с., наведенную продольным потоком реакции якоря;— поперечный поток реакции якоря, созданный н.с.; — э.д.с. наведенная потоком.

Результирующую э.д.с. можно рассматривать, как действительную э.д.с., наведенную в обмотке якоря результирующим потоком воздушного зазора. Напряжениенаходим обычным путем, вычитая изиндуктивное и активное падения напряжений.

Представленная на рис 4-18диаграмма и есть диаграмма явнополюсной машины, основанная на теории двух реакций. Изображенные здесь векторы потоков определяются по первым гармоникам соответствующих магнитных полей.

Для построения векторной диаграммы явнополюсной машины нужно предварительно найти н.с. F_adиF_aqобмотки возбуждения, эквивалентные по своему индуктирующему действию н.с.F_dиF_qобмотки якоря. Мы при этом считаем, что поля, созданные н.с.F_adиF_aqобмотки возбуждения, имеют такие же первые гармоники, как и поля, созданные н.с.F_dиF_qи обмотки якоря. Следовательно, при определенииE_adиE_aq, соответствующихF_adиF_aq, мы можем пользоваться характеристикой холостого хода, построенной как зависимость э.д.с.Е₀от н.с.F_в=I_в(=— число витков обмотки возбуждения на один полюс).

Введем следующие обозначения:

; (4-12)

, (4-13)

где k_dиk_q— коэффициенты приведения продольной и поперечной н.с. якоря к н.с. обмотки возбуждения.

Для определения k_dиk_qобратимся к кривым полей, созданныхF_в,F_dиF_q. Нарис 4-19,апредставлены кривые поляВ_вх=f(x), созданного н.с.F_в, и поляB_dx=f(x), созданного н.с.F_d. Нарис. 4-19,бпоказана картина поля в воздушном зазоре, позволяющая построить указанные кривые (индукционные линии поля должны быть проведены таким образом, чтобы они были нормальны к поверхностям их входа в сталь и выхода из стали и представляли собой плавные кривые имея в виду симметрию полюса относительно его оси, можно было бы нанести картину поля только для одной его половины).

Рис. 4-19. Продольные поля (к определению k_q).

Кривая поля созданного н.с. F_в, строятся следующим образом.

Сначала определяется поток индукционной трубки имеющей длину по оси машины, равную 1 см:

. (4-14)

Индукция в основании трубки

, (4-15)

где — магнитная проводимость индукционной трубки, имеющей ширину и длину основания, равные 1 см.

Кривая при другом масштабе может рассматриваться, следовательно, как кривая распределения проводимости воздушного зазора вдоль внутренней окружности статора: λ_x=f(x).

Мы будем считать, что форма кривой B_вх=f(x) не зависит от насыщения зубцов и ярма статора, что близко к действительным условиям, так как синхронные машины обычно имеют относительно большие воздушные зазоры.

Кривую поля B_dx=f(x), созданного продольной н.с. якоря, найдем по соотношению

, (4-16)

так как продольная н.с. якоря по его окружности распределена синусоидально.

Если бы нам удалось так подобрать F_dиF_в, чтобы амплитуды первых гармоник (пунктирная синусоида нарис 4 19,а) кривыхВ_вх=f(x) иB_dx=f(x) были равны, то F_dиF_вбыли бы эквивалентны по индуктирующему действию и. Практически для определенияk_dможно построить кривые полейВ_вхиB_dx приF_d=F_в. Тогда отношение амплитуд первых гармоник соответствующих кривых полей будет равноk_d.

Кривая поля В=f(х), созданного поперечной н.с. якоряF_q, показана нарис. 4-20.

Рис. 4-20. Поперечное поле (к определению k_q).

Она находится аналогичным образом по картине поля. Если взять F_q=F_в, то отношение амплитуд первых гармоник кривойВ_ax=f(x) и кривойB_вx=f(x) (рис. 4-19,а) будет равноk_q.

На рис. 4-21и4-22приведены значенияk_dиk_qв зависимости от коэффициента полюсного перекрытиядля различных отношенийпри равномерном воздушном зазоре и при=1,5 (размерыb_р, δ_мин, δ_макс,τуказаны нарис. 4-19).

Рис. 4-21. Кривые k_d=f(α) иk_q=f(α.) для различных значенийпри равномерном воздушном зазоре.

Рис. 4-22. Кривые k_d=f(α) иk_q=f(α.) для различных значенийпри.

Для машин примерно до 100 кВА часто берут равномерный зазор, для машин большей мощности обычно =1,5.

На рис. 4-20видно, что кривая поперечного поля сильно искажается. Особенно резко в ней проявляется третья гармоникаB_qx3. В кривой фазной э.д.с. мы будет также иметь третью гармонику. Она будет тем больше, чем большеF_q, т. е. будет увеличиваться при увеличении активного токаIcosψ.

В кривой междуфазного напряжения (при соединения обмотки статора в звезду) все гармоники с номером, кратны трем, пропадают, так как они при обходе контура, состоящего из двух фаз, направлены в противоположные стороны. В кривой фазного напряжения они будут иметь место. Это обстоятельство иногда приходится иметь в виду при использовании нулевой точки обмотки статора.

В линейном напряжении при соединении обмотки статора в треугольник также не будет третьих гармоник, так как для них обмотка будет замкнута накоротко. Однако в этом случае по треугольнику будет циркулировать ток, созданный третьими гармониками фазных э.д.с., поэтому обмотку статора явнополюсной машины, как правило, соединяют в звезду.

Покажем теперь, как производится построение диаграммы явнополюсной машины по расчетным данным для определения н.с. обмотки возбуждения и изменения напряжения. При построении диаграммы будет показано, как определяется угол ψ, который необходим для вычисленияF_adиF_aq. Обычно считают, что амплитуда первой гармоники поперечного поля реакции якоря пропорциональна н.с.F_aq, так как проводимость индукционных трубок этого поля определяется главным образом проводимостью воздушных промежутков. Поэтому для определенияE_aqможно воспользоваться прямолинейной частью характеристики холостого хода или в случае необходимости ее продолжением.

На рис. 4-23показано построение диаграммы явнополюсного генератора, работающего с отстающим током.

Рис. 4-23. Построение диаграммы явнополюсного генератора, работающего с отстающим током.

Сначала должны быть построены векторы тока и напряжения, значения которых, так же как и угла φ, заданы. Затем к напряжениюприбавляем падения напряженияи. Далее на продолжении вектораоткладываем отрезок, равный . Величину находим по характеристике холостого хода для н.с.(рис. 4-24).

Рис. 4-24. Характеристика холостого хода. (к построению диаграммы явнополюсного генератора).

Таким образом, для определения точки Dзначение угла ψ не является необходимым. На линии, проведенной через точки0иD, будут находиться векторы продольных э.д.с., (ср. срис. 4-18). Перпендикуляр, опущенный из точкиАна эту линию, равен, очевидно, э.д.с.. Из приведенного построения теперь можно найти угол ψ.

Зная угол ψ, найдем F_ad=k_dF_asinψ. Для определенияЕ₀иE_adнужно обратиться снова к характеристике холостого хода (рис. 4-24). Из нее по найденному значению результирующей продольных э.д.с Е₀иE_ad, т. е. по значению, находим результирующую н.с.F_δd. Искомая н.с. обмотки возбуждения

, (4-17)

так как при ψ > 0 F_adдействует противF_в. Нарис. 4-24показано также определение э.д.с.Е₀иЕ_ad.

Как указывалось, приближенно считают, что продольное и поперечное поля существуют независимо одно от другого В этом случае насыщение стальных участков по продольной оси, если пренебречь полями рассеяния якоря и полюсов, определяется потоком Ф_δd, соответствующим э.д.с.E_δd. По предложению проф. А.И. Вольдека можно в векторные диаграммы ввести потокии, созданные н.с.ипри данном насыщении магнитной цепи. Тогда можно применить принцип наложения и складывать потокиии наведенные ими э.д.си, которые на диаграммах должны заменить э.д.с.и. Нарис. 4-24показано, как определяютсяипри данном насыщении машины по продольной оси, которое соответствует э.д.с.E_δd. Таким образом, э.д.с.ина векторных диаграммах не соответствуют насыщению машины по продольной оси при данном режиме ее работы, а представляют собой некоторые условные величины.

На рис. 4-25приведено построение диаграммы явнополюсного генератора, работающего с опережающим током (в этом случаеF_в=F_δd—F_ad). Оно понятно без пояснений. Из диаграммы следует, что напряжение на зажимах генератора при его работе с опережающим током может быть выше, чем при холостом ходе.

Рис. 4-25. Построение диаграммы явнополюсного генератора, работающего с опережающим током.

Рассмотренные диаграммы явнополюсной машины являются приближенными, так как в действительности поле в воздушном зазоре, созданное результирующей н.с. машины, будет отличаться от поля, полученного в результате сложения продольного и поперечного полей. Взаимное влияние этих полей приводит к изменению насыщения магнитной цепи и к искажению кривой результирующего поля, следовательно, к изменению амплитуды ее первой гармоники.

Для определения н.с. обмотки возбуждения явнополюсного генератора, соответствующей заданной нагрузке, при практических расчетах на заводах пользуются диаграммой неявнополюсного генератора. В этом случае нужно вместо взятьk_dF_aи обратиться к характеристике холостого ходаE₀=f(F_в) (на оси абсциссF_в, а неF_в1). При этом получаются, как показывает опыт, практически приемлемые результаты приcosφ0,8.

4-3.5. Упрощенные диаграммы

Рассматриваемые здесь упрощенные диаграммы являются одними из первых диаграмм, которые начали применять при исследовании синхронных машин. В настоящее время они служат главным образом для качественного рассмотрения явлений в этих машинах. Количественный учет при их помощи получается обычно недостаточно точным. Только для машин неявнополюсных и ненасыщенных, следовательно, имеющих прямолинейную характеристику холостого хода, они могут дать точные результаты.

Если для ненасыщенной неявнополюсной машины построить векторную диаграмму по методу, изложенному в п. «г», то она будет иметь вид, представленный нарис. 4-26.

Рис. 4-26. Диаграмма ненасыщенной неявнополюсной машины.

На этом рисунке видно, что продолжение вектора попадает как раз в конец вектора. Для рассматриваемой ненасыщенной машины можно считать,

что поле реакции якоря, так же как и поле рассеяния, существует независимо от поля, создаваемого обмоткой возбуждения, и что поток реакции якоря в воздушном зазоре пропорционален н.с. якоря F_a. Следовательно, наведенная им э.д.с.E_aтакже пропорциональна н.с.F_a.

При полученных соотношениях нет необходимости раздельно рассматривать поле рассеяния и поле реакции якоря. Можно взять полное потокосцепление поля якоря с его обмоткой и рассматривать только одну наведенную им э.д.c., которая, очевидно, будет равна:

. (4-18)

, (4-19)

называется синхронным индуктивным сопротивлением. Для ненасыщенной машины оно представляет собой постоянную величину.

При этих условиях диаграмма, данная на рис. 4-26, превращается в упрощенную диаграмму, представленную нарис. 4-27.

Рис. 4-27. Упрощенная диаграмма синхронной машины.

В соответствии с диаграммой на рис 4-27можно начертить схему замещения, в виде представленной нарис. 4-28.

Рис. 4-28. Упрощенная схема замещения синхронной машины.

В дальнейшем упрощенную диаграмму будем использовать главным образом для качественного рассмотрения процессов в синхронной машине В этом случае она позволяет наглядно и просто разрешать многие вопросы.

4-3.6. Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям машины

Обратимся к диаграмме явнополюсного генератора, имеющего ненасыщенную магнитную цепь (рис. 4-29)

Рис. 4-29. Диаграмма ненасыщенного явнополюсного генератора.

Его характеристика холостого хода в этом случае представляет собой прямую линию. Для такой машины мы можем применить метод наложения, т. е. считать, что в воздушном зазоре существуют независимо один от другого поток полюсов и потоки реакции якоря — продольныйи поперечный. Тогда можно индуктирующее действие каждого из этих потоков рассматривать отдельно, как это обычно делают в отношении потокосцепления.

Поток , созданный н.с. обмотки возбуждения, наводит в обмотке якоря э.д.с.. Потокиинаводят в обмотке якоря э.д.с.и.

При принятых допущениях имеем:

,

следовательно, можем написать

, (4-20)

где х_ad— индуктивное сопротивление, обусловленное продольным потоком реакции якоря.

(4-21)

называют «продольным» током синхронной машины.

Аналогично можем написать:

, (4-22)

где х_aq—индуктивное сопротивление, обусловленное поперечным потоком реакции якоря;

(4-23)

— «поперечный» ток синхронной машины.

Имея в виду, что , можем согласнорис. 4-29и приведенным соотношениям написать:

;

.

(4-24)

называется синхронным индуктивным сопротивлением по продольной оси, а сопротивление

(4-25)

синхронным индуктивным сопротивлением по поперечной оси.

После замены в диаграмме на рис. 4-29э.д.с. соответствующими индуктивными падениями напряжения она получает вид, представленный на рис. 4-30.

Рис. 4-30. Видоизмененная диаграмма ненасыщенного явнополюсного генератора.

Полученную диаграмму условно называют видоизмененной. При ее построении предполагалось, что машина ненасыщенна; поэтому использовались так называемые ненасыщенные значения параметров x_dиx_q. В действительности при нормальных условиях работы машины стальные участки ее магнитной цепи будут насыщенными, вследствие чегоx_d иx_qбудут меньше их ненасыщенных значений.

Индуктивное сопротивление x_qприближенно считают постоянной величиной, не зависящей от насыщения.

Величину х_adможно определить по значению э.д.с.E_ad, условно учитывающему насыщение по продольной оси, или по значению э.д.с., приближенно соответствующему действительному насыщению по продольной оси (смрис 4-24). Очевидно, что индуктивное сопротивлениех_dне может считаться постоянной величиной — оно будет изменяться с насыщением машины.

Как отмечалось, в основу метода двух реакций положено допущение независимости друг от друга продольного и поперечного магнитных полей машины. Это позволяет процессы в машине рассматривать отдельно по ее продольной и поперечной осям.

Чтобы лучше уяснить физическое значение параметров x_dиx_q, представим себе следующие опыты, проведенные с синхронной машиной. Пусть ротор машины с разомкнутой обмоткой возбуждения приводится во вращение с синхронной частотой посторонним двигателем. При этом к статору подведен трехфазный ток, создающий н.с., вращающуюся с синхронной частотой в направлении вращения ротора. Допустим, что при опыте удалось установить ось вращающейся н.с. статора так, чтобы она совпадала с осью полюсов, т. е. с продольной осью машины. Тогда распределение поля, созданного н.с. статора (в данном случае продольной), получится таким, как показано нарис 4-31,а.

Рис. 4-31. Продольное поле реакции якоря и поле рассеяния (а). Схема замещения по продольной оси (б).

На рис. 4-31,авидим, что поток, сцепленный с фазой статора, состоит из потока Ф_adи потока Ф_σ. В соответствии с этим индуктивное сопротивление обмотки статора будет равноx_d=x_ad+x_σ, а наведенная в обмотке статора потоками Ф_σи Ф_adэ.д.с. равнаE_ad+E_σ.

Следовательно, измеряя при этом опыте напряжение, ток и мощность, можно было бы определить х_d, так же как при опыте холостого хода трансформатора определяетсяx₁+x₁₂. В соответствии с изложенным для продольной оси машины можно начертить схему замещения, изображенную нарис. 4-31,б.

Аналогичным образом можно было бы определить x_q. Действительно, представим себе, что при опыте удалось установить ось вращающейся н.с. статора так, что она совпадает с поперечной осью машины. Ротор при этом вращается в ту же сторону и с такой же частотой, что и н.с. Тогда получим распределение поля, схематически показанное нарис. 4-32,а.

Рис. 4-32. Поперечное поле реакции якоря и поле рассеяния (а). Схема замещения по поперечной оси (б).

В этом случае по данным измерений тока, напряжения и мощности можно было бы найти . Схему замещения для поперечной оси машины можно начертить, как показано нарис. 4-32,б.

Проведение указанных опытов связано, однако, с большими практическими затруднениями; поэтому для определения х_а, иx_qприменяются другие методы, в частности, так называемый метод скольжения, который заключается в следующем.

Ротор с разомкнутой обмоткой возбуждения приводится во вращение в сторону вращения поля статора со частотой, несколько меньшей (или большей), чем частота поля. Статор в это время получает трехфазный ток от постороннего источника. Ось полюсов будет перемещаться относительно оси н.с. статора со частотой скольжения, которое должно быть установлено по возможности небольшим. При совпадении оси н.с. статора с продольной осью машины индуктивное сопротивление обмотки статора будет наибольшим, равным x_d. При совпадении оси н.с. статора с поперечной осью машины индуктивное сопротивление обмотки статора будет наименьшим, равнымx_q. Соответственно изменению индуктивного сопротивления обмотки статора получим медленные колебания стрелок амперметра и вольтметра, показанных в схеме опыта нарис. 4-33.

Рис. 4-33. Схема опыта для определения x_dих_qпо методу скольжения

Определяя при опыте и, гдеUиI— показания вольтметра и амперметра, получим:

.

Активным сопротивлением ввиду его малости по сравнению с х_dих_qпренебрегаем. Опыт надо проводить при небольших напряжении и токе, чтобы иметь ненасыщенную машину и, следовательно, ненасыщенные значенияx_dиx_q.

Поле реакции якоря неявнополюсной машины практически не зависит от положения оси н.с. статора относительно оси полюсов, поэтому для неявнополюсных машин можно считать:

. (4-26).

Небольшое различие между х_dих_q(обычно не выше 34%) таких машин обусловлено неравномерным распределением пазов и зубцов по окружности ротора.

4-3.7. Применение системы относительных единиц в теории синхронных машин

Система относительных единиц или долевых значений в настоящее время широко применяется при всякого рода практических расчетах, связанных с исследованием синхронных машин. К ее основным преимуществам нужно отнести то, что она облегчает расчеты, так как здесь при вычислениях приходится иметь дело с величинами, близкими к единице, а также то, что результаты расчетов в системе относительных единиц для машин различных типов и различной мощности мало отличаются друг от друга и поэтому легко позволяют производить сравнение машин.

При этой системе величины, характеризующие режим работы машины, и ее параметры выражаются не в вольтах, амперах, киловольт-амперах, омах и т. д., а в долях соответствующих величин и параметров, принятых за единицу.

В качестве базисных величин, значения которых условно принимаются за единицу, обычно выбираются номинальные величины. Так, например, ток в относительных единицах равен , напряжение —, мощность —, вращающий момент —и т. д.

Для параметров машины, т. е. для ее активных и индуктивных сопротивлений, за единицу сопротивления принимается величина ; поэтому, обозначая долевые значения параметров теми же буквами, но со звездочкой, получим для активного сопротивления, для индуктивного сопротивления рассеянияи т. д.

Если помножить долевые значения параметров на 100, то получаются их процентные значения:

Долевое значение индуктивного сопротивления реакции якоря по продольной оси машины может быть выражено следующим образом:

Так как для ненасыщенной машины

и в соответствии с прямолинейной характеристикой холостого хода

где с— коэффициент пропорциональности;F_— магнитное напряжение воздушного зазора, то получим, [д.e.]:

(4-27)

Если учесть формулы для н.с. m-фазной обмотки , магнитного напряжения воздушного зазора, линейной нагрузки[А/см], полюсного деления, то соотношение (4-27) можно переписать в следующем виде:

(4-28)

Соотношением (4-28) устанавливается зависимостьот геометрических размеровии от электромагнитных нагрузокAиB_.

Для изменения обычно приходится изменять воздушный зазор, так как остальные величины для нормальных машин могут быть изменены лишь в небольших пределах.

Аналогичным образом найдем выражение для индуктивного сопротивления реакции якоря по поперечной оси:

Учитывая, что E_aq=cF_aq=ck_qF_acos, получим, [д. е.]:

(4-29)

(4-30)

Долевые значения отдельных параметров, обычные для современных синхронных машин, приведены в следующей таблице:

Синхронные машины

Бесколлекторные двухобмоточные электрические машины, в которой одна обмотка запитана от электрической сети переменного тока с неизменяемым значением частоты, а другая подключена к источнику возбуждения постоянного тока, с одинаковыми скоростями вращения ротора машины и ее магнитного поля. Главная область применения – преобразование механической энергии в электроэнергию.

Типы синхронных машин

Существует несколько разновидностей подобных машин, это:

1. Гидрогенератор – его ротор отличается наличием явновыращенных полюсов и используется при производстве электрической энергии, работает на низких оборотах.
2. Турбогенератор – отличается неявнополюсной конструкцией генератора, работает при помощи турбин различного типа, скорость отличается большим количеством оборотов вала в минуту, может достигать до 6000 об/мин.
3. Компенсатор – он вырабатывает реактивную мощность, не несет нагрузку, используется в целях повышения качества электрической энергии за счет улучшенного коэффициента мощности, служит для стабилизации напряжения.
4. Асинхронизированная машина двойного питания – в ней производится подключение роторной и статорной обмоток от источника токов с разной частотой, происходит создание несинхронного режима работы. Отличается устойчивым режимом работы, служит преобразователем фазных токов, применяется для решения узкоспециализированных задач.
5. Двухполюсный ударный генератор – работа заключается в использовании режима короткого замыкания, действует кратковременно в течение долей секунды, выполняет задачу для испытания аппаратуры высокого напряжения.
6. Синхронные двигатели – подразделяются на ряд моделей, предназначенных для выполнения различных целей, это: шаговые модели, безредукторные, индукторные, гистерезисные, а также бесконтактные двигатели.

Общий принцип действия

По соответствию основному исполнению, статор считается якорем машины и имеет многофазную обмотку, чаще всего, рассчитанную на три фазы. Он выступает в качестве индуктора, обмотка ротора (возбуждения) служит для создания потока магнитной индукции возбуждения, ее питание осуществляется при использовании контактных колец, через щеточный механизм, от источника (якоря возбудителя). Конструктивное исполнение машины, прежде всего, зависит от необходимой частоты вращения, главным образом это сказывается на конструктивных особенностях ротора, он бывает двух основных видов, это явнополюсный и неявнополюсный типы.

Конструктивные особенности явнополюсного ротора

Явнополюсной ротор

В первом случае, ротор имеет два или более явно выраженных полюса. Стержни (катушки), крепятся в пазах посредством использования клиньев из немагнитного изоляционного материала.

Стержни исполняют функцию обмоток возбуждения. Сердечник изготавливается из электротехнической стали. В полюсных наконечниках располагаются стержни обмотки, предназначенной для пуска, они выполняются из латуни, для которой характерно высокое удельное сопротивление.

Аналогичная обмотка, «беличья клетка», которая имеет в своей конструкции катушки из меди, используется для устройства генераторов, она выполняет демпфирующую роль и выступает успокоителем, потому как способствует снижению неустойчивости ротора, появляющейся во время переходного режима.

Прекращение колебаний происходит после возникновения вихревых токов, появляющихся при замыканиях в роторе с полюсами значительного веса.

Неявнополюсный ротор применяется для конструкций синхронных агрегатов большой мощности. Они отличаются высокими скоростными характеристиками. Число оборотов вала может достигать предела порядка 3000 об/мин.

Этот параметр обуславливает невозможность использования явнополюсного ротора в высокоскоростных машинах в связи с трудностью крепления полюсов и обмоток возбуждения при небольшом количестве пар полюсов.

Магнитопровод ротора изготовлен, как единое целое с валом машины и выполняется из единой поковки. Набор его производится из прочной легированной стали, в пазах осуществляется формирование обмотки из медных с серебряной присадкой проводников, это делается для повышенной термической стойкости.

Возбуждение синхронной машины

Для питания обмотки возбуждения предусмотрено наличие возбудителя, в его качестве выступает генератор постоянного тока, якорь которого сопряжен с валом машины, посредством использования механического устройства.

По способу возбуждения синхронные машины подразделяются на два типа:

1. Возбуждение независимого вида.
2. Самовозбуждение.

При независимом возбуждении схема подразумевает наличие подвозбудителя, который питает: обмотку главного возбудителя, реостат для регулировки, устройства управления, регуляторы напряжения и т. д. Кроме этого способа, возбуждение может осуществляться от генератора, выполняющего вспомогательную функцию, он приводится в работу от двигателя синхронного или асинхронного типа.

Для самовозбуждения, питание обмотки происходит через выпрямитель, работающий на полупроводниках или ионного типа.

Для турбо- и гидрогенераторов используют тиристорные устройства возбуждения. Ток возбуждения регулируется в автоматическом режиме при помощи регулятора возбуждения. Для синхронных машин малой мощности характерно использование регулировочных реостатов, они включены в цепь обмотки возбуждения.

Принцип работы

Вращающийся с определенной частотой, создаваемый ротором, поток возбуждения, пересекает витки статорной обмотки, он совершает индуцирование в фазах с переменной ЭДС, изменяемой с частотой, определяемой по формуле:

При присоединении статора к нагрузке, ток в обмотке создает магнитное поле, вращающееся со скоростью одинаковой со скоростью вращения ротора. Магнитодвижущая сила обмоток возбуждения и статорной обмотки, и результирующие вращающегося магнитного поля, создают результирующий магнитный поток.

Синхронные машины высокой мощности – конструктивные особенности

Ввиду использования значительной величины мощности, синхронная установка подвергается значительному механическому воздействию, а также электромагнитной нагрузке, вследствие чего происходит существенный нагрев различных частей машин, для чего необходимо выполнить интенсивное охлаждение машины. Чтобы сохранить определенные габаритные размеры, для получения необходимого значения мощности, выполняют машины с различными особенностями, диктующими подразделение машин на несколько типов, это: турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели.

Турбогенераторы

Конструкция машины исполнена с горизонтальной осью и работает за счет использования турбины, ротор обязательно неявнополюсного исполнения. Скорость вращения вала отличается максимально возможным числом оборотов вращения и составляет 3000 об/мин.

За счет того, что в машине всего два полюса, ее конструктивная часть отличается уменьшенными габаритами и весом. При использовании такого агрегата на АЭС, применяют машины с количеством оборотов вала 1500 об/мин, с 4 полюсами, диаметр ротора меньше длины его активной части. Система, используемая для охлаждения, применяет поверхностный и косвенный принудительный обдув, иногда применяют косвенное водородное или водяное и масляное охлаждение.

Гидрогенераторы

Функционирование гидрогенератора осуществляется при использовании гидравлической турбины, обладающей невысоким количеством оборотов вала от 50 до 500 об/мин. Ротор явнополюсного исполнения отличается наличием большого числа пар полюсов. Его диаметр для некоторых типов гидрогенераторов может доходить до 16 м., тогда как длина составляет всего 1,75 м. Его мощность достигает 640 МВ*А.

Вал может располагаться вертикально. Гидрогенератор и турбина объединены одним валом ротора, также на нем может быть установлен возбудитель, подвозбудитель и синхронный генератор, который осуществляет питание электрических двигателей, предназначенных для регулировки турбины. Главное усилие в машине приходится на опорный подшипник, он способен выдержать вес роторов всего оборудования, динамические усилия и давление воды, приложенное к турбинным лопастям. Система охлаждения в устройствах этого типа выполняется с помощью омывания капсулы, в которую заключены объединенные одним валом элементы синхронного агрегата.

Синхронный компенсатор

Машина генерирует реактивную мощность и работает в двигательном режиме холостого хода, использующего активную сетевую нагрузку. Конструкция явнополюсного исполнения обычно присутствует до восьми пар полюсов. Ротор изготовлен облегченным, так как на валу отсутствует какая-либо нагрузка. Часто используется герметизированная конструкция машины, без вывода наружу вала компенсатора, система охлаждения работает за счет использования водорода, закаченного при большом давлении, внутрь.

Дизель-генератор

Машина имеет в своей конструкции явнополюсный ротор и подразумевает горизонтальную установку вала. Особенность – использование одного опорного подшипника, в качестве второй опоры используется подшипник вала генератора. На едином с ними валу установлен возбудитель.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.