Синхронные машины

Преимущества и недостатки синхронной машины. Своеобразие синхронных машин определяет их преимуще­ства и недостатки в сравнении с машинами других классов. Преимуще­ства синхронных машин следующие:

- высокие КПД и коэффициент мощности;

- абсолютно жесткая механическая характеристика двигателя;

- независимость частоты ЭДС генератора от нагрузки машины.

Однако синхронные машины имеют и недостатки, кото­рые в ряде случаев ограничивают их использование: сложная конструкция; необходимость использования двух источников напряжения (пере­менного трехфазного и постоянного) для двигателя; затруднения с пуском двигателя.

Устройство и принцип работы синхронной машины

Как и все электрические машины, синхронная машина обратима и может широко использоваться в промышленности как генератор и двигатель преимущественно большой мощности. Синхронные машины относятся к классу машин трехфазного переменного тока. Частота вращения ротора синхронной машины равна частоте вращающегося магнитного поля, т. е. .

Синхронная машина состоит из статора и ротора (рис. 3.8). Конструкция статора принципиально не отличается от конструкции статора асинхронного двигателя, т. е. в шихтованном сердечнике расположена трехфазная обмотка статора. Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит, обмотка которого питается от источника постоянного тока. Ротор синхронной машины бывает двух типов: явнополюсный; неявнополюсный.

Рис. 3.8 Рис. 3.9

Явнополюсный ротор (рис. 3.8) используется большей частью в тихоходных синхронных машинах. Обмотка ротора присоединяется к контактным кольцам и с помощью щеток на нее подается постоянное напряжение. В машинах с большой скоростью вращения (турбогенераторах, газогенераторах) применяется неявнополюсный ротор. На рис. 3.9 приведена схема неявнополюсного ротора с одной парой полюсов. В многополюсных роторах полюсы чередуются по кругу. Обмотка ротора возбуждает постоянный магнитный поток и называется обмоткой возбуждения.

В генераторном режиме обмотка возбуждения включается на постоянное напряжение. Магнитное поле ротора вращается вместе с ротором и пересекает трехфазную обмотку статора. В фазах индуцируется ЭДС

где — число витков; — обмоточный коэффициент.

Частота индуцированной ЭДС .

В режиме двигателя, кроме постоянного напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, подается также трехфазное синусоидальное напряжение на обмотку статора. Обмотка возбуждает вращающееся магнитное поле, которое захватывает в синхронном вращении поле ротора и сам ротор. Иначе говоря, ротор вращается с частотой вращения магнитного поля .

Синхронные генераторы. Холостой ход синхронного генератора

Холостой ход (или нерабочий режим) осуществляется при отключенной нагрузке. Ток статора в этом случае равен нулю. Ток возбуждения регулируется внешним источником в широких пределах. Характеристика нерабочего (холостого) хода (рис. 3.10) представляет собой магнитную характеристику системы и напоминает кривую намагничивания.

Форма ЭДС статорной обмотки зависит от формы магнитного потока в цепи статора. Специальной формой полюсных наконечников можно получить синусоидальную ЭДС статорной обмотки.

Рис. 3.10