Лекція 22 Синхронні машини.

Магнітне поле с.м.

У неявнополюсной с.м. повітряний зазор рівномірний і тому просторове положення вектора МДС статора щодо осі полюсів не впливає на величину і графік розподілу магнітного поля статора.

У явнополюсной с.м. повітряний зазор нерівномірний (із-за міжполюсного простору) і магн. Опір по подовжній осі dd набагато менший, ніж по поперечній осі qq. Величина індукції і графік її розподілу в повітряному зазорі залежать від просторового положення вектора МДС обмотки статора F1. амплітуда осі гарм. магн. инд. по подовжній осі В1d1 більше, ніж по поперечній осі В1q1.

Реакція якоря – дія МДС статора на МДС обмотки збудження

роботу с.м. залежить від характеру її навантаження.

При змішаному навантаженні характер реакції залежить від величини і значення кута ?1.

Рівняння напруги з. генератора.

Для явнополюсного

,

де Е0 – основна э.д.с. від возб.,

Е1d1 +Е1q1– реакція якоря

Е?1 – від розсіяння

Е1d1 +Е1q1+ Е?1=f(I1)

- якщо нехтувати I1r1.

Для неявнополюсного

, де

Ес – синхронна э.д.с. без розділення по схемі.

Характеристики з. генератора.

Зовнішня характеристика

регулювальна характеристика.

Втрати від к.п.д. с.м.

П. Разделяются на основних і додаткових.

Основні – эл. втрати в обмотках статора, втрати на возбужд., механічні втрати.

Додаткові – пульсації втрати в полюсних наконечниках ротора, втрати при навантаженні (0,25-0,5%).

К.п.д. для генератора

, .

При ? до 100кВт (q=80%-90%) при Р>100квт (?=92%-99%)

Паралельна робота генераторів.

Умови включення: 1)э.д.с. Е0=-uс, 2) fr=fc, 3)фазировка генератора і мережі. Задоволення цим умовам – синхронізація. Є 2 способи: точна синхронізація і самосинхронізація.

Точна синхронізація виконується за допомогою синхроскопа. Його схема приведена нижче. Лампи включені по схемі “на згасання”.

При великій різниці кутових частот ?г і ?с лампи спалахують часто. Змінюючи частоту обертання первинного двигуна добиваються ?г =?с (лампи згасають на тривалий час). Потім замикають рубильник.

Самосинхронізація – незбуджений генератор приводять в обертання первинним двигуном із швидкістю тієї, що відрізняється на 2-5% від синхронної. Обмотка ротора на момент підключення статора до мережі замикають на R (щоб уникнути перенапружень). Потім підключають обмотку ротора до джерела збудження. Під дією електромагнітного моменту машина втягив. синхронізм. метод використовують до Р=500квт.

Навантаження генератора.

Після підключення до мережі ц.р. він працює в режимі к.н. (див. а). якщо збільшити вращ. момент приводного двигуна, ротор ц.р. зміститься на кут ? (зміститься і Е0). У ланцюзі статора з'явиться результуюча э.д.с. ?Е1, яка створить струм I1 (? відстає від ?Е на 90%). На роторі ц.р. виникає момент М=ммахsin? (де Ммах соотв. ?=90° эл.). цей момент по відношенню до моменту М1 приводного двигуна – гальмуючий.

М1=м0+м

При цьому генератор навантажується, а також навантажується і первинний двигун.

Коливання синхронних генераторів.

Хай паралельно підключений ц.р. не навантажений. Щоб його навантажити збільшують М1 до величини, відповідної повороту осі полюсів на кут ?. Проте відразу кут повороту буде більший, потім менше. Т.ч. ротор ц.р. здійснюватиме коливання (затухаючі унаслідок втрат) навколо ?. Це власні коливання (причини: зміна М1, зміна електромагнітного моменту М). Вимушені коливання викликаються нерівномірністю обертання ротора (привід від поршневих двигунів) найбільш небезпечний збіг св. і вин. коливань – резонанс. для заспокоєння коливань призначена заспокійлива обмотка, розташована в явнополюсных машинах у вигляді стрижнів полюсних наконечників, а в неявнополюсных – обмотки немає (її роль виконують вееровые струми, що наводяться в сердечнику ротора). Все це відноситься і до а.с. двигунам.

Синхронізуюча здатність с.м.

При паралельній роботі декількох генераторів, в кожному з них виникає сила, що утримує генератор в стані стійкої роботи. Тобто ц.р. в такому режимі володіє синхронізуючою здатністю. Фізичний сенс цього в тому, що поля ротора і статора утворюють вращ. магнітне поле. Оскільки обмотки статорів ц.р. електрично зв'язані, то такі “зв'язані” виявляються результуючі поля всіх ц.р., які обертаються з синхронною частотою обертання n1 (це як би эл. вал). Кількісна оцінка синхронізуючої здатності – питома синхронізуюча потужність р0 і питомий синхронізуючий момент mс

Рс=?Рэн/??, mс=?М/??.

Стійка робота ц.р. при Рс>0 і mс>0. Нестійка робота при Рс<0 і mс<0. Найбільш синхронізуючою здатністю володіють ц.р. ?=0 . із збільшенням ? синхронізуюча эл. здатність знижується. Все це відноситься і до к.п.д.

U-образные криві ц.р.

При перезбуджуванні за рахунок ?Е виникає в обмотці статора реактивний струм Id що відстає по фазі від Е. Продольно размагн. реакція зберігає величину Е (по відношенню до Uс, цей струм випереджає, тобто ємкісною). При перезбуджуванні Id оперж. по фазі Е. Продольная реакція якоря, що намагнічує, зберігає Е по величині (Id по відношенню до Uс – що відстає). Якщо при цьому зберегти М1 (момент первинного двигуна, що обертає), той незмінною залишиться активна потужність генератора, з'явиться (зміниться) тільки реакт. стан струму. Оскільки навантаження генератора зазвичай має індуктивний характер, то доводиться перезбуджувати ц.р. для отримання високого cos?.

Перехідні процеси в ц.р.

Найсерйозніший – це раптове к.з. При цьому в початковий момент струм статора може досягати 10-15 крат (ударний струм к.з., створює великі механічні зусилля в лобових частинах). Потім струм зменшується (за рахунок реакції якоря) і в сталому значенні має 1,5-2,5 кратну величину. При цьому окрім великих струмів, моментів, відбувається порушення паралельності моментів роботи ц.р.

Синхронний двигун.

Відповідно до принципу оборотності с.м. може працювати не тільки в генераторному режимі, але і в руховому. У генераторному режимі момент приводного двигуна М1, що обертає? врівноважується сумою електромагнітного моменту генератора М' +момент х.х. М0- М1?= М'+ М0. Це точка р. подовжні осі полюсів d-d і поля статора зміщені на кут ?' проти обертання годинникової стрілки.

Якщо зменшити момент М1', що обертає, навантаження генератора почне зменшуватися, зменшиться кут ? і струм статора I1. Ми рухаємося від точки грама до крапки про, де М1'=м0 і має місце режим х.х. Якщо від'єднати все с.м. від приводного двигуна і створити на нім торм. момент М2, направлений зустрічно обертанню ротора, то відбудеться зсув Е0 на кут ?" у бік відставання. Ми переходимо в точку Д – руховий режим М"=м0+м2". Стійка робота двигуна має місце при ?=0 – (-?кр). Перевантажувальна здатність ?=Ммах/Мн (?=2-3). ?ном=20-30 эл. град.

С.д. використовуються там, де потрібна стабільна частота обертання. При зміні навантаження міняється кут ?. Для двигунів також характерні коливання.

По конструкції с.д. схожі на ц.р., але мають свої конструктивні особливості (наприклад, заспокійлива обмотка в них товща, ніж у ц.р., оскільки вони використовуються для пуску с.д. і так далі).

Пуск с.д.

Пуск с.д. відбувається в попередньому приведенні в обертання до синхронній або близькій до неї частоті, при якій між статором і ротором встановлюється стійкий магнітний зв'язок. Зараз практично застосовується спосіб, званий асинхронним . Він можливий за наявності в полюсних наконечниках ротора пускової обмотки (хустки), аналогічній заспокійливій обмотці ц.р. Чим менше навантаження на валу двигуна, тим легше його входження в синхронізм.

При асинхронному пуску виникають великі пускові струми. Його застосовують при великій потужності мережі. Якщо ж мережа слабка, використовують пуск при зниженій напрузі, автотрансформаторний або реакторний пуск.

U-образные характеристики с.д. і його робочі характеристики.

При перезбуджуванні – струм ємкісною, при недовозбуждении – струм індуктивний. С.д. – генератор реактивного струму. Це цінна якість використовується для підвищення коефіцієнта cos? эл. установок. Переваги с.д. в порівнянні з а.д.: 1)они з cos?=1 або навіть з ємкісним струмом, 2)момент пропорц. U1 (а не U21). Недоліки – складніша і дорожча.

Синхронний компенсатор.

СЬК – це с.д. (раб. на х.х. з перезбуджуванням, як генератор реакт. потужності)

Крім того СЬК працює як стабілізатор напруги в мережі. СЬК – 10-160 квА.

СЬК конструктивно легше, ніж с.д., оскільки не несуть механічної напруги.