6.3.2. Принцип действия синхронного генератора
Схема включения синхронного генератора для работы совместно с сетью показана на рис. 6.3.8.
Рис. 6.3.8. Схема включения синхронного генератора
Обмотка возбуждения синхронного генератора подключена к источнику постоянного тока (возбудителю) с напряжением Uв и создает постоянное магнитное поле возбуждения. Магнитный поток возбуждения замыкается в магнитной цепи синхронного генератора как показано силовыми линиями на рис. 6.3.9.
Рис. 6.3.9. Принцип действия синхронного генератора
Ротор генератора вращается турбиной Т (рис. 6.3.8) или приводным двигателем с частотой вращения n0. Постоянное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, вращается вместе с ротором. При этом силовые линии пересекают проводники неподвижной обмотки статора и проявляется индукционное действие магнитного поля. Т.е. в неподвижной обмотке статора индуцируется ЭДС. При повороте двухполюсного ротора (рис. 6.3.9) на 1800 полярность магнитного поля меняется, при этом меняется направление ЭДС в обмотке статора.
При синусоидальном законе распределения индукции в воздушном зазоре закон изменения ЭДС во времени также будет синусоидальным
Таким образом, в обмотке статора индуцируется переменная синусоидальная ЭДС:
.
(6.3.1)
Частота f этой ЭДС зависит от частоты вращения ротора. Один оборот двухполюсного ротора на рис. 6.3.9 определяет период изменения ЭДС. Следовательно частота ЭДС пропорциональна частоте вращения ротора:
,
(6.3.2)
где n0 – частота вращения ротора, измеряемая в об/мин.
Соотношение (6.3.2) справедливо для двухполюсного синхронного генератора, показанного на рис. 6.3.9. В многополюсном генераторе частота ЭДС возрастает пропорционально числу пар полюсов p. Частота ЭДС многополюсного генератора определяется соотношением:
.
(6.3.3)
Как было отмечено, обмотка статора является симметричной трехфазной обмоткой, т.е. три фазы обмотки одинаковы и расположены в пазах статора таким образом, что сдвинуты по окружности друг относительно друга на 1/3 часть периода. Следовательно, в каждой фазе обмотки статора индуцируются синусоидальные ЭДС, одинаковые по амплитуде, но отличающиеся по фазе на 1/3 часть периода (или 1200). Таким образом, синхронный генератор является симметричным трехфазным источником электроэнергии ,т.е преобразует механическую энергию турбины (приводного двигателя) в электрическую энергию трехфазного тока. К обмотке статора синхронного генератора подключается трехфазный потребитель электроэнергии, либо обмотка статора подключается к трехфазной сети для совместной параллельной работы с другими трехфазными источниками (рис. 6.3.8).
Рис. 6.3.9 иллюстрирует работу синхронного генератора с явнополюсным ротором. В генераторе с неявнополюсным ротором происходят те же процессы.
6.3.3. Принцип действия синхронного двигателя.
Схема включения синхронного двигателя для привода рабочего механизма показана на рис. 6.3.10. Обмотка статора синхронного двигателя подключается к трехфазному источнику электроэнергии или к трехфазной сети. Аналогично трехфазной обмотке статора асинхронного двигателя она создает вращающееся магнитное поле (см. раздел 2.2).
Рис. 6.3.10. Схема включения синхронного двигателя
Частота вращения магнитного поля n0 определяется частотой тока в обмотке f и числом пар полюсов p:
. (6.3.4)
Обмотка возбуждения синхронного двигателя подключена к источнику постоянного тока и создает постоянное магнитное поле. Таким образом, ротор синхронного двигателя является постоянным электромагнитом, находящимся в магнитном поле статора. При этом полюс магнитного поля статора притягивает противоположный полюс ротора, стремясь совместить их магнитные оси. Вращаясь, магнитное поле статора увлекает за собой ротор с его магнитным полем, и ротор вращается с частотой вращения магнитного поля n0. Ротор и магнитное поле статора вращаются синхронно.
Таким образом, синхронный двигатель, потребляя электрическую энергию от трехфазного источника, вращает рабочий механизм, передавая ему механическую энергию.
Частота вращения ротора синхронного двигателя определяется частотой вращения магнитного поля статора и не зависит от момента нагрузки на валу. Механическая характеристика синхронного двигателя (зависимость частоты вращения n от вращающего момента M) изображается графически горизонтальной линией (рис. 6.3.11).
Рис. 6.3.11. Механическая характеристика синхронного двигателя