Слайд № 14

На схемах синхронную машину обозначают в полном или упрощенном изображении. При этом обмотку возбуждения явнополюсного ротора показывают штриховой окружностью, а неявнополюсного – сплошной.

1.3. Принцип действия трехфазного синхронного генератора

В генераторе ротор (индуктор) вращается приводным двигателем (например, турбиной). Ток в обмотке возбуждения создает основной магнитный поток . Если начать вращать ротор при помощи приводного двигателя появится вращающееся магнитное поле. Пересекая витки обмотке статора (якоря), это поле будет наводить в ней трехфазную ЭДС. ЭДС, наводимая потоком ротора, создает трехфазное напряжение. При включении нагрузки возникает ток в обмотке статора, который образует вращающееся магнитное поле якоря с потоком . Частота и направление вращения двух потоков и одинаковы, и в сумме они создают общий магнитный поток генератора . Взаимодействие вращающегося магнитного поля с током в роторе вызывает тормозной электромагнитный момент , действующий на ротор. Тормозной электромагнитный момент направлен навстречу вращению ротора и уравновешивает вращающий момент турбины.

Слайд № 15

Различают автономную работу генератора и параллельную работу генератора с сетью. На электростанциях синхронные генераторы работают обычно параллельно на общую сеть с одной и той же частотой и напряжением. Для включения генератора на параллельную работу с сетью необходимо выполнение следующих условий:

1) действующие значения напряжений синхронной машины U_см и сети U_сети должны быть равны U_см = U_сети;

2) эти напряжения должны совпадать по фазе, т.е. в соответствующих фазах.

3) частоты напряжений синхронной машины f_см и сети f_сети должны быть равны f_см = f_сети;

4) чередование фаз синхронной машины и сети должны быть одинаковым.

При выполнении всех перечисленных условий трехфазные системы напряжений синхронной машины и сети будут одинаковы.

Напряжение генератора регулируют током возбуждения. Частоту изменяют, воздействуя на частоту вращения вала приводного двигателя.

1.4. Основные уравнения и характеристики генератора

Слайд № 16

Если пренебречь активным сопротивлением фазы обмотки якоря , можно получить упрощенное уравнение электрического состояния фазы генератора,

,

где – напряжение на зажимах фазы обмотки статора; – ЭДС, наводимая основным магнитным потоком ; – синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря; – ток фазы статора.

Основные характеристики синхронного генератора

Слайд № 16 (характеристика холостого хода)

Зависимость ЭДС от тока возбуждения при постоянной частоте вращения называется характеристикой холостого хода (рис. 5 а). Ее форма определяется кривой намагничивания стали, из которой изготовлен генератор.

Слайд № 16 (внешняя характеристика)

Зависимость напряжения от тока нагрузки при неизменной частоте вращения называется внешней характеристикой генератора (рис. 5 б). Генераторы проектируют таким образом, чтобы при работе с активно-индуктивной нагрузкой с при номинальном токе нагрузки, напряжение на зажимах генератора было номинальным.

Слайд № 16 (регулировочная характеристика)

Регулировочная характеристика синхронного генератора (рис. 5 в), показывает, как надо менять ток возбуждения при изменении тока нагрузки , чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным (при и ).

1.5. Работа синхронной машины в режиме двигателя

Слайд № 17

При подключении трехфазной обмотки статора к трехфазному источнику в статоре возникает вращающееся магнитное поле . Его частота вращения

,

где – частота питающей сети; – число пар полюсов магнитного поля. Линии магнитного поля, пересекая витки обмотки якоря, наводят в них ЭДС . Также линии магнитного поля взаимодействуют с токами, протекающими по проводникам обмотки возбуждения, и создают вращающий момент, согласно правилу левой руки. Ротор вращается вместе с магнитным полем (с синхронной скоростью). Необходимо отметить, что в момент пуска, магнитное поле начинает вращаться практически сразу, а ротор, вследствие своей инерционности, не может набрать скорость мгновенно. Поэтому вращающий момент при пуске равен нулю. Для того чтобы возник неизменный по знаку вращающий момент, ротор надо предварительно разогнать. Используют два способа пуска:

1) за счет дополнительной пусковой короткозамкнутой обмотки, уложенной в наконечники полюсов ротора. Благодаря этой обмотке, ротор разгоняется как ротор асинхронного двигателя до частоты вращения, близкой к частоте вращения магнитного поля. Тогда включают обмотку возбуждения и ротор втягивается магнитным полем в синхронное вращение.

2) пуск синхронного двигателя с помощью разгонного двигателя. Синхронный двигатель разгоняют до синхронной скорости, затем после проверки синхронизации с сетью разгонный двигатель отключают.

1.6. Основные уравнения и характеристики двигателя

Слайд № 18

По аналогии с синхронным генератором уравнение электрического состояния фазы статора двигателя имеет вид

(2)

где Х_с – синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора

Слайд № 18 (механическая характеристика)

Механическая характеристика синхронного двигателя представляет собой горизонтальную прямую, так как частота вращения ротора неизменна (рис. 6 а). Но с изменением момента нагрузки ротор смещается относительно результирующего магнитного поля, так как изменяется угол поворота ротора относительно оси магнитного поля .

Слайд № 18 (угловая характеристика)

Зависимость момента от угла поворота ротора относительно поля имеет вид:

,

где . Эта зависимость называется угловой характеристикой двигателя. Видно, что момент пропорционален синусу угла и достигает максимального значения при . В номинальном режиме обычно принимают угол , а момент . Этим обеспечивается достаточная перегрузочная способность двигателя. Угловая характеристика двигателя показана на рис. 6 б.

Слайд № 18 ( – образные характеристики)