176

Лабораторная работа № 10Синхронный генератор в автономном режиме Цель работы:

• ознакомление с устройством, принципом действия синхронных машин, характеристиками синхронного генератора в автономном режиме;

• приобретение практических навыков пуска, эксплуатации и остановки синхронного генератора при работе на автономную нагрузку — асинхронный двигатель;

• получение экспериментального подтверждения теоретических сведений о характеристиках синхронного генератора в автономном режиме.

Основные теоретические положения

Синхронной называется машина, ротор которой вращается с частотой, находящейся в строгом соответствии с частотой электрической сети. В этом заключается их принципиальное отличие от асинхронных машин, у которых ротор может вращаться с любой скоростью.

Синхронные генераторы применяются на электрических станциях, где в большинстве случаев работают совместно друг с другом (параллельно) и вырабатываемая ими электроэнергия поступает в общую электрическую сеть. Синхронные генераторы служат также источниками автономного питания. В автономном режиме синхронные генераторы применяются в тех случаях, когда промышленная электрическая сеть имеет недостаточную мощность или вообще отсутствует — на транспорте, удаленных строительных площадках, лесозаготовительных пунктах, морских и речных судах, летательных аппаратах, передвижных электростанциях и т.п.

Устройство синхронной машины

Синхронная машина состоит из двух основных частей (рис. 1): неподвижного статора 1, выполняющего функции якоря, так как в его обмотках наводится ЭДС, и ротора 3, вращающегося внутри статора и служащего индуктором (создающим необходимое для работы машины магнитное поле).

Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору асинхронной и состоит из цилиндрического сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмоток 4, уложенных в пазы сердечника 2.

Роторы синхронных машин могут быть двух типов: с неявно выраженными полюсами (рис. 1, а) и явно выраженными полюсами (рис. 1,б). Роторы с явно выраженными полюсами используются в тихоходных машинах и имеют большое количество полюсов. Роторы с неявно выраженными полюсами, обладающие большей механической прочностью, используются в быстроходных машинах. Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, создающий магнитное поле, параллельное оси ротора и вращающееся вместе с ним. Ротор имеет обмотку возбуждения, которая через контактные кольца 5 подключается к внешнему источнику постоянного тока — возбудителю. Роль возбудителя может выполнять и выпрямитель, получающий питание от специальной трехфазной обмотки, вращающейся вместе с ротором, в которой ЭДС возбуждается внешним магнитным полем. Количество магнитных полюсов ротора и статора всегда совпадает.

Расположение обмоток (см. рис. 1, а) и соответственно форма полюсов (см. рис. 1,б) ротора подбираются такими, чтобы угловое распределение радиальной составляющей магнитного поляB было синусоидальным.

а) б)

Рис. 1

Принцип действия синхронного генератора

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор приводится во вращение с помощью приводного двигателя. Магнитное поле, вращающееся вместе с ротором, пересекает проводники обмотки статора и наводит в них ЭДС e=Blv. ЗдесьB — радиальная составляющая магнитного поля,B=B sin,=t +;l — длина проводника;v— линейная скорость точки пересечения;— угол между проводником и осью ротора;— угловая частота вращения ротора;— начальный угол;t— время. Обмотки статора симметрично распределены по окружности, в результате образуются три синусоидальные ЭДС с одинаковой частотойи амплитудойE₀, сдвинутые по фазе на 120^о:

e₁(t) = E₀ sin t; e₂(t) = E₀ sin (t – 120^о); e₃(t) = E₀ sin (t + 120^о).

Здесь = 2pn₀/60;p— число пар магнитных полюсов; n₀ — скорость вращения ротора (об/мин). Действующее значение ЭДС одной фазыE₀ определяется выражением:

E₀ = 4,44 к_об f w Ф_0m , (1)

где к_об— обмоточный коэффициент;f=pn₀/60 — частота синусоидальных ЭДС, Гц; w— количество витков;Ф_0m— амплитуда магнитного потока ротора.