2.3. Синхронные генераторы постоянного напряжения

Д ля поддержания напряжения синхронных генераторов постоянным при изменении нагрузки применяются различные системы регулирования. Принципиальные схемы основ­ных из них показаны на рис. 60.

Система возбуждения с электромеханическим регулятором приведена на рис. 60,а. Она предусматривает непрерывное срав­нение напряжения генератора с заданным (эталонным) значе­нием. Регулирование в данном случае осуществляется путем из­менения сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя с помощью регулятора электромеханического типа (например, с помощью усилия пружины угольного регулятора напряжения).

В схеме на рис. 60,б в качестве возбудителя и электромагнит­ного регулятора предусмотрено использование электромагнит­ного усилителя ЭМУ. В данном случае за эталон принимается либо напряжение независимого источника, либо стабилизированное напряжение самого генера­тора. Регулирование осуществляется при помощи импульса, посту­пающего на управляющую обмотку ЭМУ для последующего из­менения сигнала регулирования (т.е. тока возбуждения генера­тора).

В настоящее время появились системы, в которых в одну кон­струкции объединены и регуляторы и возбудитель генератора.

На рис. 60,в представлена так называемая функциональная система, в которой регулирующий ток возбуждения (сигнал) яв­ляется непосредственной функцией напряжения генератора (регу­лируемой величины) и тока, а также коэффициента мощности нагрузки (возмущающий сигнал). Иначе говоря, это система са­мовозбуждения и саморегулирования, имеющая множество разновидностей. Принцип действия таких систем состоит в том, что в цепь якоря включается трехобмоточный стабилизирующий трансформатор, одна обмотка которого подключается параллельно обмотке генератора через индуктивное сопротивление L, а дру­гая — последовательно в цепь статора. Ток первой обмотки пропор­ционален напряжению генератора и в связи с наличием индуктив­ности L отстает от него на угол 90°.

Ток второй обмотки пропорционален току нагрузки генератора и совпадает с ним по фазе, отставая от напряжения на некоторый угол. В выходной обмотке трансформатора будет наведен ре­зультирующий ток, который и подается в обмотку возбуждения генератора через выпрямитель.

В случае увеличения тока нагрузки или фазового угла между напряжением и током генератора возрастут результирующий ток в выходной обмотке трансформатора и ток I_в возбуждения. Та­ким образом, напряжение синхронного генератора поддержива­ется неизменным.

2.4. Синхронные двигатели

Подобно любой электрической машине синхронная машина об­ратима, т.е. она может работать как в генераторном, так и в дви­гательном режиме.

Если от синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, отключить приводной двигатель, то генера­тор перейдет в двигательный режим. При этом машина будет про­должать вращаться с синхронной частотой вращения, потребляя мощность из сети переменного тока. Трехфазный ток создает в статоре машины вращающееся поле, которое увлекает за собой ротор, вращающийся с синхронной частотой.

При торможении машины после отключения приводного дви­гателя в роторе возникает ток, который имеет уже противополож­ное по сравнению с током генераторного режима направление. Между током и потоком полюсов возникает сила взаимодействия, направление которой совпадает с направлением вращения ротора. Она создает вращающий момент, уравновешивающий момент тре­ния и нагрузки.

При увеличении нагрузки на валу ротор двигателя в первый момент снизит частоту вращения. Он как бы повернется при этом на некоторый угол в сторону, противоположную направлению вра­щения. Это вызовет увеличение тока в статоре, следовательно, вращающего момента, который вновь уравновесит момент на­грузки, и двигатель будет продолжать вращаться с той же син­хронной частотой вращения.

Конструктивно синхронный двигатель практически ничем не отличается от генератора.

Наличие щеточного аппарата является недостатком синхронного двигателя по сравнению с короткозамкнутым АД, поэтому они имеют ограниченное применение.