60. Принцип действия двигателя

При работе синхронной машины в качестве двигателя обмотка якоря подключается к источнику трехфазного тока, в результате возникает вращающийся магнитный поток Ф_я. После разгона ротора до частоты вращения n, близкой к частоте вращения n₀ поля якоря, его обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока и возникает магнитный поток Ф₀. Благодаря взаимодействию магнитного потока Ф_я и проводников обмотки ротора (или полюсов намагниченных сердечников якоря и ротора) возникает вращающий электромагнитный момент М_эм, действующий на ротор, и он втягивается в синхронизм, т. е. начинает вращаться с частотой вращения, равной частоте вращения n₀ магнитного поля якоря.

Положение оси mm′ магнитного поля ротора относительно оси КК′ поля якоря и значение момента М_эм зависят от нагрузки двигателя.

Так, при работе двигателя в режиме идеального холостого хода электромагнитный момент М_эм равен нулю. Некоторой механической нагрузке двигателя соответствует положение ротора, которому соответствует определенный вращающий момент М_эм.

Значение тока якоря, интенсивность и характер действия реакции якоря зависят при Мэм = const от значения ЭДС Е₀, которая определяется значением тока возбуждения. Когда двигатель потребляет от источника только индуктивную или активно‑индуктивную мощности, под действием поля якоря двигатель намагничивается; в случае потребления емкостной или активно‑емкостной мощности двигатель под действием поля якоря размагничивается.

Как и у других машин, у асинхронных машин электромагнитный момент незначительно отличается от момента, развиваемого машиной на валу. Поэтому для простоты анализа будем считать их в дальнейшем равными и обозначать М.

Существенной особенностью синхронного двигателя (в отличие от асинхронного) является то, что вращающий момент возникает у него в том случае, когда частота вращения ротора n равна частоте вращения n₀т магнитного поля якоря.

Объясняется это тем, что ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя появляется не в результате электромагнитной индукции (как в обмотке ротора асинхронного двигателя), а вследствие питания обмотки возбуждения от постороннего источника постоянного тока.

Частота вращения магнитного поля якоря, а значит, и ротора синхронного двигателя определяется по формуле n₀ = n = 60f / p.

Для получения различных частот вращения синхронные двигатели изготовляют с различными числами полюсов. При частоте f = 50 Гц частоты вращения будут 3000, 1500, 1000, 750 об/мин и т. д.

61. Схема включения и основные зависимости синхронного генератора

Схема включения синхронного генератора приведена на рисунке 59. Трехфазная обмотка якоря генератора ОЯ подключается к приемникам электрической энергии, которые в зависимости от их номинального напряжения и напряжения генератора могут быть соединены как звездой, так и треугольником. Под сопротивлениями z_n,r_n и x_n (рис. 59) следует понимать эквивалентные сопротивления группы приемников, получающих питание от генератора.

В цепь обмотки возбуждения ОВ генератора, питаемой постоянным током, включен реостат r_p, служащий для регулирования тока возбуждения I_B, а в конечном итоге – напряжения U на выводах обмотки якоря генератора.

Рис. 59. Простейшая схема включения синхронного генератора

Для упрощения дальнейшего изложения условимся считать, что эквивалентной ЭДС E_я1 соответствует некоторый вращающийся магнитный поток якоря Фя1, эквивалентный в отношении создаваемой им ЭДС потокам Ф_р и Ф_я.

Для любой из фаз обмотки якоря (см. рис. 59) можно написать: E₀ = I– (r + jIx_c + U).

Обычно сопротивление r значительно меньше xc. Поэтому при качественном анализе явлений в синхронных машинах сопротивление r можно не учитывать. Тогда E₀ = jIxc + U.

Напряжение на выводах генератора и приемника может быть выражено в соответствии с законом Ома:

Углы сдвига фаз между током и напряжением φ, током и ЭДС ψ определяются по формулам:

Зная ЭДС, напряжение, ток и углы сдвига фаз, нетрудно найти мощности генератора. Например, электромагнитную мощность Рэм, вырабатываемую генератором, и активную мощность Рφ, отдаваемую им приемнику, найдем по формулам:

Р_эм = 3E₀I cos ψ; Р_φ = 3UI cos φ.

Мощность Рэм отличается от мощности Р на значение потерь мощности в активном сопротивлении обмотки якоря:

Р_эм = Р_φ+ΔP_я = 3UI cos φ + 3I²r_я.

Из формул следует, что ток, напряжение, углы сдвига фаз и мощности зависят при заданных значениях Е₀ и х_с исключительно от значений и характера сопротивлений приемника. Напряжение U на выводах генератора отличается от ЭДС Е₀ за счет падения напряжения в сопротивлении х_с.