Синхронных генераторах

Согласно (3.1) и графикам (см. 3.1,6) ЭДС достигает максимального значения сначала в фазе а, затем в фазе h и, наконец, в фазе с. Указанная последовательность, в которой ЭДС достигают максимального значения, называется прямой последовательностью чередования фаз. Если бы ротор генератора вращался в противоположную сторону, получилась бы обратная последовательность чередования фаз. Получить обратную последовательность чередования фаз работающего генератора можно, изменив названия любых двух фаз (например, фазу b назвать фазой с, а фазу с — фазой Ъ). Как будет показано далее, от последовательности чередования фаз зависит, в частности, направление вращения асинхронных и синхронных двигателей. Анализ и расчет трехфазных цепей будут производиться в предположении прямой последовательности чередования фаз.

Во избежание этого в силовых цепях, обладающих значительной индуктивностью (обмотки возбуждения генераторов и двигателей постоянного тока, синхронных двигателей, магнитных плит и т. п.), параллельно обмоткам включают разрядные резисторы ( 4.5,6).

Области применения синхронных двигателей рассматриваются после изучения их свойств в § 11.12.

Неподвижная часть машины, называемая статором ( 11.1,и), состоит из стального или чугунного корпуса /, в котором закреплен цилиндрический сердечник 2 статора. Для уменьшения потерь на пере-ма! ничивание и вихревые токи его набирают из листов электротехнической стали. В пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка 3, выполняемая так же, как и обмотка статора асинхронных двигателей. Сердечник статора в совокупности с обмоткой статора называется якорем машины. В подшипниковых щитах, прикрепленных с торцевых сторон к корпусу, либо в стояках, закрепленных на фундаменте, расположены подшипники, несущие вал 4 вращающейся части машины — ротора или индуктора. Синхронные генераторы гидроэлектростанций выполняют обычно с вертикальным расположением вала. На валу размещен цилиндрический сердечник 7 ротора, выполняемый из сплошной стали. В пазах сердечника ротора уложена обмотка возбуждения 8, питаемая постоянным током. Для присоединения обмотки возбуждения к внешней электрической цепи на валу укрепляют эда изолированных друг от друга и от вала контактных кольца б, к которым пружинами прижимаются неподвижные щетки 5. Обмотка 8 служит для возбуждения основного магнитного поля машины.

Существенной особенностью синхронных двигателей является то. что они, работая с механической нагрузкой, позволяют в широких пределах изменять потребляемый из сети реактивный ток и реактивную мощность. Осуществляется это путем изменения тока возбуждения /„ с помощью реостата гр (см. 11.8).

Свойство перевозбужденного синхронного двигателя потреблять кроме активной составляющей тока и активной мощности емкостную составляющую тока и емкостную мощность, используют для повышения (компенсации) коэффициента мощности других потребителей, создающих активно-индуктивную нагрузку системы. Используя указанное свойство синхронных двигателей, оказалось возможным создавать синхронные машины, называемые синхронными компенсаторами. Синхронный компенсатор представляет собой по существу синхронный двигатель, рассчитанный на работу с перевозбуждением без механической нагрузки и предназначенный специально для улучшения коэффициента мощности. Если не учитывать относительно небольших потерь мощности в синхронном компенсаторе, можно считать, что им потребляются из сети трехфазного тока чисто емкостный ток и емкостная мощность. Векторная диаграмма синхронного компенсатора при гаком допущении приведена на 11.13.

11.12. СРАВНЕНИЕ СИНХРОННЫХ И АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронный пуск синхронных двигателей несколько сложнее пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В отношении пусковых свойств асинхронные двигатели с фазным ротором имеют весьма существенные преимущества перед синхронными двигателями.

Частота вращения синхронных двигателей остается постоянной при изменении нагрузки, тогда как у асинхронных двигателей даже при их работе на естественной характеристике она несколько изменяется.

Асинхронные двигатели дают возможность регулировать частоту вращения различными способами, рассмотренными в гл. 10. Использование некоторых из этих способов для регулирования частоты вращения синхронных двигателей в принципе невозможно, а некоторых связано с большими конструктивными и эксплуатационными трудностя-

Из-за малых потерь мощности в роторе, а также в обмотке статора при работе с высоким cos ф КПД синхронных двигателей оказывается больше, а масса и габаритные размеры меньше, чем у асинхронных двигателей.

Таким образом, применение систем гармонического компаундирования в авиационных синхронных генераторах позволяет создать принципиально новые системы, обеспечивающие работу в переходных режимах при питании импульсных нагрузок, а также при аварийных ситуациях.

В машинах постоянного тока к станине прикрепляют болтами полюсы с обмоткой, которые собирают обычно из листов конструкционной стали толщиной 2 — 4 мм. Станина и ротор соединены подшипниковым щитом с подшипниками. В асинхронных электродвигателях с фазным ротором, синхронных генераторах и машинах постоянного тока к щитам крепят щеткодержатели и другие элементы.

В общем случае будем рассматривать трехфазную СМ с явнопо-люсным ротором (см. 1.1). Такая машина имеет симметричную трехфазную обмотку на статоре. На роторе имеются обмотки возбуждения и демпферная. В синхронных двигателях (СД) демпферная обмотка является пусковой обмоткой, обеспечивающей асинхронный пуск двигателей. В синхронных генераторах (СГ) демпферная обмотка служит в основном для успокоения колебаний ротора, облегчения условий втягивания в синхронизм и устранения перенапряжений в обмотках статора при несимметричных нагрузках.

68. Марголин Н. Ф., Чернин А. Б. Метод расчета токов при внутренних коротких замыканиях в синхронных генераторах. М. — Л., ОНТИ, 1937.

Движение охлаждающей среды в каналах роторов электрических машин обладает во многих случаях определенной спецификой. Так, при движении газа (воздух, водород, гелий) выброс из каналов иногда осуществляется в цилиндрический зазор между ротором и статором, представляющий собой в синхронных генераторах резервуар большой по сравнению с каналами вместимости. Вход в каналы, как правило, является чисто радиальным, без предварительного закручивания. Наконец, важнейшей отличительной особенностью систем газового охлаждения роторов является отсутствие в схеме циркуляции дополнительных источников давления (вентиляторы, компрессоры) .

В синхронных генераторах переменного тока вращающееся магнитное поле создается вращением электромагнита первичным

ной из материала с повышенным удельным сопротивлением (латуни). Такую же обмотку (типа «беличья клетка»), состоящую из медных стержней, применяют и в синхронных генераторах; ее называют успокоительной или демпферной обмоткой, так как она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих в переходных режимах работы синхронной машины. Если синхронная машина выполнена с массивными полюсами, то при пуске и переходных режимах в них возникают вихревые токи, действие которых эквивалентно действию тока в короткозамк-нутой обмотке.

В современных синхронных генераторах начали применять так называемую бесщеточную систему возбуждения ( 9.6, в). При этом в качестве возбудителя используют синхронный генератор, у которого обмотка якоря расположена на роторе, а выпрямитель укреплен непосредственно на валу. Обмотка возбуждения возбудителя получает питание от подвозбудителя через регулятор напряжения. При таком способе возбуждения в цепи питания обмотки возбуждения генератора отсутствуют скользящие контакты, что существенно повышает надежность системы возбуждения.

Обычно электрическая сеть, на которую работают синхронные генераторы, является для них активно-индуктивной нагрузкой (генераторы отдают как активную Я, так и реактивную Q мощности). При этом синхронные генераторы должны работать с некоторым перевозбуждением, обеспечивающим повышение перегрузочной способности. Так, например, согласно ГОСТу в синхронных генераторах при но-

Колебания ротора синхронной машины могут быть вынужденными, если на него действует периодически изменяющийся внешний момент. Такие колебания образуются в синхронных генераторах, приводимых во вращение от поршневых машин, например от двигателей внутреннего сгорания, а также в синхронных двигателях, служащих для привода поршневых компрессоров. Поэтому для уменьшения неравномерности вращающего момента двигатели внутреннего сгорания, предназначенные для вращения синхронных генераторов, и поршневые компрессоры часто снабжают маховиками. Сами же генераторы и электродвигатели должны в этом случае иметь достаточно мощную демпферную обмотку.

Генераторы. В синхронных генераторах малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов ротор может быть выполнен или в виде единого блока из магнитно-твердого материала ( 10.3, а), или с постоянными магнитами, установленными в стальной втулке ( 10.3, б). Промежутки между магнитами в некоторых случаях заливают алюминием, благодаря чему обеспечивается монолитность конструкции ротора. В генераторах, используемых в некоторых транспортных установках, иногда применяют ротор с когтеобразными полюсами ( 10.3, в).