Синхронном генераторе

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит с сосредоточенной (явнополюсный ротор) или распределенной (неявнопо-люсный ротор) обмоткой, называемой обмоткой возбуждения, к которой через контактные кольца и щетки подведен постоянный ток возбуждения. Число пар полюсов ротора равно числу пар полюсов обмотки статора. Ротор и его магнитное поле с потоком Ф вращаются с частотой П = По, равной частоте вращения магнитного поля статора. При этом магнитные полюсы статора и ротора неподвижны относительно друг друга и сдвинуты на некоторый угол, в результате чего взаимодействие полей статора и ротора создает механический момент: вращающий — в синхронном двигателе (магнитное поле статора опережает магнитное поле ротора) или тормозящий — в синхронном генераторе (магнитное поле статора отстает от магнитного поля ротора).

В отличие от синхронного генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося магнитного поля статора (см. 15.3, б) . Возникающий при этом электромагнитный момент равен противодействующему тормозному моменту на валу дви-

В синхронном двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую. На 15.15 приведена схема замещения фазы синхронного двигателя, подключенного к электрической системе большой мощности U- const. Эта схема замещения совпадает со схемой замещения фазы синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности (см. 15.7), с той разницей, что в первом случае электрическая энергия поступает из системы в двигатель, а во втором случае — из генератора в систему.

В отличие от синхронного генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося магнитного поля статора (см. 15.3, б) . Возникающий при этом электромагнитный момент равен противодействующему тормозному моменту на валу дви-

гателя М^м ~Л/т В синхронном двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую. На 15.15 приведена схема замещения фазы синхронного двигателя, подключенного к электрической системе большой мощности U- const. Эта схема замещения совпадает со схемой замещения фазы синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности (см. 15.7), с той разницей, что в первом случае электрическая энергия поступает из системы в двигатель, а во втором случае — из генератора в систему.

Угловые характеристики позволяют анализировать процессы в синхронном двигателе при изменении нагрузки. При увеличении тормозного момента на валу синхронного двигателя Л/т() 2 > Л/т() ( - М.Лм] частота вращения ротора машины уменьшается и значения угла 0 и электромагнитного момента М_ начинают возрастать. Равновесие тормозного и электромагнитного моментов восстановится (Л^то 2 = ^ >М2^ через некоторый промежуток времени при новом значении угла 0г > > 01. Для того чтобы сохранить запас устойчивости тг/2 д при возросшем тормозном моменте, необходимо увеличить ток возбуждения.

В нагруженном синхронном генераторе потокосцепление поля ротора с фазной обмоткой статора Ф0 [см. (14.106)] индуктирует в ней ЭДС

Уравнение (15.66) показывает, что электрическая мощность статора Р с складывается из мощности потерь в проводах /* и электрической мощности Р, с которой генератор отдает энергию в сеть, т. е./*э =Рпп + + Р. Но кроме мощности п/лерь в проводах в генераторе имеют место ещз мощность механических потерь Р п и мощность потерь из-за гистерезиса и вихревых токов в электротехнической стали РС статора и полюсных башмаков. Из уравнения (15.65) видно, что мощность этих потерь покрывается не за счет электрической мощности, а непосредственно за счет механической мощности первичного двигателя. Соответствующая энергетическая диаграмма синхронного генератора показана на 15.5. Кроме того, в синхронном генераторе имеют место потери энергии на возбуждение. Мощность потерь на возбуждение генератора равна мощности источника постоянного тока возбудителя Р и состав-

Процессы, происходящие в синхронном генераторе, подключенном к электрической системе большой мощности, иллюстрирует векторная диаграмма ( 15.8)_. Нулевая начальная фаза выбрана у напряжения на шинах системы U = E, вектор которого направлен вертикально, как это- часто принимается при построении диаграмм трехфазных цепей.

Угловые характеристики позволяют проанализировать процессы, происходящие в синхронном генераторе при изменении нагрузки.

В переходных режимах при самовозбуждении генератора, при включении мощных нагрузок, а также при включении генераторов на параллельную работу методом самосинхронизации задача сводится к расчетам динамической устойчивости или внезапного снижения напряжения. Изменение напряжения обусловлено физическими процессами, протекающими в синхронном генераторе, зависит от параметров генератора и системы гармонического компаундирования. Рассмотрим физические явления переходных процессов синхронного генератора с вращающимися выпрямителями.

Р, и Ем остаются постоянными. Тогда дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в бесконтактном синхронном генераторе с системой гармонического возбуждения при самовозбуждении становится уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами. Решение дифференциального уравнения (5.21) имеет вид

Физические процессы в ЭДН сходны с процессами в синхронном генераторе (СГ) при его внезапном коротком замыкании. Магнитный поток взаимной индукции захватывается короткозамкнутой обмоткой якоря СГ в том положении, при котором произошло короткое замыкание, и удерживается обмоткой якоря в течение нескольких периодов, так как обычно собственная постоянная времени короткозамкнутой обмотки якоря больше времени поворота индуктора на электрический угол 360°. Относительное движение МДС якоря и индуктора СГ приводит к появлению в их обмотках токов, стремящихся сохранить потокосцепления обмоток на неизменном уровне. Ток в фазе якорной обмотки зависит от взаимного

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит с сосредоточенной (явнополюсный ротор) или распределенной (неявнопо-люсный ротор) обмоткой, называемой обмоткой возбуждения, к которой через контактные кольца и щетки подведен постоянный ток возбуждения. Число пар полюсов ротора равно числу пар полюсов обмотки статора. Ротор и его магнитное поле с потоком Ф вращаются с частотой П = По, равной частоте вращения магнитного поля статора. При этом магнитные полюсы статора и ротора неподвижны относительно друг друга и сдвинуты на некоторый угол, в результате чего взаимодействие полей статора и ротора создает механический момент: вращающий — в синхронном двигателе (магнитное поле статора опережает магнитное поле ротора) или тормозящий — в синхронном генераторе (магнитное поле статора отстает от магнитного поля ротора).

В нагруженном синхронном генераторе потокосцепление поля ротора с фазной обмоткой статора Ф0 [см. (14.106)] индуктирует в ней ЭДС

+ Р. Но кроме мощности потерь в проводах в генераторе имеют место еще мощность механических потерь РМ п и мощность потерь из-за гистерезиса и вихревых токов в электротехнической стали РС статора и полюсных башмаков. Из уравнения (15.65) видно, что мощность этих потерь покрывается не за счет электрической мощности, а непосредственно за счет механической мощности первичного двигателя. Соответствующая энергетическая диаграмма синхронного генератора показана на 15.5. Кроме того, в синхронном генераторе имеют место потери энергии на возбуждение. Мощность потерь на возбуждение генератора равна мощности источника постоянного тока возбудителя ^*воз и составляет примерно 0,3—1% номинальной мощности генераторов. Мощность всех потерь энергии в генераторе делится на мощность постоянных потерь, почти не зависящую от нагрузки, и мощность переменных потерь, изменяющуюся в зависимости от нагрузки. Мощность постоянных потерь РПОС равна сумме мощностей потерь механических РМ возбуждения РЛОЗ и в электротехнической стали Р мощность переменных потерь Рпср равна мощности потерь в проводах.

Процессы, происходящие в синхронном генераторе, подключенном к электрической системе большой мощности иллюстрирует векторная диаграмма ( 15.8). В качестве исходного выбран вектор напряжения на шинах системы 17= Ё, направленный по оси ординат.