Синхронные машины

В синхронных машинах число оборотов ротора равно числу обо­ротов магнитного поля статора и, следовательно, определяется ча­стотой тока сети и числом пар полюсов.

Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обра­тима, т. е, может работать как генератором, так и двигателем.

Синхронные генераторы широко применяются. Электрическая энергия вырабатывается синхронными генераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего сгорания.

Синхронные двигатели используют в установках средней и большой мощности. Основным достоинством их является высокий коэффициент мощности. У этих двигателей cosφ может быть равен единице, и, более того, они могут работать с потреблением опере­жающего тока из сети, представляя собой емкость для сети. Это свойство синхронных двигателей широко используется. Синхрон­ный двигатель, потребляющий опережающий ток из сети, компен­сирует реактивную мощность других приемников энергии, вклю­ченных в эту сеть, и повышает коэффициент мощности всего пред­приятия. Магнитное поле в машине создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Потребность в источнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения является очень существенным недостатком синхронных машин.

Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудите­ля, который представляет собой генератор постоянного тока парал­лельного возбуждения. Возбудитель находится на одном валу с ра­бочей машиной, и мощность его составляет малую величину, поряд­ка 1—5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им. При небольшой мощности широко используются схемы питания обмо­ток возбуждения синхронных машин из сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.

§ 103. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктивных отличий от синхронного генератора. Так же как и в генера­торе, на статоре синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого

На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включае­мая в сеть источника постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов. Вращающееся магнитное поле, полученное токами обмотки статора, увлекает за собой полюса ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.

Основным достоинством синхронных двигателей является воз­можность их работы с потреблением опережающего тока, т. е. двигатель может представлять собой емкостную нагрузку для сети. Такой двигатель повышает соsφ всего предприятия, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии.

Так же как и в генераторах, в синхронных двигателях измене­ние реактивной мощности, т. е. изменение соsφ, достигается регу­лированием тока возбуждения. При некотором токе возбуждения, соответствующем нормальному возбуждению, cosφ > =l. Уменьше­ние тока возбуждения вызывает появление отстающего (индуктив­ного) тока в статоре, а при увеличении тока возбуждения (перевозбужденный двигатель) — опережающего (емкостного) тока в статоре.

Достоинством синхронных двигателей является также меньшая, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асин­хронных— квадрату напряжения.

Вращающий момент синхронного двигателя создается в резуль­тате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов. От напряжения питающей сети зависит только магнитный поток поля статора.

Синхронные двигатели выполняют преимущественно с явно выраженными полюсами, и работают они в нормальном режиме при опережающем соsφ =0, 8. Возбуждение синхронные двигатели

получают либо от возбудителя, либо от сети переменного тока че­рез полупроводниковые выпрямители.

Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным включе­нием его в сеть, невозможен, так как при включении обмотки ста­тора в сеть создается вращающееся магнитное поле, а ротор в мо­мент включения неподвижен, и следовательно, взаимодействия маг­нитных полей статора и ротора нет, т. е. двигатель не развивает вращающего момента. Поэтому для пуска в ход двигателя необхо­димо предварительно увеличить число оборотов ротора его до син­хронной скорости или близкой к ней.

В настоящее время исключительное применение имеет так на­зываемый асинхронный пуск синхронных двигателей, сущность ко­торого заключается в следующем. В полюсных наконечниках ро­тора синхронного двигателя укладывается пусковая обмотка, вы­полненная в виде беличьего колеса, наподобие короткозамкнутой обмотки ротора асинхронной машины.

Обмотка статора двигателя включается в трехфазную сеть, и пуск его производится так же, как и пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

После того как двигатель разовьет скорость, близкую к син­хронной (примерно 95%), обмотка возбуждения включается в сеть постоянного тока и двигатель входит в синхронизм, т. е. скорость ротора увеличивается до синхронной.

При пуске в ход двигателя обмотка возбуждения замыкается на сопротивление, примерно в 10—12 раз большее сопротивления самой обмотки. Нельзя обмотку возбуждения при пуске в ход оста­вить разомкнутой или замкнуть накоротко. Если при пуске в ход обмотка возбуждения окажется разомкнутой, то в ней будет индук­тироваться очень большая э. д. с., опасная как для изоляции обмот­ки, так и для обслуживающего персонала. Создание э. д. с. боль­шой величины объясняется тем, что при пуске в ход поле статора вращается с большой скоростью относительно неподвижного рото­ра и с большой скоростью пересекает проводники обмотки возбуж­дения, имеющей большое число витков.

Если обмотку возбуждения замкнуть накоротко при пуске в ход, то двигатель при пуске под нагрузкой может развить скорость, близкую к половине синхронной, и войти в синхронизм не смо­жет.

Работа синхронной машины с потреблением из сети опере­жающего тока дает возможность использовать ее в качестве ком­пенсатора. Как выше было отмечено, синхронный двигатель для сети может являться конденсатором и повышать соsφ всей энер­гоустановки, компенсируя реактивную мощность других приемни­ков энергии.