Синхронные машины. Принцип дейсивия.Назначение и области применения

treugoma.ru › Электрические машины и аппараты › 

Синхронные машины. Принцип дейсивия.Назначение и области применения

Синхронной машиной (СМ) называется двухобмоточная ЭМ переменного тока, одна из обмоток которой присоединена к электросети с постоянной частотой f, вторая возбуждается постоянным током.

Наибольшее распространение получили СМ с трёхфазной разноимённополюсной р-периодной обмоткой на статоре (якоре) и с разноимённополюсной р-периодной обмоткой возбуждения (ОВ) на роторе (индукторе). Машины этого исполнения просто называют “синхронными машинами”, а СМ иного исполнения называют “специальные синхронные машины”. СМ небольшой мощности иногда изготавливаются в обращённом исполнении с ОВ на статоре и с трёхфазной обмоткой на роторе. Оба исполнения в электромагнитном отношении равноценны, однако для крупных СМ предпочтительнее основное исполнение, т.к. в этом случае с помощью скользящего контакта подводится мощность возбуждения, составляющая 0,3 – 2% преобразуемой мощности, а не полная мощность, как в обращённом двигателе.

Трёхфазная обмотка переменного тока называется иногда в СМ якорной обмоткой, и, соответственно, часть машины, несущая эту обмотку, называется якорем; часть машины, несущая ОВ, - индуктором. В основном исполнении статор является якорем, ротор – индуктором, в обращённом исполнении – наоборот. В СМ небольшой мощности для образования поля возбуждения часто используются постоянные магниты.

При работе СМ в режиме генератора возбуждённый ротор приводится во вращение с частотой n внешним механическим вращающим моментом (гидравлическая или паровая турбина). Ток ОВ If создаёт МДС Ff и магнитный поток, неподвижный относительно полюсов и замыкающийся через сердечник статора. Вращающимся потоком возбуждения в обмотке статора индуктируется ЭДС частотой f = рn/60. ЭДС фаз трёхфазной обмотки взаимно смещены во времени на электрический угол 1200. Если к обмотке статора присоединить симметричную нагрузку, то под действием ЭДС в ней и во внешней цепи будет протекать симметричная система токов IА, IВ, IС, которые создают МДС якоря Fа и магнитное поле, вращающееся со скоростью:

Ω = 2πf/р, т.е. синхронно с ротором (здесь р – число периодов магнитного поля). МДС якоря Fа может быть разложена по направлениям продольной d и поперечной q осей ротора (Fа = Fd + Fq). Результирующий вращающийся магнитный поток Ф образуется в результате совместного действия взаимно неподвижных МДС F f и F а. В результате взаимодействия потока Ф с током обмотки якоря возникает электромагнитный момент

М~ФIсоsφ, где I = IА = IВ = IС; φ – угол сдвига фаз напряжения U и тока I генератора. В генераторном режиме электромагнитный момент действует навстречу внешнему вращающему моменту, т.е. является тормозящим.

При работе СМ в качестве двигателя обмотка статора подключается к трёхфазной сети переменного тока, а обмотка ротора – к источнику постоянного тока. Обмотка статора создаёт вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с полем обмотки возбуждения возникает электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор вращается с синхронной частотой. В установившемся режиме электромагнитный момент уравновешивается внешним тормозящим механическим моментом.

Назначение и области применения СМ.

Основная область применения СМ – преобразование механической энергии в электрическую. Преобладающая часть электроэнергии производится с помощью синхронных трёхфазных турбогенераторов и гидрогенераторов. Первые приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, вторые – гидротурбинами. Синхронные генераторы с приводом от других типов двигателей (дизельных, внутреннего сгорания, поршневых, паровых и др.) выполняются на небольшую мощность для питания автономных нагрузок.

СМ применяются также и в качестве двигателей, особенно в крупных установках, т.к. в отличие от АД они способны генерировать, а не потреблять реактивную мощность. Обычно СМ рассчитываются таким образом, чтобы они могли генерировать реактивную мощность, примерно равную активной мощности (соответственно около 0,6 и около 0,8 полной мощности). Зачастую оказывается выгодным устанавливать около крупных промышленных центров СМ, предназначенные исключительно для генерирования реактивной мощности, которые называются синхронными компенсаторами.

Согласно общему стандарту на электрические машины (ГОСТ 183-74), а также стандартам на турбогенераторы (ГОСТ 533-68), гидрогенераторы (ГОСТ 5616-72) и синхронные компенсаторы (ГОСТ 609-75) к числу номинальных данных СМ, указываемых на табличке, относятся:

а) номинальная мощность (для генераторов и синхронных компенсаторов – полная электрическая мощность, кВА; для двигателей – механическая мощность на валу двигателя, кВт);

б) номинальный коэффициент мощности (при перевозбуждении);

в) номинальный КПД (только для двигателей);

г) схема соединения фаз обмотки статора;

д) номинальное линейное напряжение обмотки якоря (статора), В;

е) номинальная частота вращения, об/мин (для гидрогенераторов указывается ещё и угонная частота вращения);

ж) номинальная частота тока якоря, Гц;

з) номинальный линейный ток якоря, А;

и) номинальные напряжения и ток обмотки возбуждения.

Все промышленные СМ выполняются на частоту 50 Гц. Требуемая синхронная частота вращения n, об/мин (или угловая скорость Ω рад/сек), обеспечивается выбором соответствующего числа периодов обмоток:

Таблица 1.

р 1 2 3 4 8 16 32 64
n,об/мин 3000 1500 1000 750 375 187,5 93,7 46,9

В зависимости от мощности турбины и напора воды частота вращения гидрогенераторов колеблется в пределах 50 ÷ 600 об/мин. Большие частоты вращения относятся к высоконапорным ГЭС с турбинами небольшой мощности, меньшие частоты – к низконапорным ГЭС с крупными турбинами.

Турбогенераторы, как правило, выполняются на частоту вращения 3000об/мин (р=1). При р = 2 (1500 об/мин) изготавливаются турбогенераторы для АЭС, где при имеющихся параметрах пара не всегда удаётся получить частоту вращения турбины более 1500 об/мин.

Гидрогенераторы выполняются преимущественно с вертикальной осью вращения. Турбина располагается под гидрогенератором, и её вал, несущий рабочее колесо, соединяется с валом генератора при помощи фланца. Гидроагрегаты, объединяющие турбину и гидрогенератор, являются крупнейшими машинами в промышленности. Их мощность достигает 200 – 715 МВА, высота 20 – 30 м. Ротор имеет явнополюсное исполнение.

Турбогенераторы, почти всегда выполняются с горизонтальной осью вращения. Диаметр ротора турбогенератора значительно меньше его активной длины и имеет неявнополюсное исполнение.

Синхронные двигатели выпускаются серийно мощностью от 100 кВт до нескольких десятков МВт на частоты вращения от 3000 до 100 об/мин. При частотах 3000, 15000 об/мин двигатели выполняются с неявнополюсными роторами; при частотах вращения 1000 об/мин и менее двигатели выполняются с явнополюсными роторами. На гидроаккумулирующих электростанциях применяются обратимые гидрогенераоры-двигатели. Мощность обратимых машин составляет 200 ÷ 300 МВт.

Синхронные компенсаторы выпускаются мощностью 15 ÷ 160 МВА при частотах вращения 750 ÷ 1000 об/мин. Ротор этих машин выполнен явнополюсным, охлаждение обычно водородное.

В зависимости от мощности и частоты вращения номинальные напряжения обмотки якоря (статора) СМ выбирается из числа стандартных напряжений: 0,23; 0,4; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75 кВ (для генераторов) и 0,22; 0,38; 3; 6; 10 кВ (для двигателей). Номинальное напряжение ОВ выбирается в пределах 24 ÷ 400 В.

С ростом мощности и частоты вращения КПД СМ увеличивается. При мощности 100 ÷ 4000 кВА КПД составляет 0,9 ÷ 0,95; в гидрогенераторах и турбогенераторах большой мощности он достигает 0,97 ÷ 0,99.

Таблица 2.

Синхронные генераторы (основные типы)

Название Описание
Турбогенераторы Неявнополюсные машины, предназначенные для сопряжения с паровыми или газовыми турбинами. Обычно двухполюсные с частотой вращения 3000 об/мин и мощностью до 1200 МВт. При мощности до 12 МВт выпускаются с воздушным охлаждением, а при больших мощностях – с водородным. В турбогенераторах мощностью более 100 МВт применяется непосредственное охлаждение проводов обмоток водородом при избыточном давлении до 0,4 МПа, дистиллированной водой или трансформаторным маслом.
Гидрогенераторы Явнополюсные машины, предназначенные для сопряжения с гидравлическими турбинами. Обычно многополюсные с частотами вращения от 50 до 500 об/мин (иногда до 1000 об/мин) мощностью до 700 МВА. Рассчитаны на угонную частоту вращения, равную 1,8 ÷ 3,5 номинальной.
Синхронные компенсаторы Трёхфазные синхронные машины, предназначенные для генерирования реактивной мощности. Обычно явнополюсные с частотами вращения 750÷1000 об/мин. При мощностях до 25МВА выполняются с воздушным охлаждением, а при больших мощностях – с водородным.
Трёхфазные синхронные генераторы общего назначения Предназначены для сопряжения с поршневыми двигателями. Рассчитаны на угонную частоту вращения, равную 1,2 номинальной. Выполняются мощностью от нескольких киловатт до нескольких десятков тысяч киловатт при частотах вращения от 100 до 1500 об/мин.
Индукторные генераторы Однофазного или трёхфазного тока с расположением обмоток переменного и постоянного тока только на статоре. Выпускаются мощностью до нескольких сотен киловатт. При частотах вращения 1500÷3000 об/мин дают возможность получить ток, частотой 2000÷10000 Гц (иногда до 50000 Гц). Применяются для высокочастотного нагрева и других целей.
Генераторы с постоянными магнитами Обычно трёхфазные без обмотки возбуждения (иногда с обмоткой, образующей дополнительное подмагничивание). При частотах вращения 5000÷25000 об/мин выполняются мощностью от нескольких ватт до 10кВт и более.
Однофазные синхронные генераторы Выполняются мощностью в несколько киловатт (иногда для целей электрической тяги мощностью 50000кВт). При одинаковых главных размерах мощность однофазного генератора составляет около 70% мощности трёхфазного генератора при меньшем КПД.

Таблица 3.

Синхронные двигатели (основные типы).

Название Описание
Трёхфазные синхронные двигатели Выпускаются на мощность от 30 кВт до нескольких МВт при частотах вращения от 100 до 1000 об/мин в явнополюсном исполнении и 1500, 3000 об/мин – в неявнополюсном исполнении. Имеют вентильную или электромашинную систему возбуждения. Коэффициент мощности обычно 0,9 (при перевозбуждении). Имеют на роторе дополнительную короткозамкнутую обмотку, позволяющую осуществлять асинхронный пуск.
Реактивные синхронные двигатели Самые распространённые СД небольшой мощности (от долей ватта до нескольких киловатт). Выпускаются в трёхфазном и однофазном (конденсаторном) исполнении. Не имеют ОВ на роторе.
Асинхронизированные синхронные двигатели По конструкции напоминают асинхронные двигатели с фазным ротором. Имеют две обмотки на роторе, которые в асинхронном режиме питаются токами частоты скольжения. В результате машина не выпадает из синхронизма. Применяются для работы с тяжёлыми условиями пуска и эксплуатации.
Гистерезисные синхронные двигатели Выпускаются в трёхфазном и однофазном исполнении без ОВ мощностью до 500 Вт. Обладают хорошими пусковыми свойствами. Работают бесшумно. Могут иметь несколько синхронных частот вращения.
Двигатели с постоянными магнитами Выпускаются в трёхфазном и однофазном исполнении без ОВ на роторе мощностью от долей ватта до нескольких десятков ватт. Имеют высокие КПД и коэффициент мощности.
Двигатели с электромагнитной редукцией частоты вращения Принцип действия основан на взаимодействии зубцовых гармоник поля. Позволяет получать низкие частоты вращения. Применяются а устройствах автоматики и при использовании источников питания повышенной частоты.
Шаговые двигатели Питаются импульсами электрического напряжения, под воздействием которых совершают угловое или линейное перемещение на размер шага. Применяются в системах автоматического регулирования.


Опубликовать


Если вам понравилась эта статья, разместите ссылку у себя на сайте или форуме. Для этого скопируйте текст, расположенный ниже:

Ссылка на статью для форума (bbcodes):
[url=http://treugoma.ru/machines/sinhronnie-machiny-naznachenie-i-oblost-primenenia/]Синхронные машины. Принцип дейсивия.Назначение и области применения[/url]
html ссылка:
<a target="_blank" title="Синхронные машины. Принцип дейсивия.Назначение и области применения" href="http://treugoma.ru/machines/sinhronnie-machiny-naznachenie-i-oblost-primenenia/">Синхронные машины. Принцип дейсивия.Назначение и области применения</a>


Поиск по сайту

© 2010 - 2017 treugoma.ru


Warning: include_once(/home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/cnstats/cnt.php) [function.include-once]: failed to open stream: Нет такого файла или каталога in /home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/netcat/index.php(67) : eval()'d code on line 168

Warning: include_once() [function.include]: Failed opening '/home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/cnstats/cnt.php' for inclusion (include_path='/home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/netcat/require/lib/') in /home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/netcat/index.php(67) : eval()'d code on line 168