 |
|
Общие сведения о синхронных машинах
Синхронной машиной (СМ) называется такая электрическая машина переменного тока, скорость вращения ротора n которой во всех режимах работы находится в строго постоянном отношении к частоте сети f и определяется выражением
, (7.1)
где р — число пар полюсов магнитной системы ротора.
Другими словами, скорости вращения ротора и магнитного поля, создаваемого обмоткой статора СМ, равны и в отличие от асинхронных машин, скорость вращения ротора n синхронных машин не зависит от нагрузки.
Синхронная машина, так же как машина постоянного тока и асинхронная, обратима, то есть может работать как генератором, так и двигателем. Наибольшее распространение она получила в качестве трехфазного синхронного генератора (СГ) переменного тока. Этот тип генераторов является основным источником электрической энергии промышленных и судовых электростанций переменного тока. Чаще всего трехфазная обмотка размещается на неподвижном статоре, а обмотка возбуждения - на вращающемся роторе. Синхронные машины малой мощности (2…5 кВт) иногда изготовляются в обращенном исполнении с обмоткой возбуждения на статоре и трехфазной обмоткой на роторе. Основное исполнение предпочтительнее, так как мощность возбуждения, подводимая к обмотке возбуждения через скользящие контакты, составляет 0,3…2% преобразуемой мощности, тогда как в обращенном исполнении через эти контакты нужно снимать практически полную мощность машины. В синхронных микромашинах и машинах специального исполнения для возбуждения часто используются постоянные магниты.
Преимущественное применение синхронные машины имеют в качестве генераторов с турбо- или гидроприводом. В судовых электроэнергетических системах в качестве основных и аварийных источников электроэнергии применяются дизель-генераторы.
В крупных промышленных установках (поршневые компрессоры, воздуходувки и др.) применяются синхронные двигатели. Их преимущество перед асинхронными двигателями заключается главным образом в том, что они не потребляют, а генерируют в сеть реактивную мощность, повышая, таким образом, общий коэффициент мощности системы.
Все синхронные машины, выпускаемые в нашей стране, рассчитаны на частоту f = 50 Гц с учетом частоты вращения ротора n в зависимости от числа пар полюсов обмотки статора
(7.2)
Таким образом, значения р и п строго стандартизированы:
р, 1 2 3 4 8 16 32 64
п, об/мин 3000 1500 1000 750 375 187,5 93,7 46,9
Турбогенераторы выполняются только на 3000, реже на 1500 об/мин. Частота вращения гидрогенераторов составляет от 600 до 46,9 об/мин в зависимости от мощности турбины и напора воды. Дизель-генераторы рассчитываются, как правило, на 375…1500 об/мин.
Синхронные двигатели выпускаются с мощностями от 100 кВт до десятков тысяч киловатт с частотами вращения от 3000 до 93,7 об/мин.
Освоен также выпуск синхронных микродвигателей различных типов в широком диапазоне частот вращения (от нескольких оборотов до 3000 об/мин) и мощностей (от долей ватт до нескольких сотен ватт).
Для компенсации реактивной мощности в электроэнергетических системах выпускаются синхронные компенсаторы на мощности от 15 до 160 МВ·А при частотах вращения 750…1000 об/мин.
Номинальное напряжение обмотки статора синхронных машин также стандартизовано и составляет: для генераторов — 230 и 400 В; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75 кВ; для двигателей — 220 и 380 В; 3; 6 и 10 кВ. Номинальное напряжение обмотки возбуждения составляет от 24 до 400 В. Синхронные генераторы автономных источников имеют, как правило, номинальное напряжение 230 и 400В. Специальные генераторы выполняются на частоту 400 или 500 Гц.
Прообразом современных СМ является генератор, созданный в 1878 году нашим соотечественником П.Н. Яблочковым для питания знаменитых «свечей Яблочкова».
В настоящее время Украина занимает ведущие позиции среди других стран в вопросах теории и проектирования СМ, а в электромашиностроительной промышленности нашей страны реализованы самые современные технологические процессы их производства.