Синхронные генераторы

В устройствах автоматики, измерительной техники, записи и воспроизведения звука применяются синхронные двигатели малой мощности (микродвигатели), устройство которых рассматривается в § 11.13.

Для получения различных частот вращения синхронные двигатели изготовляют с различными числами полюсов. При частоте / = 50 Гц частоты вращения будут 3000, 1500, 1000, 750 об/мин и т.д.

Перегрузочная способность может быть при необходимости увеличена за счет повышения ЭДС Е0. Из выражения максимального момента следует, что последний и, следовательно, перегрузочная способность синхронного двигателя пропорциональны первой степени напряжения в отличие от асинхронного двигателя, у которого она пропорциональна квадрату напряжения. Из этого следует, что синхронные двигатели менее чувствительны к изменению напряжения, чем асинхронные.

Синхронные двигатели могут работать кроме двигательного режима в тормозном генераторном режиме с отдачей энергии в сеть. Генераторный режим возникает в том случае, если к валу двигателя приложить не тормозящий, а вращающий мо-

ми. Учитывая это, следует иметь в виду, что синхронные двигатели относятся к двигателям с нерегулируемой частотой вращения.

Учитывая указанные достоинства синхронных двигателей, стараются везде, где это возможно, вместо асинхронных двигателей применять синхронные. Они применяются обычно в установках средней и большой мощности при редких пусках, в случаях, когда не требуется электрического регулирования частоты вращения. Синхронные двигатели используются, например, для привода насосов, компрессоров, вентиляторов, генераторов постоянного тока преобразовательных установок.

Для приводов, скорость двигателей которых не регулируется и мало зависит от нагрузки (двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением, асинхронные двигатели с ко-роткозамкнутым ротором и синхронные двигатели трехфазного тока), мощность

14.18. ДВУХФАЗНЫЕ И ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

А. Двухфазные синхронные двигатели. Они помимо обмотки, включаемой непосредственно в сеть, имеют вторую обмотку, присоединяемую последовательно с тем или другим фазосдвигающим устройством (конденсатором, катушкой индуктивности). Наиболее выгодным из них является конденсатор ( 14.34), и соответствующие двигатели называют конденсаторными. В пазах статора подобных двигателей размещают две фазные обмотки, оси которых смещены в пространстве (относительно друг друга на угол я/2). Таким путем выполняется условие получения вращающегося магнитного поля: наличие двух переменных магнитных потоков, смещенных в пространстве и сдвинутых по фазе.

Изменение активной мощности синхронного двигателя ^мех ~ Р = = 3t//a = со MTQ , подключенного к системе большой мощности (U -= const), происходит при изменении значения тормозного момента на валу (М,.ор = var). При увеличении тормозного момента мощность синхронного двигателя возрастает, одновременно увеличивается и угол в, что понижает запас устойчивости двигателя тг/2 - в. Для того чтобы синхронный двигатель не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо одновременно увеличивать ток возбуждения. Синхронные двигатели большой мощности снабже-

15.17. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Источники энергии переменного тока — синхронные генераторы —дешевле, надежней и могут быть выполнены на значительно большие мощности и более высокие напряжения, чем генераторы постоянного тока.

В качестве источника электрической энергии в трехфазных цепях используются синхронные генераторы (см. § 11.1). В трех обмотках статора (якоря) синхронного генератора, называемых его фазами ( 3.1, а), и индуктируются указанные три ЭДС.

Синхронные машины используются в качестве генераторов, двигателей и синхронных компенсаторов. Устанавливаемые на тепловых электростанциях генераторы приводятся во вращение паровыми турбинами и называются турбогенераторами. Синхронные генераторы гидроэлектростанций вращаются с помощью гидротурбин и носят название гидрогенераторов. Кроме электростанций синхронные генераторы находят применение в установках, требующих автономного источника электроэнергии. Примером могут служить автомобильные электрические краны, на которых синхронные генераторы приводятся во вращение двигателями внутреннего сгорания.

Трехфазные синхронные генераторы, двигатели и синхронные компенсаторы имеют в принципе одинаковое устройство.

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.

Для получения стандартной частоты 50 Гц при различных частотах вращения синхронные генераторы изготовляются с разными числами пар полюсов. Так, турбогенераторы изготовляются в большинстве случаев на частоту вращения 3000 об/мин и имеют одну пару полюсов (р = 1). Изготовление турбогенераторов на наименьшее число пар полюсов и соответственно на наибольшую частоту вращения позволяет уменьшить габаритные размеры, массу и стоимость генераторов. Частота вращения гидрогенераторов определяется в основном высотой напора воды и для различных станций лежит в пределах от 50 до 750 об/мин, что соответствует числам пар полюсов от 60 до 4.

Следует обратить внимание на то, что для нормальных условий работы приемников электрической энергии необходимо поддерживать напряжение и частоту синхронного генератора на заданных уровнях. Для этого синхронные генераторы снабжаются в большинстве случаев регуляторами, управляющими напряжением и частотой вращения генераторов и воздействующими на ток возбуждения генераторов и момент первичного двигателя.

Одиночно работающие синхронные генераторы встречаются сравнительно редко. Они используются в электрифицированных передвижных установках, на небольших сельских электростанциях и в ряде других случаев. На крупных электростанциях устанавливают, как правило, несколько генераторов, включаемых параллельно и работающих на общую нагрузку. Это дает возможность увеличить мощность электростанции, повысить надежность электроснабжения потребителей и экономичность электростанции. При уменьшении общей нагрузки станции часть генераторов и первичных двигателей может быть остановлена, вследствие чего оставшиеся будут работать с большей нагрузкой и более высоким КПД. С целью повышения надежности электроснабжения и экономичности несколько электростанций соединяют между собой в энергетическую систему.

Активная мощность Р = 3?//а синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности ?/= const, регулируется мощностью первичного двигателя /*мех = со Л(в . При увеличении мощности первичного двигателя, т. е. вращающего момента первичного двигателя М (паровой или гидравлической турбины), увеличивается активная составляющая тока генератора Ja(W ), одновременно с этим увеличивается и угол в , что понижает запас устойчивости я/2 - в \ генератора. Для того чтобы синхронный генератор не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо увеличивать ток возбуждения. Промышленные синхронные генераторы электрической энергии снабжены специальной регулирующей аппаратурой, при помощи которой при изменении активной мощности генератора обеспечивается требуемый запас устойчивости.

Синхронные генераторы являются основным источником электрической энергии в промышленных сетях энергоснабжения, на транспорте, в летательных аппаратах, на передвижных электростанциях и других установках.

Синхронные генераторы автономно работают на свою нагрузку в тех случаях, когда эту нагрузку нельзя или нецелесообразно подключать к электроэнергетической системе. В качестве примера можно указать на строительные площадки, удаленные от промышленных районов, лесозаготовительные пункты, морские и речные суда, летательные аппараты и т. п.