Принцип работы синхронных и асинхронных электрогенераторов. Синхронные генераторы90. . Принцип действия синхронного генератораСинхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключается к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмоткой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка является обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из одной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распространение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря. В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе (рис. 1). Синхронные машины небольшой мощности иногда имеют обращенное исполнение, когда обмотка якоря располагается на роторе, а обмотка возбуждения - на полюсах статора (рис. 2). В электромагнитном отношении обе конструкции равноценны.
Рассмотрим принцип действия синхронного генератора. Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз. Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, магнитные оси которых сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируются ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индуктируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора п:
Векторная диаграмма синхронной машины в режиме генератора
Поток ротора направим влево по оси абсцисс (рис. 3.4). Вектор ЭДС, индуктируемой потоком ротора, отстает от него на 90 градусов. Вектор тока статораотстает от векторана угол ψ, определяемый выражением:
xH и RH - индуктивное и активное сопротивление цепи нагрузки генератора. Чтобы определить положение вектора , опустим из конца вектораперпендикуляр на направление вектора. На этом перпендикуляре, чтобы вычесть изреактивное напряжение, отложим это реактивное напряжение вниз. Затем влево из полученной точки, параллельно векторуотложим активное напряжение. Соединив полученную точку с началом координат, мы найдем вектор напряжения. Соединив ту же точку с концом вектора, получим треугольник внутренних падений напряжения генератора с гипотену диаграмма синхронного двигателя
Будем считать, что возбуждение машины при переходе от генераторного режима к двигательному осталось неизменным, и поэтому сохраним в диаграмме двигателя, как и в диаграмме генератора, ту же длину вектора , но отложим теперьотстающим отна угол θ. Направление вектораопределяется условием. Чтобы определить направление векторапродолжим(полученное вычитанием из векторавектора) и на эту прямую опустим перпендикуляр из начала координат и отложим на нем. Теперьотстает отболее чем на 90 градусов. Положительную мощность токсоздает не с, а с напряжением сети. Векторы потоковистроим каждый под углом 90 градусов к вектору индуктируемой ими ЭДС (т е. ки). Режим двигателя устойчив при изменении θ в пределах от 0 до -90 и неустойчив при θ<-90 градусов, когда возрастание θ не увеличивает, а уменьшает вращающий момент. Если механический тормозящий момент, приложенный к валу двигателя, превзойдет максимальное значение вращающего электромагнитного момента Мэ.м.max, то произойдет выпадение двигателя из синхронизма - ротор постепенно уменьшит скорость и, наконец, остановится, ЭДС в обмотке уменьшится до 0, а токи достигнут весьма больших значений, во много раз превышающих номинальные. Для явнополюсной машины
Для неявнополюсной Xd=Xq Q=*cosθ- На электрических станциях применяют трехфазные синхронные генераторы переменного тока высокого и низкого напряжений. Слово синхронный обозначает — одновременный. Это значит, что одновременно и в строгой математической зависимости с изменением оборотов изменяется частота тока Эта зависимость определяется формулой
где п1 — число оборотов генератора в минуту,f1 — частота тока генератора(гц), р — число пар полюсов в роторе генератора Синхронный генератор состоит из неподвижной части —статора, в пазах которого помещается трехфазная обмотка переменного тока, и вращающейся части —ротора, который представляет собой электромагнит (рис. 163). Обмотки возбуждения ротора питаются через щетки и кольца постоянным током от возбудителя — машины постоянного тока или какого-нибудь выпрямителя Ротор синхронного генератора, находящийся внутри статора, вращают первичным двигателем, при этом магнитное поле ротора пересекает витки трехфазной обмотки статора и индуктирует в них э. д. с. переменного тока. В некоторых конструкциях синхронных генераторов обмотки полюсов неподвижны и укреплены на станине, а вращается трехфазная обмотка переменного тока, выполняемая в пазах стального цилиндра, набранного из листов электротехнической стали. Переменный ток в этом случае снимают с колец, т. е. скользящим контактом, что является недостатком таких генераторов. Широкого распространения эти типы генераторов но нашли. § 2. Устройство синхронных генераторовтонкой бумагой. В пазы сердечника укладывают обмотку статора из медного изолированного провода (рис. 164). Роторы синхронных генераторов бывают двух типов — явнополюсными и неявнополюсными. Явнополюсными выполняют роторы синхронных генераторов с небольшим числом оборотов, обычно соединяемых с тихоходными гидротурбинами, и генераторов небольшой и средней мощности (рис. 165). Роторы неявнополюсные применяют в генераторах с большим числом оборотов (3000 об/мин) и большой мощности, обычно соединяемых на одном валу с паровыми турбинами, называют эти генераторы турбогенераторами Сердечники полюсов большей частью изготовляют из литой стали, а башмаки — иногда из отдельных листов электротехнической стали. Обмотку полюсов выполняют из медных изолированных проводов. Для получения синусоидально изменяющейся э. д. с. необходимо иметь синусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. Это достигается неравномерностью воздушного зазора между наконечником полюса и сталью статора: по краям полюсов воздушный зазор больше, чем под серединой полюса (рис. 167). На вал генератора надевают два кольца, изолированных от него, к которым присоединяют выводы обмотки возбуждения ротора, их называют контактными кольцами. На контактные кольца устанавливают щетки, а к щеткам подводят постоянный ток от возбудителя. Чаще всего в качестве возбудителя применяют машину постоянного тока, которую называют машинным возбудителем, а в последнее время используют для возбуждения твердые или механические выпрямители. У большего количества синхронных машин возбудитель расположен на одном валу с генератором (рис. 168), а в последних конструкциях возбудитель располагают сверху статора синхронной машины (рис. 169). Отечественной электропромышленностью выпускаются синхронные генераторы различной мощности горизонтальные и вертикальные. Генераторы мощностью до 400 ква и более выпускаются на напряжение 400/230в и начиная с мощности 400ква на напряжение 6300в. Горизонтальные генераторы типа СГ (С — синхронный, Г — генератор) выпускаются с машинным возбудителем, с возбуждением от твердых выпрямителей (СГС), с возбуждением от механических выпрямителей (СГТ) и другие. Вертикальные гидрогенераторы типа ВГС (В — вертикальный, Г — гидрогенератор, С — синхронный) выпускаются мощностью от 250 до 4800 ква с машинными возбудителями Выпускаются синхронные генераторы для сопряжения с дизелями на одном валу типа СГД — мощностью до 1000 ква в первом случае получит ускорение, и отдаваемая им на сеть активная мощность увеличится, во втором случае ротор получит замедление, тогда мощность генератора уменьшится. Для изменения реактивной мощности генератора изменяют его возбуждение. studfiles.net Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности.Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности
Эта статья будет посвящена такому вопросу как «различия между синхронными и асинхронными генераторами». Казалось бы вопрос довольно простой и не требует детального разбирательства, можно открыть учебник физики и все прочесть, да и в интернете должно быть много информации. Все верно, но учебник физики есть не у всякого, а в интернете слишком много противоречивой информации. Различные сайты размещают у себя противоречивые определения одного и того же. В этой статье мы дадим точное, максимально полное и понятное описание. Про то, что такое электростанция, генератор и двигатель Вы уже прочти или же можете прочесть в статье на нашем сайте, которая так и называется: «Что такое генератор/электростанция». Первое определение синхронного генератора будет техническим, а второе более практическим. Первое поможет понять устройство и принцип его работы, а второе применить знания и точнее определиться с типом генератора, который Вам необходим. Синхронный генератор I. Синхронный генератор – механизм, работающий в режиме генерации энергии, в котором частота вращения магнитного поля стартора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку стартера, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но ОБЯЗАТЕЛЬНО кратно двум. В бытовых электростанция чаще всего применяют ротор с двумя полюсами. Именно этим объясняется частота вращения двигателя электростанции – 3000 об/мин. При старте электростанции, ротор создает слабое магнитное поле, но с ростом оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Рассмотрим на примере: Подключение индуктивной нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, а подключение емкостной нагрузки вызывает подмагничивание генератора и рост напряжения. Такое явление носит название «реакция якоря». Обеспечение стабильного выходного напряжения происходит за счет изменения магнитного поля ротора путем регулирования тока в его обмотке. Это происходит за счет использования блока автоматической регулировки (AVR). Основным достоинством синхронного генератора является высокая стабильность выходного напряжения. Несовершенство синхронных генераторов – это возможность перегрузки по току, так как при превышении допустимой нагрузки, регулятор может слишком сильно поднять то к в обмотке ротора. Также синхронные генераторы требует периодического обслуживания, пусть и не очень частого. II. Синхронный генератор – тип генератора, который способен кратковременно выдавать ток в 3-4 раза выше номинального. Также синхронные генераторы оптимальны для подключения оборудования с высокими стартовыми токами. Это электродвигатели, насосы, компрессоры, дисковые пилы и прочий электроинструмент. Для подключения сварочных аппаратов тоже желательно использовать электростанции с синхронными генераторами. Асинхронный генератор I.Асинхронный генератор – асинхронный двигатель, работающий в режиме торможения. В этом случае ротор вращается в одном направлении с магнитным полем стартера, но с опережением. Различают короткозамкнутые и фазные роторы в зависимости от типа обмотки. Вращающееся магнитное поле, создаваемое вспомогательной обмоткой стартора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке стартора, тоже принцип, что в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не поддается регулировке, поэтому частота и напряжение на выходе генератора зависят от частоты оборотов ротора, которые в свою очередь, зависят от стабильности работы двигателя электростанции. Генераторы асинхронного типа имеют малую чувствительность к короткому замыканию и высокую степень защиты от внешних воздействий. О классах защиты мы поговорим немного позднее. Цена генераторов такого типа ниже, что является еще одним плюсом. Асинхронные генераторы менее распространены из-за ряда недостатков: такой генератор потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы требуются конденсаторы; ненадежность работы в экстремальных условиях; зависимость напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя. II. Асинхронный генератор – генератор, который можно использовать только с приборами не имеющими высоких стартовых токов и устойчивыми к незначительным перепадам напряжения. Такие генераторы стоят дешевле чем синхронные и имеют более высокий класс защиты от внешних условий.
Классы защиты генераторов Этот параметр обозначается буквами (IP) и двумя цифрами, которые и несут смысловую нагрузку. Разберемся поподробнее. Синхронные генераторы сейчас чаще всего соответствуют классу IP 23, тогда как асинхронные – IP 54. Хотя в последнее время все больше производителей начинают выводить на рынок синхронные генераторы с таким же высоким классом защиты (IP 54) как и у асинхронных генераторов. Такая разница в классах защиты объясняется конструктивными особенностями генераторов обоих типов. На синхронном генераторе находятся катушки индуктивности, а асинхронный генератор имеет более простую конструкцию (еще говорят «закрытую»), поскольку его ротор напоминает маховик.
Расшифровка:
• 0-защита отсутствует • 1-защита от предметов > 50 мм • 2-защита от предметов > 12 мм • 3-защита от предметов > 2.5 мм • 4-защита от предметов > 1 мм • 5-защита от пыли Вторая цифра означает: • 0-защита отсутствует • 1-защита от вертикально падающих капель воды • 2-защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали • 3-защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали • 4-защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон • 5-защита от струй воды со всех сторон
Надеемся, что после прочтения этой статьи Вам станет немного проще выбрать генератор, который подойдет Вам больше всего.
Специалисты интернет магазина генераторов и электростанций «Мега-ватт» Статор (англ. stator, от лат. sto — стою) электромашины, неподвижная часть электрической машины, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Стартор состоит из сердечника и станины. Ротор в технике [от лат. roto — вращаю (сь)], 1) вращаюшаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела [3] Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:
ЭДС, так же как и напряжение, измеряется в вольтах. При вращении ротора его магнитное поле наводит в трёхфазной обмотке статора переменную эдс, частота которой f = р. п, где р и n — соответственно число пар полюсов и частота вращения ротора. Быстроходные С. г. (турбогенераторы) имеют малое число пар полюсов (р = 1, 2), а в тихоходных (гидрогенераторах) р достигает нескольких десятков. Величина эдс регулируется изменением тока в обмотке ротора. Щеточный узел требует замены или ремонта. www.mega-vatt.ru Схема включения и принцип работы синхронного генератораСтроительные машины и оборудование, справочник Категория: Передвижные электростанции Схема включения и принцип работы синхронного генератораСхема включения синхронного генератора показана на рис. 1. Синхронный генератор работает следующим образом. Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем с номинальной скоростью, которая поддерживается постоянной при помощи автоматического регулятора скорости первичного двигателя. Генератор возбуждают, подавая ток возбуждения/в в обмотку ротора. Если к зажимам работающего синхронного генератора присоединить внешнюю нагрузку, то в обмотке статора появится ток, который создаст свое магнитное поле, называемое потоком обмотки статора. Этот поток делится на две части. Одна часть (поток рассеяния), замыкаясь вокруг проводников статора через его воздушный зазор и пакет, обусловливает возникновение дополнительного индуктивного сопротивления обмотки статора. Другая часть потока, замыкаясь через воздушный зазор и полюсы ротора, образует вращающееся магнитное поле статора, подобное вращающемуся полю статора асинхронного электродвигателя. Скорость вращения магнитного поля статора будет равна скорости вращения магнитного поля ротора, иначе говоря, эти поля будут вращаться с одинаковой (синхронной) скоростью. В синхронном генераторе, работающем под нагрузкой, магнитное поле статора, накладываюсь на основное магнитное поле ротора, создаваемое обмоткой возбуждения, ослабляет или усиливает его. Воздействие намагничивающей силы якоря на магнитное поле возбуждения ротора генератора называется реакцией якоря. Реакция якоря может быть поперечной или продольной. При поперечной реакции поле статора размагничивает набегающий край полюсов и намагничивает сбегающий край полюсов. Продольная реакция может быть продольно-размагничивающей или продольно-намагничивающей. В первом случае магнитный поток якоря направлен навстречу потоку полюсов вдоль их оси, во втором случае согласно потоку полюсов также вдоль их оси.
Рис. 1. Схема включения синхронного генератора в сеть с нагрузкой: 1 — статор, 2 — ротор, 3 — возбудитель, 4 — шунтовой регулятор, 5 — электродвигатель, 6 — лампы Реакция якоря зависит от характера нагрузки и оказывает большое влияние на работу синхронного генератора. При чисто активной нагрузке реакция якоря будет поперечной, а при чисто индуктивной и чисто емкостной нагрузках — соответственно продольно-размагничивающей и продольно-намагничивающей. Обыч-нЪ генераторы работают на смешанную нагрузку, чаще всего на индуктивную и активную. Регулирование тока в обмотке возбуждения (в обмотке индуктора) генератора осуществляют при помощи шунтового регулятора (реостата), включенного в цепь возбуждения возбудителя. Изменяя напряжение возбудителя, можно изменять силу тока в индукторе генератора. Сущность данного способа регулирования заключается в том, что изменение тока в обмотке возбуждения ротора вызывает изменение э. д. е., индуктируемой в обмотке статора. При этом с увеличением тока в обмотке возбуждения э. д. е., индуктируемая в обмотке статора, также увеличивается. Необходимость регулирования тока возбуждения вызывается частыми изменениями характера и величины нагрузки. Читать далее: Параллельная работа синхронных генераторов Категория: - Передвижные электростанции Главная → Справочник → Статьи → Форумstroy-technics.ru Принцип действия и устройство синхронного генератора трехфазного токаВ судовых электрических станциях переменного тока применяются синхронные генераторы трехфазного тока с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением имеют навешанный возбудитель (электрическая машина постоянного тока) в автоматическим и ручным регулятором напряжения. У самовозбуждающихся генераторов возбуждение осуществляется через полупроводниковый выпрямитель от статора генератора; саморегулирование напряжения осуществляется статическими приборами. Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания. Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов. Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки. Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более.На рис. 7.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.
Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока: Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде: где n — частота вращения ротора генератора,Ф — магнитный поток,c — постоянный коэффициент.При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное напряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря.Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить, при увеличении — размагнитить. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.Простейший генератор трехфазного тока по конструкции аналогичен трехфазного токагенератору однофазного тока, только его якорь имеет не одну, а три обмотки АХ, BY, CZ, сдвинутые в пространстве друг относительно друга (рис. 7.2). При вращении якоря в этих обмотках наводятся э. д. с. одинаковой частоты, но имеющие разные фазы. Если амплитуды э. д. с. трех обмоток генератора равны друг другу, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными э. д. с. равен -j= 120°, то трехфазная система э. д. с. называется симметричной.
morez.ru Синхронные и асинхронные электрогенераторы: принцип действия, отличияПринцип действия любого генератора, вне зависимости от потребляемого топлива и других параметров, основан на факте возникновения электрического тока в замкнутом проводнике, который находится в изменяющемся магнитном поле. То есть на явлении электромагнитной индукции. Изменение магнитного потока достигается за счет движения либо магнита, либо проводника - и в том и в другом случае появляется электрический ток. Ток, получаемый таким образом, называют индукционным, чтобы отличить его от тока, получаемого из других источников и другими методами. Итак, чтобы возник индукционный ток, можно двигать как магнит, так и проводник. Неподвижная часть двигателя называется статором, а подвижная - ротором. Характеристики электроагрегата зависят от соотношения частоты вращения (ЧВ) магнитного поля статора и ЧВ ротора. По соотношению этих частот электростанции подразделяются на две группы: синхронные и асинхронные. В синхронном устройстве ЧВ магнитного поля статора равна ЧВ ротора. В асинхронном направление вращения ротора и магнитного поля статора совпадает, но ЧВ различна - ротор работает на опережение. Достоинства синхронных бензогенераторовК плюсам синхронных источников питания относятся стабильность выходного напряжения и высокая устойчивость к пиковым перегрузкам. Последнее особенно актуально в том случае, если планируется подключение потребителей электроэнергии, обладающих реактивной нагрузкой: они имеют высокие пусковые токи, и в момент запуска необходимая мощность может превышать номинальную в 1,5-7 раз. Такие генераторы способны выдерживать трехкратные перегрузки, что позволяет выбрать модель с меньшей мощностью (без учета пусковых перегрузок приборов с реактивной нагрузкой) для обслуживания всех планируемых потребителей электроэнергии. Минусом является относительная сложность обслуживания: в них имеется щеточный узел, который периодически требует внимания специалиста. Во время перегрузок щетки узла нагреваются и, как следствие, постепенно выгорают - их приходится регулярно либо очищать, либо менять. Еще один недостаток таких устройств - цена: они дорогие. Достоинства асинхронных генераторовАсинхронные генераторы дешевле, проще в обслуживании, практически нечувствительны к короткому замыканию. Поскольку у них отсутствует щеточный узел, конструктивно они надежнее, чем синхронные. К тому же у них нет обмоток на роторе, а следовательно, их не нужно охлаждать (обмотки ротора синхронного генератора нуждаются в охлаждении). Однако, несмотря на все эти плюсы, для организации автономного энергоснабжения асинхронные электростанции применяются очень редко. Все дело в том, что они не выдерживают кратковременные перегрузки, возникающие при подключении потребителей с высокими пусковыми токами. В результате, чтобы использовать асинхронный генератор для создания системы энергоснабжения, следует обращать пристальное внимание на его мощность: надо учитывать реактивную составляющую мощности и выбирать генератор, мощность которого соответствует не только суммарной номинальной мощности всех планируемых потребителей электроэнергии, но и кратковременной перегрузочной, возникающей при пуске приборов, которые обладают реактивной нагрузкой. Кроме того, асинхронные двигатели не слишком надежны при работе в экстремальных условиях, и стабильность напряжения на выходе у них хуже, чем у синхронных. Для борьбы с указанными недостатками современные модели оснащаются регуляторами напряжения и стартовыми усилителями. К сожалению, от этого добавляются не только плюсы, но и новые минусы: усложняется конструкция генератора и, как следствие, снижается надежность (чем проще - тем надежнее). А ведь именно простота и надежность являются главными преимуществами асинхронных генераторов. С учетом всех плюсов и минусов для создания автономной системы энергоснабжения рекомендуется использовать синхронные генераторы, несмотря на их более высокую цену и относительную сложность обслуживания. В настоящее время выпускаются синхронные электростанции без щеточного узла. Такие модели являются самыми предпочтительными, поскольку, они проще в обслуживании и лишены других недостатков, связанных с наличием щеточного узла. genport.ru Устройство синхронного генератора - fiziku5.ru
При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитные линии магнитного поля полюсов N — S, вследствие чего в витке будет индуктироваться э. д. с. Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энергии, потечет электрический ток под действием э. д. с, созданной в витке. Полученная в таком простейшем генераторе э. д. с. будет непрерывно изменять- ся в зависимости от положения витка в магнитном поле. В момент изображенный на рис. 125, проводники 1 и 2 находятся под серединами полюсов и при вращении витка пересекают в единицу времени наибольшее число магнитных линий магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в витке э. д. с. будет иметь наибольшее значение. В дальнейшем при повороте витка изменится число магнитных линий магнитного поля, пересекаемых в единицу времени проводниками 1 и 2. В момент, соответствующий повороту витка на 90° в пространстве, проводники витка будут перемещаться в вертикальном направлении, совпадающем с направлением магнитных линий магнитного поля. Следовательно, проводники 1 и 2 не пересекают магнитных линий и э. д. с. в витке равна нулю. При повороте витка на угол, больший 90°, изменится направление перемещения этих проводников в магнитном поле, а следовательно и направление э. д. с, индуктируемой в витке. Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равномерно, то э. д. с. будет меняться во времени синусоидально. За один оборот витка в пространстве э. д.с, индуктируемая в нем, претерпевает один период изменения. Если виток вращается при помощи какого-либо первичного двигателя с постоянным числом оборотов п в минуту, то в этом витке индуктируется переменная э. д. с. с частотой
§ 101. УСТРОЙСТВО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Возникновение э. д. с. в проводниках возможно как при перемещении этих проводников в неподвижном магнитном поле, так и при перемещении магнитных линий магнитного поля относительно неподвижных проводников. В первом случае полюсы, т. е. индуктирующая часть машины, возбуждающая магнитное поле, помещаются на неподвижной части машины (на статоре), а индуктируемая часть (якорь), т. е. проводники, в которых создается э. д.с. — на вращающейся части машины (на роторе). Во втором случае полюсы помещаются на роторе, а якорь — на статоре. Выше мы рассмотрели принцип действия синхронного генератора с неподвижными полюсами и вращающимся якорем. В таком генераторе энергия, вырабатываемая им, передается приемнику энергии посредством скользящих контактов — контактных колец и щеток. Скользящий контакт в цепи большой мощности создает значительные потери энергии, а при высоких напряжениях наличие такого контакта крайне нежелательно. Поэтому генераторы с вращающимся якорем и неподвижными полюсами выполняют только при низких напряжениях (до 380/220 в) и небольших мощностях I (до 15 ква). Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь — на статоре. Ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения, которая представляет собой последовательно соединенные катушки, помещенные на полюсы ротора. Концы обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами, которые крепятся на валу машины. На кольцах помещаются неподвижные щетки, посредством которых в обмотку возбуждения подводится постоянный ток от постороннего источника энергии — генератора постоянного тока, называемого возбудителем. На рис. 126 показан общий вид синхронного генератора с возбудителем. Устройство статора синхронного генератора аналогично устройству статора асинхронной машины. Ротор синхронных генераторов выполняют либо с явно выраженными (выступающими) полюсами, либо с неявно выраженными полюсами, т. е. без выступающих полюсов. В машинах с относительно малой скоростью вращения (при большом числе полюсов) роторы выполняют с явно выраженными полюсами (рис. 127, а), равномерно расположенными по окружности ротора. Полюс состоит из сердечника 1, полюсного наконечника 2 и катушки обмотки возбуждения 3, помещаемой на сердечнике полюса Первичные двигатели синхронных генераторов с явно выраженными полюсами обычно представляют собой гидравлически
турбины, являющиеся тихоходными машинами. Поэтому синхронные генераторы с явно выраженными полюсами называются гидрогенераторами. При большой скорости вращения такое устройство ротора может обеспечить нужной механической прочности и поэтому у высокоскоростных машин роторы выполняют с неявно выраженными полюсами (рис. 127, б). Сердечники роторов с неявно выраженными полюсами обычно изготовляют из цельных поковок, на поверхности которых фрезеруются пазы. После укладки обмоток возбуждения на роторе пазы его забиваются клиньями, а лобовые соединения обмотки возбуждения укрепляются стальными бандажами, помещенными на торцовых частях ротора. При такой конструкции ротора допускаются большие окружные скорости (до 180—200 м/сек). Для генераторов с неявно выраженными полюсами первичными двигателями обычно являются паровые турбины, принадлежащие к числу быстроходных машин. Поэтому синхронные генераторы с неявно выраженными полюсами называются турбогенераторами.
§ 102. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ Если синхронный генератор не нагружен, т. е. работает вхолостую, то тока в обмотках статора нет. Магнитный поток полюсов, созданный током возбуждения, индуктирует в трехфазной обмотке статора э. д. с. При нагрузке генератора в обмотке статора протекает ток. При симметричной нагрузке токи в фазах обмотки статора равны и сдвинуты на 1/3 периода. Токи статора создают вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого
т. е. магнитное поле, созданное токами в обмотке статора, вращается синхронно с магнитным полем полюсов. В обмотке статора синхронного генератора создается э. д. с, величина которой зависит от магнитного потока полюсов. Если магнитный поток полюсов очень мал, то и э. д. с также мала. При увеличении магнитного потока возрастает и э. д. с. машины. Таким образом, при постоянной скорости вращения ротора э. д.с. пропорциональна магнитному потоку, который возбуждается постоянным током, протекающим по проводникам обмотки возбуждения. Если повысить ток в обмотке возбуждения, то возрастет и магнитный поток полюсов, что вызовет увеличение э. д. с. машины. Следовательно, изменение тока в обмотке возбуждения вызывает соответствующее изменение э. д. с. машины и позволяет регулировать напряжение на зажимах генератора. Если синхронный генератор не нагружен (работает вхолостую), то тока в обмотках статора нет и напряжение на зажимах генератора равно э. д.с, индуктированной в обмотке статора. При нагрузке генератора ток в обмотке статора не равен нулю и, следовательно, напряжение на зажимах генератора не равно э. д. с, так как в сопротивлении (активном и реактивном) обмотки статора возникает падение напряжения. Кроме того, токи, протекающие по обмоткам статора’, создают поток реакции якоря, который воздействует на поток полюсов, так что при нагрузке магнитный поток не будет равен магнитному потоку полюсов при холостой Работе генератора. Поэтому изменение нагрузки, т. е. тока в статоре генератора, будет вызывать изменение напряжения на зажимах генератора в случае, если ток в обмотке возбуждения остается неизменным. На рис. 128 изображены внешние характеристики синхронного генератора при активной и реактивной нагрузках. Эти характеристики показывают зависимость напряжения на зажимах генерал тора от тока нагрузки при неизменных скорости вращения ротора и токе возбуждения. Различный вид этих характеристик при активной, индуктивной и емкостной нагрузках объясняется не одинаковым воздействием поля реакции якоря на магнитный поток полюсов.
fiziku5.ru УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРАСинхронной машиной называется такая машина переменного тока, частота вращения ротора которой находится в строго постоянном отношении к частоте тока в сети
где n – частота вращения ротора, об/мин; n1 – частота вращения магнитного поля статора; По другому определению у синхронной машины угловая скорость ротора равна угловой скорости магнитного поля Синхронная машина, как и все электрические машины обратима, может работать в трех режимах: генераторном, двигательном и в режиме компенсатора реактивной мощности. Наиболее распространенным режимом работы синхронных машин является генераторный режим, так как почти вся электрическая энергия на Земле вырабатывается синхронными генераторами. Синхронные генераторы – самые мощные электрические машины, созданные человеком [2]. На тепловых и атомных электростанциях эксплуатируются турбогенераторы мощностью 1200 МВт на 3000 об/мин и 1600 МВт на 1500 об/мин. Турбогенераторы – неявнополюсные быстроходные электрические машины; они имеют диаметр ротора 1,2–1,25 м и длину активной части статора около 7 м. В турбогенераторах достигнут наивысший кпд для вращающихся машин, примерно равный 99 %. На гидроэлектростанциях устанавливаются гидрогенераторы – явнополюсные тихоходные электрические машины. Диаметр ротора Красноярского гидрогенератора мощностью 500 МВт равен 16,1 м, высота сердечника статора 1,75 (машина вертикального исполнения), кпд – 98,2 %. На дизель-генераторных установках устанавливаются синхронные генераторы мощностью на сотни и на десятки тысяч киловатт. Выпуск автомобильных и тракторных генераторов мощностью сотни ватт достигает десятков миллионов штук в год. Синхронные машины применяются как двигатели в приводах большой мощности. На металлургических заводах, шахтах, холодильниках они приводят в движение насосы, компрессоры, вентиляторы и другие механизмы, работающие с неизменной частотой вращения. Специальные синхронные двигатели малой мощности используются в устройствах, где требуется строгое постоянство скорости: электронасосы, автоматические самопишущие приборы, устройства программирования и т. п. Достоинством синхронной машины является то, что она может быть источником реактивной мощности. Если асинхронные машины для создания поля потребляют из сети реактивную мощность, то синхронные в зависимости от степени возбуждения выдают в сеть или забирают из сети реактивную мощность. Способность синхронной машины работать с опережающим cosφ и отдавать при этом в сеть реактивную мощность позволяет улучшать режим работы и экономичность системы электроснабжения. Устройство. Синхронная машина состоит из неподвижной части – статора, в пазах которого размещается многофазная(как правило, трехфазная) обмотка, и вращающейся части– ротора с обмоткой возбуждения постоянного тока, выведенной на два контактных кольца. Статор синхронной машины аналогичен статору асинхронной машины (см. лекцию 1). Роторы синхронных машин выполняются явнополюсными и неявнополюсными (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Ротор синхронных машин: a – c явновыраженнымиполюсами; б – с неявновыраженными полюсами
Явнополюсной ротор собирается из отдельных частей (рис 14.1, а), а обмотка возбуждения выполняется в виде катушек 1, которые размещают на полюсах 2 и крепят полюсными наконечниками 3. Полюсы укрепляются на крестовине ротора. Такая конструкция применяется в тихоходных машинах: в гидрогенераторах равнинных гидростанций (n = 80–250 об/мин) и синхронных двигателях (n = 50–750 об/мин). Число полюсов этих машин достигает нескольких десятков; например, генераторы Днепровской ГЭС имеют 72 полюса. Обмотка возбуждения неявнополюсных роторов закладывается в пазы, выфрезерованные в сплошной стальной паковке, и крепится стальными клиньями. Лобовые части обмотки крепят стальными кольцевыми бандажами. Такая конструкция обеспечивает высокую механическую прочность ротора и применяется как в турбогенераторах, так и в быстроходных синхронных двигателях, например, в турбокомпрессорах. Скорость этих машин равна 3000 или 1500 об/мин, а число пар полюсов невелико – 1 или 2 пары. Постоянный ток на обмотку возбуждения подается от специального генератора-возбудителя или от выпрямителя через неподвижные щетки и контактные два кольца. Кольца расположены на валу, вращающиеся вместе с валом, изолированы от вала и друг от друга. infopedia.su |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
, где dl — элемент длины контура. 
Рис.7.1Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой 
Рис.7.2
, (14.1)
– частота переменного тока, Гц; р – число пар полюсов.
.
