
где UФ - напряжение фазы обмотки якоря, Iа – фазный ток якоря.
Е0 = UФ + ragIа + jхСИНgIа,
Обмотка одной фазы статора может быть представлена схемой замещения, показанной на рис. 3.2, а. ЭДС Е0 - эта ЭДС холостого хода, индуктируемая потоком обмотки возбуждения; ra, хСИН - активное и индуктивное сопротивления фазы генератора; zНАГ - сопротивление нагрузки. Согласно второму закону Кирхгофа
Синхронная машина может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к ней нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При работе параллельно с сетью она может отдавать или потреблять электрическую энергию, т. е. работать генератором или двигателем. При подключении обмотки статора к сети, ток статора создает вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с током обмотки возбуждения создается электромагнитный момент. При работе машины в двигательном режиме этот момент является вращающим, а при работе в генераторном режиме - тормозным. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой n = n1 независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки.
Результирующий магнитный поток синхронной машины создается совместным действием МДС обмоток возбуждения и статора. Результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же скоростью, что и ротор.
Ротор вращается с такой же частотой, что и магнитное поле статора.
Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то проходящий по этой обмотке трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого
где р – число пар полюсов обмотки статора.
При вращении ротора с частотой n поток возбуждения, создаваемый током возбуждения, пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в них переменную ЭДС, изменяющуюся с частотой
На крупных подстанциях электрических систем устанавливают специальные синхронные машины, отдающие в сеть реактивную мощность (она необходима для создания магнитного поля в асинхронных двигателях, трансформаторах). Эти машины называются синхронными компенсаторами.
Синхронные двигатели применяют в электроприводах большой мощности. Начиная, примерно, с 200 кВт и выше синхронные двигатели становятся экономически выгоднее по сравнению с асинхронными двигателями. Их применяют в установках, где не требуется частых пусков и регулирования скорости.
В энергетической системе, на которую работают большое количество электростанций, генераторы работают в особом режиме, когда необходимо поддерживать величину напряжения и частоту переменного тока в линии постоянными. Активную и реактивную мощность генераторов регулируют по заданному графику нагрузки. Приводными двигателями этих генераторов могут быть паровые, газовые и гидравлические турбины (тепловые и атомные электростанции, гидроэлектростанции). Мощность современных генераторов достигает нескольких сотен МВА.
Синхронные генераторы являются основными источниками электрической энергии и устанавливаются на всех видах электрических станций.
Рис. 3.1 - Электрическая схема синхронной машины: 1 - обмотка статора; 2 - обмотка ротора; 3 - контактные кольца; 4 - щетки
Трехфазная обмотка статора подключается к сети переменного тока, а обмотка ротора (обмотка возбуждения) - к источнику постоянного тока, т. е. ротор представляет собой вращающийся электромагнит, рис. 3.1.
В отличие от асинхронной машины скорость вращения ротора синхронной машины равна скорости вращения поля статора и сохраняется постоянной независимо от нагрузки.
Электротехника и электроника.3. Трехфазные синхронные машины
электронный учебно-методический комплекс
Электротехника и электроника
Электротехника и электроника