Назначение и принцип действия синхронной машины

Назначение. Синхронные машины используют в качестве генераторов и двигателей. Синхронные генераторы вырабатывают электрическую энергию трехфазного тока. Синхронные генераторы применяют на тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока. На этих тепловозах напряжение, полученное от синхронного генератора, выпрямляется полупроводниковыми преобразователями и подается на тяговые двигатели постоянного тока.

Принцип действия. На статоре 2 синхронной машины располагается трехфазная обмотка 1 (рисунок 25, а), а на роторе 4 — полюсы (электромагниты) с обмоткой, питаемой постоянным током через контактные кольца 3 и щетки. Обмотка 5 полюсов, создающая магнитный поток возбуждения машины, называется обмоткой возбуждения. При вращении ротора 4 с некоторой частотой поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в ее фазах переменную ЭДС, изменяющуюся с частотой f = ,

.

Рисунок 25- Электромагнитная схема синхронной машины (а), и схемы ее включения:1—трехфазная обмотка статора; 2— ротор; 3 — обмотка возбуждения; 4, 5 — обмотки якоря

Благодаря тому что обмотки трех фаз синхронного генератора сдвинуты в пространстве на угол 120°, индуцируемые в них ЭДС будут сдвинуты одна относительно другой по фазе на '/з периода. Если к обмотке статора подключить какую-либо нагрузку, то протекающий по этой обмотке трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле.

Ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. По этой причине рассматриваемая машина называется синхронной. В такой машине результирующий магнитный поток Фрез создается совместным действием магнитодвижущих сил обмотки возбуждения и обмотки статора и вращается в пространстве с той же частотой вращения, что и ротор.

В синхронной машине обмотка (рисунок 25,б), в которой индуцируется ЭДС и протекает ток нагрузки, называется обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения,— индуктором. Следовательно, в машине, выполненной по схеме, показанной на рисунке 25, статор является якорем, а ротор— индуктором. С точки зрения принципа действия и теории работы машины безразлично — вращается якорь или индуктор, поэтому в некоторых случаях применяют синхронные машины с обращенной электромагнитной схемой: у них обмотка якоря, к которой подключается нагрузка, располагается на роторе, а обмотка возбуждения, питаемая постоянным током,— на статоре.

Обмотка якоря обычно имеет семь выводов: от начал А, В, С и концов X, Y, Z фаз и от нулевой точки 0. Это дает возможность соединять фазы и подключать к ним нагрузку по различным схемам: «звезда», «звезда с нулевым проводом» и «треугольник».

Таким образом, синхронная машина имеет следующие особенности: ротор машины, работающей как в двигательном, так и в генераторном режимах, вращается с постоянной частотой вращения, равной частоте вращения вращающегося магнитного поля, а магнитное поле создается постоянным током, подводимым от внешнего источника, или постоянными магнитами.

Синхронные генераторы тепловозов с электропередачей переменно-постоянного тока имеют две обмотки якоря 6 и 7 (рисунок 25, в), фазы которых OA и О'А', ОВ и О'В' и ОС и О'С сдвинуты на 30°. Выводы обмоток якоря подключены к полупроводниковому выпрямителю. В результате сдвига фаз обмоток якоря существенно уменьшается пульсация напряжения и тока на выходе выпрямителя, что улучшает работу тяговых двигателей постоянного тока.

Вопросы для самоконтроля:

1. Как устроен и работает асинхронный двигатель?

2. Что такое скольжение и почему двигатель называется асинхронным?

3. Как устроен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

4. Как устроен асинхронный двигатель с фазным ротором?

5. Как регулируется скорость и направление вращения асинхронных двигателей?

6. Как устроен и работает синхронный генератор?

7. Как производится регулирование напряжения и частоты синхронного генератора?

8. Как работает синхронный генератор при нагрузке и на общую сеть?