Исследование синхронных машин

Цель работы: изучить конструкцию, принцип действия, характеристики синхронных машин (СМ), классификацию СМ. Изучить характеристики синхронных генераторов (СГ).

Краткие теоретические сведения и описание лабораторной установки

Принцип действия и конструкция СМ

Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, ротор которой вращается с такой же скоростью, что и магнитное поле, создаваемое статорной многофазной обмоткой переменного тока, т.е. с синхронной скоростью:

n = 60·f/p

где f – частота сети; р – количество пар полюсов.

Синхронные машины делятся на двигатели и генераторы. Генераторы, в отличие от двигателей, преобразовывают механическую энергию в электрическую. Двигатели наоборот.

Индуктирование ЭДС в синхронных генераторах

Индуктирование ЭДС в синхронных генераторах осуществляется по закону электромагнитной индукции:

E = B·L·V·sin L.

Рис.10.1 - Принцип действия синхронного генератора.

Так как принципиально безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать магнитное поле, или, наоборот подвижное магнитное поле будет пересекать неподвижный проводник, то конструктивно синхронные генераторы могут быть изготовлены двух видов. В первом из них (рис.10.1 а.) магнитные полюсы можно поместить на статоре, а проводник на роторе и снимать с них при помощи колец и щёток переменный ток.

Ту часть, которая создаёт магнитное поле, называют индуктором, а ту часть машины, где располагается обмотка, в которой индуктируется ЭДС, называют якорем.

Следовательно: в первом типе генератора индуктор неподвижен, а якорь вращается. В таких генераторах скользящий контакт в цепи большой мощности создаёт значительные потери энергии, а при высоких напряжениях наличие такого контакта становится нецелесообразным. Поэтому генераторы с вращающимся якорем и неподвижными кольцами выполняют только при невысоких напряжениях (до 380/220 В) и небольших мощностях (до 15 кВт).

Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3...2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Поэтому наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь – на статоре (рис.10.1 б.). В наиболее распространенном случае применения трехфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещенных друг относительно друга на 120 электрических градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трехфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Однофазные и трёхфазные синхронные генераторы

Из курса электротехники известно, что если вращать ротор-индуктор, то в обмотке статора будет индуктироваться переменная ЭДС (рис.10.2 а.), Это явление лежит в основе устройства однофазного генератора переменного тока. Обмотку статора можно также сделать многофазной, но на практике наибольшее распространение получила трёхфазная система переменного тока (рис.10.2.б.).

Рис.10.2 –Однофазный и трехфазный генераторы