Синхронные машины

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Синхронные машины 4
1.1 Общие сведения 4
1.2 Принцип действия 4
1.3 Устройство синхронной машины 7
1.4 Внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора 8
1.5 Синхронный компенсатор 11
2. Развитие синхронных машин 13
2.1 Влияние конструкции синхронных машин на характеристики 13
2.2 Основные направления развития синхронных машин 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 17

1.1 Общие сведения
Синхронные машины, как и все электрические машины, могут работать в режиме генератора и режиме двигателя, т. е. они обратимы.
Синхронные генераторы приводятся во вращение паровыми или гидравлическими турбинами, а в некоторых случаях – двигателями внутреннего сгорания. Мощность современных синхронных генераторов достигает 1500 MB-А; проектируются энергоблоки и большей мощности. Мощные синхронные генераторы в большинстве случаев работают совместно (параллельно) друг с другом, и вырабатываемая ими энергия поступает в общую электрическую сеть. Кроме того, синхронные генераторы служат источниками автономного питания на транспорте, в летательных аппаратах и на передвижных электростанциях.
Синхронные двигатели применяются там, где требуется постоянная частота вращения.
...

1.2 Принцип действия
Статор 1 синхронной машины (Рисунок 1.1, а) выполнен так же, как и асинхронной: на нем расположена трехфазная (в общем случае многофазная) обмотка 3. Обмотку ротора 4, которая питается от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения, так как она создает в машине магнитный поток возбуждения.1

Рисунок 1.1 - Электромагнитная схема синхронной машины (а) и схема ее включения (б)
1 — статор, 2 — ротор, 3—обмотка якоря, 4 — обмотка возбуждения, 5 —контактные кольца, 6 — щетки

Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником постоянного тока посредством контактных колец 5 и щеток 6. При вращении ротора 2 с некоторой частотой n2 поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в ее фазах переменную э. д. с. E (рис. 1.1, б), изменяющуюся с частотой, при мощности р:
f1=pn2/60 (1.
...

1.3 Устройство синхронной машины
Синхронные машины выполняют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой мощности для удобства отвода электрической энергии со статора или подвода ее выполняют с неподвижным якорем (рис. 1.2, а).3
Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3-3%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. Синхронные машины небольшой мощности выполняют как с неподвижным, так и с вращающимся якорем.

Рисунок 1.2 - Конструктивная схема синхронной машины с неподвижным и вращающимся якорем:
1 — якорь, 2— обмотка якоря, 3 — полюсы индуктора, 4 — обмотка возбуждения,5 — кольца и щетки

Синхронную, машину с вращающимся якорем и неподвижным индуктором (Рисунок 1.2, б) называют обращенной.
В машине с неподвижным якорем применяют две конструкции ротора: явнополюсную — с явно выраженными полюсами (Рисунок 1.
...

1.4 Внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора
Внешние характеристики синхронного генератора представляют собой зависимости напряжения U от тока нагрузки Iа при неизменных токе возбуждения Iв, угле φ и частоте f1 (постоянной частоте вращения ротора n2).
Они могут быть построены при помощи векторных диаграмм. Допустим, что при номинальной нагрузке Iа ном генератор имеет номинальное напряжение Uном, что достигается соответствующим выбором тока возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до нуля напряжение генератора станет равным э.д. с. холостого хода Е0. Таким образом, векторная диаграмма, построенная при номинальной нагрузке, сразу дает две точки внешней характеристики. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз φ между Ù и Đа , так как в зависимости от этого угла изменяется величина вектора ö0 (при заданном значении U = Uном).
На Рисунке 1.
...

1.5 Синхронный компенсатор
Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу; при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения соsφ или в режиме стабилизации напряжения.
Обычно электрическая сеть, питающая электроэнергией промышленные предприятия, нагружена током Iн отстающим по фазе от напряжения сети Uc (Рисунок 1.7, а). Это объясняется тем, что от сети получают питание асинхронные двигатели, у которых реактивная составляющая тока довольно велика. Для улучшения cosφ сети синхронный компенсатор должен работать в режиме перевозбуждения. При этом ток возбуждения регулируется так, чтобы ток якоря Đа синхронного компенсатора опережал на 90° напряжение сети Ùс (Рисунок 1.7,а) и был примерно равен реактивной составляющей Đн.р тока нагрузки Đн. В результате сеть загружается только активным током нагрузки Đс = Đн.а.

Рисунок 1.
...

2.1 Влияние конструкции синхронных машин на характеристики
Синхронные машины используют главным образом в качестве источников энергии переменного тока, их устанавливают на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях. Синхронные машины применяются также в качестве двигателей, наибольшее распространение получили трехфазные генераторы и двигатели. Для генерирования и потребления реактивной мощности с целью улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения применяют синхронные компенсаторы.
Характерной особенностью современного электромашиностроения является существенное повышение номинальной мощности синхронных машин за счет увеличения их электромагнитных нагрузок, усовершенствования конструкции, повышения эффективности системы охлаждения.
...


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены общие сведения о синхронных машинах, их принцип действия, устройство, внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора, синхронный компенсатор, влияние конструкции синхронных машин на характеристики, а также основные направления развития синхронных машин и другие моменты.
Из вышеизложенного материала необходимо сделать несколько выводов: во-первых, синхронные машины используют главным образом в качестве источников электрической энергии переменного тока; их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанциях, а также на передвижных электростанциях и транспортных установках (тепловозах, автомобилях, самолетах). Синхронные машины широко используют и в качестве электродвигателей при мощности 100 кВт и выше для привода насосов, компрессоров, вентиляторов и других механизмов, работающих при постоянной частоте вращения.
...