книги / Электропитание устройств связи

Выражение для электромагнитной мощности машины с явно выраженными полюсами имеет следующий вид [2J:

Второе слагаемое в выражении для электромагнитной мощно­ сти появляется за счет различия магнитных сопротивлений по про­ дольной й поперечной осям полюсов. Оно не зависит от Е0 и от

тока возбуждения. Ротор стремится ориентироваться в магнитном поле так, чтобы представлять собой наименьшее магнитное сопро­ тивление, что создает добавочную мощность, которая тем больше, чем больше неравенство магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям, т. е. чем больше различие между синхронными реактивными сопротивлениями х& и хя.

4.3. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Для повышения КПД генераторов и первичных двигателей и облегчения резервирования станции на электрических станциях устанавливают несколько синхронных генераторов, предназначен­

нять напряжение и частоту тока сети пос­ тоянными при любых изменениях режима работы генератора, т. е.

что показано на векторной диаграмме рис. 4.5я.

Следовательно, сумма ЭДС генератора и напряжения сети рав­ на нулю и ток в обмотке якоря равен нулю, т. е. генератор не на* гружен (холостой ход).

Если увеличить ток возбуждения, то ЭДС (рис. 4.56) будет

больше напряжения сети. Геометрическая сумма &Е= Ег+Ос не

равна нулю, и под действием результирующей ЭДС протекает уравнительный ток /. Ток встречает на своем пути только синхрон-

81

ное реактивное сопротивление генератора хс, так как активным

сопротивлением обмотки якоря за малостью можно пренебречь, а внутреннее сопротивление бесконечно мощной сети равно нулю. Следовательно, уравнительный ток является чисто реактивным и отстает от АЁ на л/2, т. е. / - АЕ1'\хс.

Если уменьшить ток возбуждения, то ЭДС генератора (рис.

4.5б) окажется меньше напряжения сети и вектор АЕ будет сов­

падать с вектором напряжения сети. В этом случае уравнительный ток опережает ЭДС генератора на я/2.

Таким образом, изменение тока возбуждения синхронного ге­ нератора при его параллельной работе с мощной сетью меняет ре­ активные ток и мощность, но активные мощность и составляющая тока якоря остаются неизменными.

Зависимость тока в обмотках якоря от тока возбуждения, при неизменном напряжении сети и неизменной активной мощности, вырабатываемой генератором имеет вид {/-образной характерис­ тики. При электромагнитной мощности, равной нулю (Рф =0),

уменьшение тока возбуждения от значения, соответствующего ра­

якоря от нуля до максимального значения, равного (Uc—Е0ст)1хо

(рис. 4.6). При этом ток якоря носит емкостный характер по отно­ шению к генератору и индуктивный по отношению к сети.

Увеличение тока возбуждения ог значения, соответствующего равенству Er—Ub, также увеличивает ток якоря. При этом он но­

сит индуктивный характер по отношению к генератору и емкост­ ный по отношению к сети.

Для изменения активной мощности синхронного генератора нужно изменить угол 0, воздействуя на момент первичного двига­

Если увеличить момент первичного двигателя, то ротор полу­ чает некоторое ускорение и его поле перемещается относительно

82

результирующего. Силовые линии магнитного поля в воздушном зазоре растягиваются, т. е* растет электромагнитный тормозной

момент ЛЦ. При восстановлении равновесия моментов первичного двигателя и тормозного генератора магнитные поля вновь стано­ вятся неподвижными друг относительно друга, но сдвигаются на угол 0. Вектор ЭДС обмотки якоря (рис 4.76) опережает началь­ ное значение на угол + 0 . Геометрическая сумма ЭДС генератора и напряжения сети не равна нулю, т. е. появилась результирующая

но. Поэтому изменение тока возбуждения, при неизменной элект­ ромагнитной мощности, вырабатываемой генератором, изменяет угол 0. Уменьшение тока возбуждения уменьшает Е0 и угол 0 уве­

личивается. Так как устойчивая работа машины возможна лншп при изменении угла 0 от 0 до я/2, то ток возбуждения можно уменьшать до некоторого критического значения /вкр, при котором угол 0 равен я/2. При токе возбуждения, меньшем критического, генератор не может развить нужного электромагнитного момента, который бы уравновесил вращающий момент первичного двигате­ ля, скорость вращения непрерывно увеличивается, и генератор вы­ ходит из синхронизма. Увеличение электромагнитной мощности увеличивает критические значения тока возбуждения (рис. 4.6).

При увеличении электромагнитной мощности машины увеличи­ вается активная составляющая тока якоря, т. е. (/-образные ха­ рактеристики смещаются вверх, а их минимумы смещаются впра­ во (рис. 4.6), в область больших токов возбуждения. Это объяс­ няется тем, что при увеличении нагрузки генератора, т. е. при увеличении тока якоря, увеличиваются потоки якоря и рассеяния. Для создания неизменных фазных сдвигов, соответствующих ми­ нимуму (/-образной характеристики (coscp=l), в машине нужны неизменные магнитные условия. Поэтому для компенсации реак­ ции якоря и потока рассеяния, при увеличении нагрузки надо уве­ личивать и поток полюсов, т. е. увеличивать ток возбуждения.

Обычно синхронные генераторы возбуждаются так, что отдают в систему помимо активной мощности реактивную мощность ин­ дуктивного характера, необходимую для работы асинхронных дви­ гателей, трансформаторов и других электромагнитных аппаратов, т. е. работают на правой ветви (/-образной характеристики.

4.4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктив­ ных отличий от синхронного генератора. На статоре двигателя по­ мещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть

83

трехфазного переменного тока будет создано вращающееся маг­ нитное поле, число оборотов в минуту которого fti = 6 0 /y /\

На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, которую включают в сеть постоянного тока. Ток возбуждения создает маг­ нитный поток полюсов Вращающееся магнитное поле, созданное токами обмотки статора, увлекает за собою полюсы ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким об­ разом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если не­ изменна частота тока питающей сети

Предположим, что в сеть большой мощности включен синхрон­ ный генератор так, что выполнены все необходимые для этого ус­ ловия, т. е. тока при включении генератора нет, следовательно.

тельный ток. Его вектор почти совпадает с вектором напряжения сети, т. е. машина является потребителем электрической энергии (рис. 4.86). При увеличении нагрузки на валу синхронного двига­ теля будет увеличиваться и угол 0, а значит, и ток в статоре, и вращающий момент.

Достоинство синхронных двигателей в том, что они могут пред­ ставлять собою емкостную нагрузку для сети. Такой двигатель по­ вышает coscp всего предприятия, компенсируя реактивную мощ­ ность других приемников энергии. Также достоинством синхрон­ ных двигателей является меньшая, чем у асинхронных, чувстви­ тельность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асинхронных — квадрату напря­ жения.

Синхронные двигатели выполняют преимущественно с явно вы­ раженными полюсами и работают они в нормальном режиме при опережающем coscp = 0,8. Синхронные двигатели возбуждают от возбудителя или от сети переменного тока через выпрямители.

84

Глава пятая.

Электрические машины постоянного тока

5.1. у с т р о й с т в о м а ш и н ы п о с т о я н н о г о ТОКА

Электрическая машина постоянного тока состоит из неподвиж­ ной части, называемой статором и вращающейся части, называе­

большой мощности сердечники главных полюсов выполняются ли­ тыми, а полюсные наконечники набираются из отдельных пластин электротехнической стали. В машинах средней и большой мощ­ ности сердечники главных полюсов и полюсные наконечники вы­ полняются как одно целое из отдельных листов электротехничес­ кой стали, что облегчает выполнение полюса, а также уменьшает потери энергии от вихревых тоюв в полюсных наконечниках.

Полюсной наконечник удерживает катушку возбуждения на полюсе и обеспечивает равномерное распределение магнитного по­ ля под полюсом Полюсному наконечнику придают такую форму, при которой воздушный зазор между полюсом и якорем одинаков по всей длине полюсной дуги. Катушки возбуждения г,сех главных полюсов соединяются последовательно, образуя обмотку возбуж­ дения. Катушка возбуждения выполняется из медного изолирован­ ного провода. Добавочные полюсы устанавливаются в средних точках между главными полюсами и представляют собой сердеч­ ники с помещенными на них катушками. В машинах малой и сред-

86

в них, окажутся сдвинуты по фазе на я/2. Если щетки поместить так, чтобы они соприкасались с витком, ЭДС в котором имеет наибольшее в данный момент значение (под центрами полюсов), то на зажимах машины будет получена ЭДС (рис. 5.4в), пульса-

Рис. 5.3. Коллектор:

а) устройство; б) и в) кривые изменения ЭДС в витке и на щет­ ках соответственно

пульсация ЭДС уменьшается и при 16 пластинах на пару полюсов амплитуда первой гармоники переменной составляющей становит­ ся меньше 1 %.

Коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из отдель­ ных пластин. Коллекторные пластины изготавливаются из твердо­ тянутой меди и изолируются между собой и от корпуса проклад­ ками из миканита.

88