ротора 0,8 Ом. Определите ток в обмотке ротора при работе двигателя со сколь­

жением 5%.

18.Почему при увеличении нагрузки двигателя растут токи ротора и ста­

тора?

19.Объясните причину значительного увеличения потребляемого двигате­ лем тока в момент пуска.

20.Кратность пускового тока двигателя - 5,0. Номинальной ток - 20 А. Определите пусковой ток.

21.Какие схемы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором вам известны? Покажите эти схемы.

22.Почему включение реостата в цепь ротора увеличивает пусковой мо­

мент двигателя?

23.Какими способами можно регулировать скорость асинхронного двига­

теля?

24.Какие потери имеют место в асинхронном двигателе?

25.Номинальная мощность двигателя 15 кВт, потери в стали 0,8 кВт, поте­ ри в меди 1,2 кВт, потери на трение 0,4 кВт. Определите КПД двигателя.

26.Какой двигатель следует выбрать для привода лебедки: с короткозамкнутым или фазным ротором. Почему?

27.Принцип работы однофазного асинхронного двигателя. Почему такой двигатель без специального приспособления не может «взять с места»?

28.Покажите схему включения асинхронного двигателя с короткозамкну­ тым ротором в сеть через индукционный регулятор. Как изменить напряжение на зажимах двигателя от 380 В до 300 В?

29.Как влияет нагрузка на валу двигателя на его КПД и коэффициент мощности?

30.Как влияет изменение частоты и напряжения на энергетические показа­ тели двигателя?

5. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

5 .1. Конструкция, назначение и области применения синхронны х маш ин

Синхронной машиной называется электрическая машина переменного то­ ка,.у которой частота вращения ротора п находится в строгом соответствии с

частотой сети/}:

п = щ =

Р

На статоре синхронной машины располагается трехфазная обмотка пере­ менного тока, называемая обмоткой якоря, а на роторе - обмотка постоянного тока, называемая обмоткой возбуждения. Существуют две основные разновид­ ности исполнения обмоток возбуждения: распределенные и сосредоточенные.

Распределенные обмотки применяются при неявнополюсной конструкции ро­ тора (рис. 5.1).

В каждом пазу такой обмотки располагается только одна сторона катушки, поэтому обмотка является однослойной. Катушки, число которых на полюсном делении равно qjt соединяются последовательно, образуя полное число витков

обмотки возбуждения:

wf = qpwk.

Неявнополюсную конструкцию ротора имеют быстроходные синхронные машины с числом полюсов 2р = 2 и 2р - 4. Частота вращения ротора таких ма­

шин п ри // = 50 Гц соответственно равна 3000 и 1500 об/мин. Для получения необходимой механической прочности неявнополюсные роторы выполняются из массивной стальной поковки.

В машинах с числом полюсов 2р >_4 ротор имеет явнополюсную конст­

рукцию ротора (рис. 5.2).

Обмотка возбуждения таких машин выполняется сосредоточенной в виде катушек 1 и размещается на сердечниках полюсов 2. Для закрепления катушек на полюсах используются полюсные наконечники 3. Все катушки соединяются последовательно, образуя полное число витков обмотки возбуждения:

W f = 2 p w k .

Для улучшения динамических свойств синхронной машины в полюсные наконечники помещают дополнительную короткозамкнутую обмотку 4, выпол­ няемую аналогично короткозамкнутой обмотке асинхронной машины. Ее назы­ вают успокоительной или демпферной. Иногда роль демпферной обмотки вы­ полняют массивные полюсные наконечники.

Рис. 5.2. Ротор с явно выраженными полюсами

В основном синхронные машины используются в энергетике в качестве генераторов электрической энергии. В зависимости от типа привода синхрон­ ные генераторы делятся на турбогенераторы, гидрогенераторы и дизельные ге­ нераторы.

Турбогенераторы приводятся во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами, что и обуславливает их конструкцию. Ротор турбогенера­ тора имеет неявнополюсное исполнение (рис. 5.1) с горизонтальным располо­ жением оси вращения.

Предельный диаметр ротора по условию механической прочности состав­ ляет 1,2-1,25 м. Активная длина ротора достигает 6 -7 м.

Максимальная мощность, развиваемая такими турбогенераторами при 3000 об/мин, составляет 1200 МВт.

Гидрогенераторы приводятся во вращение гидротурбинами (см. рис. 5.7). В зависимости от напора воды и мощности турбины частота вращения гидроге­ нераторов колеблется в пределах от 50 до 600 об/мин, поэтому они являются тихоходными машинами с числом пар полюсов

60/, = 60-50

п600ч-50= 54 -6 0 .

Для размещения такого числа полюсов приходится увеличивать диаметр ротора до 10-15 м при длине 1-2 м. Гидрогенераторы выполняются обычно с вертикальной осью вращения вала. Гидротурбина располагается под генерато­ ром. Максимальная мощность современных гидрогенераторов достигает 800 МВт.

Дизельные генераторы приводятся во вращение двигателями внутреннего сгорания. Они обладают сравнительно небольшой мощностью (до 10 МВт) и

используются для питания автономных потребителей. Дизельные генераторы имеют явнополюсную конструкцию ротора при числе полюсов \р = 6-8 и вы­

полняются с горизонтальным расположением вала.

Наряду с генераторным широко используется и двигательный режим син­ хронных машин, которые в качестве двигателей применяются для привода мощных насосов, компенсаторов, воздуходувок и других крупных установок.

Одним из основных достоинств синхронных машин является способность генерировать реактивную мощность. Существует даже специальный тип син­ хронных машин, предназначенных исключительно для этой цели - синхронные компенсаторы, выпускаемые на мощность от 15 до 160 МВ-А при частотах вращения 750-1000 об/мин. Роторы таких машин имеют явнополюсное испол­ нение.

5.2. Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе

При холостом ходе магнитное поле создается током, протекающим по об­ мотке возбуждения. Наибольший интерес представляет магнитное поле в воз­ душном зазоре, так как от характера распределения этого поля зависит форма ЭДС обмотки статора.

Картина магнитного поля в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Магнитное поле возбуждения явнополюсной синхронной машины

Кривая распределения радиальной составляющей индукции поля в воз­ душном зазоре имеет уплощенный характер. Для характеристики поля вводится

понятие коэффициента формы поля ^ представляющего отношение амплитуды основной гармоники В^тк индукции поля на оси полюса В/.

Вп

к. - —DH.

'* ,

Коэффициент формы поля к/ является сложной функцией геометрических

размеров магнитной цепи на участке воздушного зазора:

Л

kf = /

/

Эта зависимость может быть получена на основе расчета магнитного поля при холостом ходе.

При проектировании синхронных машин принимаются меры к тому, чтобы кривая распределения индукции приближалась к синусоиде. Для этого ширину полюсного наконечника Ьртпринимают в пределах

Ьрт=(0>65-0,75)т

и выполняют скос полюсных наконечников на краях, чтобы бтах/6 « 1,5. При этих условиях распределение поля в зазоре приближается к синусоидальному и высшие гармоники ЭДС, наводимой полем в обмотке статора, относительно малы. Кроме того, их дополнительно уменьшают соответствующим укорочени­ ем шага и распределением обмотки. Поэтому классическая теория синхронных машин оперирует с первыми гармониками индукции магнитного поля и ЭДС обмотки статора.

В неявнополюсных синхронных машинах воздушный зазор равномерный. Поэтому синусоидальное распределение поля может быть получено за счет со­ ответствующего распределения МДС обмотки возбуждения.

МДС, образуемая этой обмоткой, имеет вид ступенчатой кривой, прибли­ жающейся по форме к трапеции (рис. 5.4). При равномерном зазоре можно счи­ тать, что кривая индукции повторяет кривую МДС:

В, = — F, = — if Y>k f 5 / 5 f к.

Раскладывая ее в ряд Фурье, получим для первой гармоники

В ft =—— if'wkkB

fin , К s f k r f y

где k.f = sln?/g<’1 _ коэффициент распределения для первой гармоники МДС; qf siaapi

ар1 =—1г1 - электрический угол между осями соседних пазов статора.