2.2 Обратимость синхронного генератора
Синхронные машины применяются также в качестве электрического двигателя, особенно в установках большой мощности, свыше 50 кВт.
Рис.5. Двигательный режим работы синхронной машины.
Для работы синхронной машины в режиме двигателя обмотку статора подключают к трёхфазной сети, а обмотку ротора к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля машины с постоянным током обмотки возбуждения, возникает вращающий момент М, который увлекает его со скоростью магнитного поля.
2.3 Условия включения синхронного генератора в сеть
Для включения генератора в сеть необходимо: одинаковое чередование фаз в сети и генераторе; равенство напряжения сети и ЭДС генератора; равенство частот ЭДС генератора и напряжения сети; включать генератор в тот момент, когда ЭДС генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.
Невыполнение этих условий ведёт к тому, что в момент включения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и вывести генератор из строя. Иногда на валу крупных машин ставят небольшой генератор, постоянного тока или переменного тока с выпрямлением, т.н. «возбудитель», который питает электромагниты. При угле нагрузки более 90 электрических градусов машина выпадает из синхронизма — останавливается, если вал перегружен тормозным моментом, либо уходит на повышенные обороты, если машина работает в режиме генератора и недогружена электрической нагрузкой.
Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют косинус фи с ёмкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт, воздуходувки, водоперекачивающие и нефтеперекачивающие насосы, к примеру, типа СТД, при меньших мощностях обычно применяется более простой, и надежный, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В синхронных машинах частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора и, следовательно, определяется частотой тока сети и числом пар полюсов, то есть n = 60f/p и f = pn/60. Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обратима, то есть может работать как генератором, так и двигателем. Электрическая энергия вырабатывается синхронными генераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего сгорания. Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудителя, который представляет собой генератор постоянного тока. Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной, и мощность его составляет малую величину, порядка 1 - 5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им. При небольшой мощности часто используются схемы питания обмоток возбуждения синхронных машин от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители. Простейшим генератором может быть виток из провода 1 и 2, вращающийся в магнитном поле. Магнитное поле возбуждается током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N - S. При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитное поле, созданное между полюсами N - S, вследствие чего в витке будет индуктироваться ЭДС. Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энергии, пойдет электрический ток под действием ЭДС. Полученная в таком простейшем генераторе ЭДС будет непрерывно изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. Когда проводники 1 и 2 находятся под осями полюсов, см. изо, то при вращении витка они пересекают в единицу времени наибольшее число линий магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в витке ЭДС будет иметь наибольшее значение.