Устройство синхронных машин. Назначение конструктивных элементов. Синхронный компенсатор.

Конструктивная схема 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)

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.

Рис. 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 (рис. 1.2, б) называют обращенной.

Рис. 1.3 – Роторы синхронной явнополюсной (а) и неявнополюсной (6) машин:

1 – сердечник ротора, 2 – обмотка возбуждения

Конструкция ротора. В машине с неподвижным якорем применяют две конструкции ротора: явнополюсную – с явно выраженными полюсами (рис. 1.3, а) и неявнополюсную – с неявно выраженными полюсами (рис. 1.3, б). Явнополюсный ротор обычно используют в машинах с четырьмя и большим числом полюсов. Обмотку возбуждения выполняют в этом случае в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют при помощи полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из стали. Двух- и четырехполюсные машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 об/мин, изготовляют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно по условиям обеспечения необходимой механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки, и укрепляют немагнитными клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят при помощи стальных массивных бандажей. Для получения распределения магнитной индукции, близкого к синусоидальному, обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2/3 каждого полюсного деления.

Рис. 1.4 – Устройство явнополюсной машины:

1 – корпус, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – ротор,

5 – вентилятор, 6 – выводы обмотки статора, 7 – контактные кольца,

8 – щетки, 9 – возбудитель

На рис. 1–4 показано устройство явнополюсной синхронной машины. Сердечник статора собран из изолированных листов электротехнической стали и на нем расположена трехфазная обмотка якоря. На роторе размещена обмотка возбуждения.

Полюсным наконечникам в явнополюсных машинах обычно придают такой профиль, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.

В синхронных двигателях с явнополюсным ротором в полюсных наконечниках размещают стержни пусковой обмотки (рис. 1–5), выполненной из материала с повышенным удельным сопротивлением (латуни и др.). Такую же обмотку (типа «беличья клетка»), состоящую из медных стержней, применяют и в синхронных генераторах; ее называют успокоительной или демпферной обмоткой, так как она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при переходных режимах работы синхронной машины. Если синхронная машина выполнена с массивными полюсами, то в этих полюсах при пуске и переходных режимах возникают вихревые токи, действие которых эквивалентно действию тока в короткозамкну-тых обмотках. Затухание колебаний ротора при переходных процессах обеспечивается в этом случае вихревыми токами, замыкающимися в массивном роторе.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронную машину, предназначенную для генерирования реактивной мощности. Его включают в электрическую систему с целью повышения ее коэффициента мощности.

Принцип явлений, которые при этом происходят, заключается в том, что необходимую для работы некоторых потребителей реактивную мощность вырабатывает синхронный компенсатор, который работает в непосредственной близости от них (прежде всего это есть асинхронные двигатели).

На рис. 1.10.а изображенная схема включения синхронного компенсатора для улучшения технико-экономических показателей работы сети.

Рис. 1.10. Схема включения синхронного компенсатора (а) и векторная диаграмма токов (б).

Действительно, к включению синхронного компенсатора, ток сети равняется току нагрузки , которая имеет активно-индуктивный характер . При включении синхронного компенсатора параллельно нагрузке Z_н и создание в компенсаторе режима перевозбуждения, возникает ток синхронного компенсатора I_ск, что опережает напряжение сети на угол 90°. Как видно из векторной диаграммы токов (рис. 1.10.б), это приводит к снижению результирующего тока, который протекает в сети , и повышению коэффициента мощности cosj_M (угол j_М < j_Н).

Следует отметить, что применением синхронного компенсатора можно довести значение cosj_M=1, но при этом мощность компенсатора должны быть очень большой, а следовательно, возрастут затраты на его приобретение. Тому коэффициент мощности после компенсации остается меньше единицы в пределах 0,92 (0,95.

В некоторых случаях синхронные компенсаторы могут работать в режиме недовозбуждения. Необходимость в этом возникает, когда ток в системе имеет значительную емкостную составляющую, которая не компенсируется индуктивными токами потребителей. По обыкновению, степень возбуждения синхронного компенсатора регулируют с помощью автоматических устройств.

Синхронный компенсатор при перевозбуждении развивается значительно больше, чем при недовозбуждении, поэтому номинальной мощностью является мощность, которая отвечает перевозбуждению. В современных компенсаторах она достигает от 10 до 160 Мвар при номинальному напряжению 6,6 (16 кВ. Выполняют их, как правило, с горизонтальным положением ротора и числом полюсов 2р = 6 и 8, что отвечает 1000 и 750 об/мин, и с пусковой короткозамкнутой обмоткой, которая обеспечивает асинхронный пуск.

Вал ротора имеет меньший перерез чем вал синхронного двигателя такой же мощности, потому что не передает вращающегося момента (кроме момента нерабочего хода) и рассчитывается лишь на силу тяготения ротора и силу магнитного притягивания. Так как вал синхронного компенсатора не имеет свободного выступающего конца, то машина довольно легко герметизируется для применения водородного охлаждения.

Синхронный компенсатор не несет активного нагрузки, тому кут , который обеспечивает ему значительную перегрузочную способность.

Дата добавления: 2015-07-15