С какой скоростью вращается ротор синхронного генератора
Перейти к содержимому

С какой скоростью вращается ротор синхронного генератора

  • автор:

Принцип действия синхронного двигателя

Синхронная машина обратима и может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Конструктивно синхронный двигатель ничем не отли­чается от синхронного генератора.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с магнитным полем полюсов ротора.

При работе синхронной машины в режиме двигателя к статору подводят трехфазный переменный ток, а к об­мотке возбуждения ротора — постоянный ток.

Трехфазный переменный ток создает в обмотке статора вращающееся магнитное поле, которое вращается в про­странстве со скоростью

где f— частота переменного тока(гц);

р — число пар полюсов в машине.

Представим себе магнитное поле статора в виде круга с явно выраженными полюсами на нем, вращающегося со скоростью п1об/мин. Эти полюса магнитными силовыми линиями связываются с полюсами ротора противополож­ной полярности (рис. 212).

Вращающееся магнитное поле увлекает за собой полюса ротора и заставляет их вращаться с такой же скоростью. Скорость вращения ротора, равную скорости вращающе­гося магнитного поля, называют синхронной скоростью. При нагрузке ротор синхронного двигателя отстает на некоторый угол в от вращающегося магнитного поля, причем с увеличением нагрузки угол в увеличивается (рис. 212,б

Зависимость вращающего момента синхронной машины от угла в представлена на рисунке 213. Кривая имеет вид

синусоиды. При поминаль­ной мощности двигателя угол Q = 20—30°, при этом перегрузочная способность двигателя равна

Вращающий момент синхронного двигателя про­порционален приложен­ному напряжению. Ро­тор вращается с син­хронной скоростью, не зависящей от нагрузки, а при увеличении на­грузки изменяется толь­ко угол в.

При вращении рото­ра магнитный поток полюсов Ф0 пересекает витки обмотки статора и индуктирует в них э. д. с. Е0. Согласно уравнению равновесия э. д. c., приложенное к двигателю напряжение сети Uс уравновеши­вается суммой обратных э. д. с. двигателя сумм ЕДВ. На основании этого уравнения нарисуем векторную диаграмму синхронного двигателя (рис. 214). Вектор тока I откладываем вертикально. Под углом ф в сторону опережения откладываем вектор на­пряжения сети Uc. В фазе с вектором тока откладываем векторы магнитного потока якоряФя и потока рассеяния Фрс, каждый из которых индуктирует соответствующие э. д. с.Ея и ЕРС, отстающие от вектора магнитного потока на 90°. Откладываем на векторной диаграмме векторЕя и пристраиваем к нему вектор э. д. с. рассеянияEрс, сумма этих э. д. с. равна падению напряжения на синхронном индуктивном сопротивлении двигателя Хсх

поэтому, зная хох, можно узнать величину суммы векто­ровЕя + EРС.

Так как из уравнения равновесия э. д. с. известно, что напряжение сети UС уравновешивается суммой э. д. с. двигателя, то откладываем векторОА, равный и противо­положный по направлению вектору напряжения сетиUС, который и будет представлять сумму э. д. с. двигателя суммЕДВ. Вектор противоэ. д. с. двигателяЕ0 определится как третья сторона треугольникаОАВ, где известны сто­роныОА иОВ. Из этой векторной диаграммы видно, что

)

Вектор напряжения сетиUc изобразим состоящим из двух составляющих, каждая из которых уравновешивает соответствующую обратную э. д. с. В данном случае со­ставляющая —Е0 уравновеши­вает э. д. с.Е0, а составляю­щаяIхсх уравновешивает э. д. с.Ея иЕрс.

Синхронный генератор

Ротор синхронных машин вращается синхронно с вращающимся магнитным полем (отсюда их название). Поскольку скорости вращения ротора и магнитного поля одинаковы, в обмотке ротора не индуктируются токи. Поэтому обмотка ротора получает питание от источника постоянного тока.

Устройство статора синхронной машины (рис. 9.22) практически не отличается от устройства статора асинхронной машины. В пазы статора укладывают трехфазную обмотку, концы которой выводят на клеммовую панель. Ротор в некоторых случаях изготовляют в виде постоянного магнита.

Роторы синхронных генераторов могут быть явнополюсными (рис. 9.23) и неявнополюсными (рис. 9.24). Явнополюсные синхронные генераторы приводятся в действие сравнительно тихоходными турбинами гидроэлектростанций, неявнополюсные — паровыми или газовыми турбинами теплоэлектростанций.

Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контакты, состоящие из медных колец и графитовых щеток. При вращении ротора его магнитное иоле пересекает витки обмотки статора, индуктируя в них ЭДС. Чтобы получить дуктируемого за один оборот ротора.

синусоидальную форму ЭДС, зазор между поверхностью ротора и статором делают переменной величины (рис. 9. 25), так чтобы магнитная индукция распределялась по синусоидальному закону.

Частота индуктированной ЭДС (напряжения, тока) синхронного генератора

где р — число пар полюсов ротора генератора; п — скорость вращения ротора, об/мин.

Эта формула очевидна: отношение «/60 выражает число оборотов ротора в секунду; при р = 1 каждый оборот ротора соответствует полному циклу изменений индуктированного переменного тока (одному периоду); при увеличении р соответственно увеличивается и число периодов тока, ин-

Как и у любого генератора, основанного на законе электромагнитной индукции, индуктированная ЭДС пропорциональна магнитному потоку машины и скорости вращения ротора.

Используются различные способы возбуждения синхронных генераторов. Широкое распространение получил синхронный генератор с машинным возбудителем, представляющим собой генератор постоянного тока. Машинный возбудитель приводится в действие от того же первичного двигателя, что и синхронный генератор. Выходные зажимы возбудителя через щетки и кольца подсоединены к обмотке ротора синхронного генератора. Напряжение синхронного генератора можно регулировать реостатом в цепи обмотки возбуждения возбудителя, что удобно и энергетически выгодно, так как в этой обмотке протекают сравнительно небольшие токи.

Находят также применение генераторы с самовозбуждением через полупроводниковые или механические выпрямители.

Из характеристик синхронного генератора наибольший практический интерес представляют внешние характеристики, выражающие зависимость напряжения на зажимах генератора оттока нагрузки при неизменных значениях тока возбуждения, частоты и коэффициента мощности.

Внешние характеристики снимают при повышении (рис. 9.26, а) и понижении (рис. 9.26, 6) напряжения, различных значениях коэффициента мощности нагрузки: cos ср = 1, cos ф = 0,8 (нагрузка индуктивная), cos ф = 0,8 (нагрузка емкостная). Очевидно, что, так же как и у трансформатора, напряжение на зажимах синхронного генератора повышается при увеличении емкостной нагрузки.

Отечественная промышленность выпускает синхронные генераторы на напряжения от 230 до 21 000 В.

Карточка № 9.15 (149) Синхронный генератор

Можно ли трехфазную обмот- ку синхронного генератора большой мощности расположить на роторе?

Можно, но нецелесообразно

Двухполюсный ротор синхронного генератора вращается со скоростью 3000 об/мин. Определите частоту тока.

Каким должен быть зазор между ротором и статором синхронного генератора для обеспечения синусоидальной формы индуктируемой ЭДС ?

Меньшим у середины полюсного наконечника, большим по краям

Большим у середины полюсного наконечника, меньшим по краям

Строго одинаковым по всей окружности ротора

Продолжение карт. №9.15

При выполнении каких условий зависимость U=f (Г) будет внешней характеристикой синхронного генера- тора?

Всех перечисленных условий

Каким образом снимались эти внешние характеристики синхронного генератора?

Ротор синхронной машины

Ротор синхронной машины благодаря своей конструкции позволяет улучшить демпфирующие и пусковые параметры электрических устройств, работающих в режиме синхронного генератора или режиме двигателя. Конструкция ротора синхронной машины включает в себя:

  • магниты;
  • немагнитные вставки;
  • запорные кольца;
  • стакан.

Магниты в роторе сделаны сегментированными и отделяются друг от друга немагнитными вставками. Запорные кольца, которые размещены по краям ротора, изготовлены из материалов с низкими показателями электрического сопротивления, в большинстве случаев из меди.

Конструкция устройства

Ротор — подвижная частью в генераторе или электродвигателе. Если рассмотреть из чего состоит ротор двигателя постоянного тока, то основными его элементами являются:

  • Сердечник. В его состав входит большое количество металлических пластин, каждая из которых отсекается специальным диэлектриком. Сердечник представляет собой слоеный пирог из пластин, благодаря такой конструкции электроны не могут сильно разогнаться, из-за чего нагрев ротора намного меньше, а производительность больше из-за уменьшения потерь. Также такая конструкция обеспечивает уменьшение вихревых токов Фуко. Они гарантировано появляются при работе двигателя из-за перемагничивания сердечника;
  • Обмотка. Представляет собой медную проволоку, которая размещается вокруг сердечника. Вся проволока покрыта лаковой изоляцией, чтобы исключить возможность образования короткозамкнутых витков. Также для лучшего крепления и предотвращения порчи обмотки при вибрации мотора она дополнительно пропитана эпоксидной смолой;
  • Коллектор. Обмотка может быть соединена с коллектором, который находится на валу. Он представляет собой специальный блок с контактами. Контакты изготовлены из меди и по ним скользят графитовые щетки;
  • Вал. Представляет собой стержень, изготовленный из стали. На концах вала есть специальные места для крепления подшипников качения. Также на нем могут быть резьбы, выемки или пазы, служащие для крепления других деталей, которые приводят в движение двигатель;
  • Крыльчатка вентилятора. Она размещается на валу и выполняет роль охладителя при работе двигателя.

С какой скоростью вращается ротор синхронной машины

Скорость вращения ротора синхронной машины, как правило, не превышает показатели в 3000 оборотов в минуту. Обычно это неявнополюсные машины, где обмотка возбуждения находится в профрезерованных пазах.

Типы роторов синхронных машин

Есть два типа синхронных машин по устройству ротора:

  • явнополюсные (б);
  • нефвнополюсные (а).

Ротор синхронной машины неявнополюсной или явнополюсной отвечает за создание главного магнитного поля. Чем отличаются данные виды роторов вы можете прочесть в соответствующей статье.

Синхронный генератор: устройство, виды и применение

Синхронный генератор – специальное устройство, посредством которого удается преобразовать любую энергию в электрическую. В роли таких устройств выступают мобильные станции, термические или солнечные батареи, специальная техника. В зависимости от вида генератора определяется возможность его использования, поэтому стоит подробнее разобраться с тем, что представляет собой устройство.

История создания

В конце XIX века компания Роберта Боша впервые разработала нечто похожее на генератор. Устройство было способно зажечь двигатель. В процессе испытаний было выявлено, что машина не подходит для постоянного использования, однако разработчики смогли усовершенствовать аппарата.

В 1890 году фирма практически полностью перешла на производство данного оборудования, так как оно приобрело большую популярность. В 1902 ученик Боша создал зажигание, задействуя высокое напряжение. Устройство было способно добыть искру между двумя электродами свечи, что сделало систему более универсальной.

Начало 60-х годов XX века стало эпохой распространения генераторов по всему миру. И если раньше устройства были востребованы только в автомобилестроении, то сейчас подобные агрегаты способны обеспечить электроэнергией целые дома.

Устройство и назначение

Конструкция подобных агрегатов задействует только два главных элемента:

  • ротор;
  • статор.

При этом на валу ротора предусмотрены дополнительные элементы. Это могут быть магниты или обмотка возбуждения. У магнитов зубчатая форма, полюса для получения и передачи тока направлены в разные стороны.

Главная задача генератора заключается в преобразовании одного вида энергии в электрическую. С его помощью удается обеспечить необходимым количеством тока зависимые устройства, чтобы можно было ими воспользоваться.

Характеристики

Чтобы оценить работоспособность генератора, необходимо посмотреть на его характеристики. В принципе они такие же, как у станции, вырабатывающей постоянный ток. Главными параметрами оценки являются несколько факторов.

  • Холостой ход. Представляет собой зависимость ЭДС от силы движущихся токов, отвечающих за возбуждение демпферной катушки. С его помощью удается определить способность цепей намагнититься.
  • Внешняя характеристика. Подразумевает параллельную связь между напряжением катушки и нагрузочным током. Величина зависит от типа прикладываемой к устройству нагрузки. Среди причин, способных вызвать изменения, выделяют увеличение или уменьшение ЭДС агрегата, а также падение напряжения на обмотках установленной катушки, которая помещена внутрь устройства.
  • Регулировка. Представляет зависимость, которая образуется между токами возбуждения и нагрузочным током. Обеспечение работоспособности и защиты синхронных агрегатов достигается за счет отслеживания данного показателя. Достичь этого несложно, если постоянно проводить настройку ЭДС.

Еще один важный параметр – это мощность. Определить значение можно посредством показателей ЭДС, напряжения и углового сопротивления.

Принцип действия

С принципом работы устройства разобраться не так уж сложно. Он заключается во вращении магнитной рамки с целью создания электрического поля. В процессе вращения рамки возникают магнитные линии, начинающие пересекать ее контур. Пересечение способствует образованию электрического тока.

Чтобы определить, куда движутся потоки электрической энергии, необходимо воспользоваться правилом буравчика. При этом стоит отметить, что на некоторых участках движение тока противоположное. Направления постоянно меняются при достижении очередного полюса, который расположен на магните. Такое явление называется переменным током, и доказать это условие способно подключение рамки к отдельному магнитному кольцу.

Зависимость между величиной тока в рамке и скоростью вращения ротора системы пропорциональная. Таким образом, чем сильнее будет вращаться рамка, тем больше электричества сможет поставить генератор. Такой показатель характеризуется частотой вращения.

Согласно установленным нормам, оптимальный показатель частоты вращения в большинстве стран не должен превышать 50 Гц. Это значит, что ротор должен выполнять 50 колебаний в секунду. Для вычисления параметра необходимо условиться, что один поворот рамки приводит к изменению направления тока.

Если вал успевает повернуться 1 раз за секунду, это означает, что частота электрического тока составляет 1 Гц. Таким образом, для достижения показателя в 50 Гц потребуется обеспечить правильное количество вращений рамки за секунду.

В процессе эксплуатации нередко происходит возрастание числа полюсов электромагнита. Их удается задержать посредством уменьшения скорости, с которой вращается ротор.

Зависимость в этом случае обратно пропорциональная. Таким образом, чтобы обеспечить частоту в 50 Гц, потребуется снизить скорость примерно в 2 раза.

Дополнительно стоит отметить, что в некоторых странах установлены другие нормы вращения ротора. Стандартным показателем частоты является показатель в 60 Гц.

Сегодня производители выпускают несколько видов синхронных генераторов. Среди существующих классификаций особого внимания заслуживают несколько. В первую очередь стоит рассмотреть деление агрегатов по конструктивному устройству. Генераторы бывают двух видов.

  • Бесщеточный. Конструкция электрогенератора подразумевает использование обмоток статора. Они размещены так, чтобы сердечники элементов совпадали с направлением либо магнитных полюсов, либо сердечников, которые предусмотрены на катушке. Максимальное количество зубьев магнита не должно превышать 6 штук.
  • Синхронный, оборудованный индуктором. Если речь идет о регулировочных машинах, работающих на небольшой мощности, то в качестве ротора используют магниты постоянного тока. В противном случае ротором является обмотка индуктора.

Следующая классификация подразумевает деление мобильных станций на отдельные виды.

  • Гидрогенераторы. Отличительная черта устройства – ротор с выраженными полюсами. Такие агрегаты используют для производства электроэнергии там, где нет необходимости в обеспечении большого количества оборотов устройства.
  • Турбогенераторы. Отличие – отсутствие выраженных полюсов. Устройство собирают из различных турбин, оно способно в несколько раз повысить количество оборотов ротора.
  • Синхронные компенсаторы. Используется для достижения реактивной мощности – важного показателя на промышленных объектах. С его помощью удается повысить качество подаваемого тока и стабилизировать показатели напряжения.

Выделяют несколько распространенных моделей подобных устройств.

  • Шаговые. Их используют для обеспечения работоспособности приводов, установленных в механизмах, которые имеют цикл работы старт-стоп.
  • Безредукторные. В основном используются в автономных системах.
  • Бесконтактные. Востребованы в качестве основных или резервных мобильных станций на судах.
  • Гистерезисные. Такие генераторы задействуют для счетчиков времени.
  • Индукторные. Обеспечивают работу электроустановок.

Еще один вид деления агрегатов – тип используемого ротора. В этой категории генераторы делятся на устройства с явнополюсным ротором и неявнополюсным.

Первые представляют собой устройства, в которых четко просматриваются полюса. Они отличаются небольшой скоростью вращения ротора. Вторая категория имеет в своей конструкции цилиндрический ротор, у которого отсутствуют выступающие полюса.

Область применения

Синхронные генераторы – устройства, предназначенные для добычи переменного тока. Встретить такие устройства можно на различных станциях:

  • атомных;
  • тепловых;
  • гидроэлектростанциях.

А также агрегаты активно используются в транспортных системах. Их применяют в различных автомобилях, в судовых системах. Синхронный генератор способен работать как в автономном режиме, отдельно от электрической сети, так и одновременно с ней. При этом удается подключить сразу несколько агрегатов.

Преимуществом станций, вырабатывающих переменный ток, является возможность обеспечить выделенное пространство электроэнергией. Удобно, если объект находится далеко от центральной сети. Поэтому агрегаты пользуются спросом у владельцев ферм, отдаленных от города населенных пунктов.

Как выбрать?

При выборе генератора важно найти подходящее и надежное устройство, которое сможет обеспечить электроэнергией отведенную площадь. Для начала необходимо определиться с техническими параметрами будущего устройства. Специалисты советуют обратить внимание на:

  • массу электрогенератора;
  • габариты устройства;
  • мощность;
  • расход топлива;
  • показатель шума;
  • продолжительность работы.

А также важным параметром является возможность организации автоматической работы. Чтобы понять, сколько фаз требуется будущему генератору, необходимо определиться с типом и количеством электроприборов, которые будут к нему подключаться.

Например, к однофазному электрогенератору могут подключиться только потребители с одной фазой. Трехфазная заметно расширяет этот показатель.

Однако не всегда покупка подобной мобильной электростанции становится лучшим решением.

Перед покупкой дополнительно рекомендуется учесть нагрузку, которая будет оказана на устройство во время его работы. На каждую фазу должна приходиться нагрузка максимум в 30% от общего количества. Таким образом, если мощность генератора составляет 6 кВт, то в случае использования розеток с напряжением в 220 В удастся задействовать только 2 кВт.

Покупка трехфазного генератора востребована только тогда, когда в доме много трехфазных потребителей. Если большинство приборов однофазные, лучше приобрести соответствующий агрегат.

Эксплуатация

Перед запуском электрогенератора необходимо сначала провести его регулировку. В первую очередь настраивают частоту работы устройства. Сделать это можно двумя способами:

  1. поменять конструкцию агрегата, заранее предусмотрев, какое количество полюсов необходимо для работы электромагнита;
  2. обеспечить требуемую частоту вращения вала без каких-либо изменений в конструкции.

Яркий пример – тихоходные турбины. Они обеспечивают вращение ротора в 150 оборотов в минуту. Для настройки частоты используют первый способ, увеличивая количество полюсов до 40 штук.

Следующим параметром, который необходимо настроить, является ЭДС. Возникает необходимость регулировки из-за изменений характеристик поступающих нагрузок, действующих на мобильную станцию.

Несмотря на то что ЭДС индукции устройства связана с ротором и его вращениями, из-за требований безопасности нельзя разбирать конструкцию, чтобы поменять параметр.

Изменить величину ЭДС можно посредством регулировки образующегося магнитного потока. Его необходимо будет увеличить или уменьшить. За величину показателя отвечают витки обмотки, а точнее, их количество. А также повлиять на мощность магнитного потока можно посредством тока, который образует катушка.

Наладка подразумевает включение в цепь нескольких катушек. Для этого необходимо воспользоваться дополнительными реостатами или электронными схемами. Второй вариант требует настройки параметра за счет внешних стабилизаторов. Это обеспечивает надежное обслуживание.

Преимущество синхронной мобильной станции – это возможность синхронизации с другими электромашинами подобного типа. При этом во время подключения удается сопоставить скорости вращения и обеспечить нулевой фазовый сдвиг. В связи с этим мобильные электростанции востребованы в промышленной энергетике, где очень удобно их использовать в качестве резервного источника тока для повышения производственных мощностей в случае больших нагрузок.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *