Синхронные машины продольно-поперечного возбуждения

Синхронные машины продольно-поперечного возбуждения. Асинхронизированные синхронные машины

Эффективное регулирование активной и реактивной мощностей, гене­рируемых СГ, может быть достигнуто применением СМ с двумя взаимно перпендикулярными обмотками ротора. Питание этих обмоток осущест­вляется переменным током, тогда синхронные машины называются асин-хронизированными (АСТГ). Наличие двух обмоток позволяет переме­щать магнитное поле ротора относительно тела ротора, достигая высоких показателей в отношении устойчивости и управляемости СГ не только в статических, но и динамических режимах.

В нашей стране были разработаны и введены в эксплуатацию первые в мире асинхронизированные СГ мощностью 200 МВт. Работают два АСТГ мощностью 200 МВт каждый, головной образец АСТГ, мощностью 110 МВт; разработана серия АСТГ на мощности 110, 220, 320 МВт, есть асинхрони­зированные двигатели 315—2000 кВт. Спроектированы и создаются в настоящее время АСТГ на базе серийного турбогенератора ТГВ-300М с водородно-водяным охлаждением.

Синхронные компенсаторы продольно-поперечного возбуждения (КСП-320-2) напряжением 20 кВ представляют собой мощные регулируе­мые источники реактивной мощности реверсивного действия. Эти ком­пенсаторы предназначены для использования в сетях сверхвысокого напряжения с целью обеспечения требуемых уровней напряжения в узлах их присоединения, уменьшения потерь электроэнергии, повышения про­пускной способности и устойчивости линий электропередачи.

Асинхронизированные синхронные генераторы применяются для установок с турбинами непостоянной частоты вращения. Два АСТГ мощ­ностью 50 МВт с 1961 г. действуют на электростанции Кольского полуострова. Асинхронизированный генератор-двигатель мощностью 400 кВт установлен в 1972 г. на электростанции, использующей энергию морских приливов. Машина работает в генераторном и двигательном режимах с частотами вращения, отличающимися от синхронной на +30 %. Схема регулирования и реверсивная система возбуждения обмоток ротора обес­печивают возбуждение машины переменными токами частоты скольже­ния, благодаря чему в обмотке статора при переменной частоте ротора индуктируются ЭДС постоянной синхронной частоты.

Аналогичный принцип положен в основу ветроэлектрических генера­торов, когда частота, амплитуда и фаза токов, протекающих в обмотках возбуждения, определяются программой, формируемой системой регули­рования. При этом постоянство частоты ЭДС обмотки статора обеспечи­вается в широком диапазоне частот вращения ветроколеса.

В системе ОАО «Мосэнерго» в настоящее время вводится в действие АСТГ с индексом ТЗФА-110-2УЗ мощностью ПО МВт, напряжением 10,5 кВ, способный генерировать реактивную мощность 36 200 кВ • А при КПД 98,1 %, в номинальном режиме с коэффициентом мощности 0,95. В режиме с выдачей реактивной мощности и коэффициентом мощ­ности 0,91 АСТГ генерирует реактивную мощность 45 500 кВ • А. В режиме потребления реактивной мощности и коэффициенте мощности 0,84 АСТГ потребляет реактивную мощность 63 000 кВ • А. Обмотки ротора АСТГ имеют две фазы, выполненные со сдвигом 90°, число кон­тактных колец ротора 4.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Синхронные машины продольно-поперечного возбуждения. Асинхронизированные синхронные машины

Эффективное регулирование активной и реактивной мощностей, гене­рируемых СГ, может быть достигнуто применением СМ с двумя взаимно перпендикулярными обмотками ротора. Питание этих обмоток осущест­вляется переменным током, тогда синхронные машины называются асин-хронизированными (АСТГ). Наличие двух обмоток позволяет переме­щать магнитное поле ротора относительно тела ротора, достигая высоких показателей в отношении устойчивости и управляемости СГ не только в статических, но и динамических режимах.

В нашей стране были разработаны и введены в эксплуатацию первые в мире асинхронизированные СГ мощностью 200 МВт. Работают два АСТГ мощностью 200 МВт каждый, головной образец АСТГ, мощностью 110 МВт; разработана серия АСТГ на мощности 110, 220, 320 МВт, есть асинхрони­зированные двигатели 315—2000 кВт. Спроектированы и создаются в настоящее время АСТГ на базе серийного турбогенератора ТГВ-300М с водородно-водяным охлаждением.

Синхронные компенсаторы продольно-поперечного возбуждения (КСП-320-2) напряжением 20 кВ представляют собой мощные регулируе­мые источники реактивной мощности реверсивного действия. Эти ком­пенсаторы предназначены для использования в сетях сверхвысокого напряжения с целью обеспечения требуемых уровней напряжения в узлах их присоединения, уменьшения потерь электроэнергии, повышения про­пускной способности и устойчивости линий электропередачи.

Асинхронизированные синхронные генераторы применяются для установок с турбинами непостоянной частоты вращения. Два АСТГ мощ­ностью 50 МВт с 1961 г. действуют на электростанции Кольского полуострова. Асинхронизированный генератор-двигатель мощностью 400 кВт установлен в 1972 г. на электростанции, использующей энергию морских приливов. Машина работает в генераторном и двигательном режимах с частотами вращения, отличающимися от синхронной на +30 %. Схема регулирования и реверсивная система возбуждения обмоток ротора обес­печивают возбуждение машины переменными токами частоты скольже­ния, благодаря чему в обмотке статора при переменной частоте ротора индуктируются ЭДС постоянной синхронной частоты.

Аналогичный принцип положен в основу ветроэлектрических генера­торов, когда частота, амплитуда и фаза токов, протекающих в обмотках возбуждения, определяются программой, формируемой системой регули­рования. При этом постоянство частоты ЭДС обмотки статора обеспечи­вается в широком диапазоне частот вращения ветроколеса.

В системе ОАО «Мосэнерго» в настоящее время вводится в действие АСТГ с индексом ТЗФА-110-2УЗ мощностью ПО МВт, напряжением 10,5 кВ, способный генерировать реактивную мощность 36 200 кВ • А при КПД 98,1 %, в номинальном режиме с коэффициентом мощности 0,95. В режиме с выдачей реактивной мощности и коэффициентом мощ­ности 0,91 АСТГ генерирует реактивную мощность 45 500 кВ • А. В режиме потребления реактивной мощности и коэффициенте мощности 0,84 АСТГ потребляет реактивную мощность 63 000 кВ • А. Обмотки ротора АСТГ имеют две фазы, выполненные со сдвигом 90°, число кон­тактных колец ротора 4.

Дата добавления: 2016-07-05 ; просмотров: 1504 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

1.2. Типы синхронных машин и их устройство.

Как уже отмечалось, синхронная машина состоит из неподвижной части — статора — и вращающейся части — ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двигателей, т. е. состоят из корпуса, сердечника и обмотки .

Конструктивное исполнение статора синхронной машины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины.

Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборе образуют цилиндр сердечника статора.

Корпуса статоров крупногабаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобства транспортировки и монтажа этих машин.

Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.

В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двигателей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели).

Применение любого из перечисленных двигателей принципиально влияет на конструкцию синхронного генератора.

Если приводным двигателем является гидравлическая турбина, то синхронный генератор называют гидрогенератором.

Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60—500 об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применяют ротор с большим числом полюсов.

Роторы гидрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию, т. е. с явно выраженными полюсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника1, полюсного наконечника2 и полюсной катушки3 (рис. 1.2,а).

Все полюсы ротора закреплены на ободе 4, являющемся также и ярмом магнитной системы машины, в котором замыкаются потоки полюсов.

Гидрогенераторы Обычно изготовляются с вертикальным расположением вала .

Рис. 1.2. Конструкция роторов синхронных машин:

а — ротор с явно выраженными полюсами; б — ротор с неявно выраженными полюсами

СМ. 1.4. 05.01.06. 10.02.07.

Паровая турбина работает при большой частоте вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной машиной. Роторы этих генераторов выполняют либо двухполюсными (n= 3000 об/мин), либо четырех полюсными(п = 1500об/мин).

В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механической прочности в турбогенераторах применяют неявноюлюсныйротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для обмотки, возбуждения ( рис. 1.2,б).

Сердечник неявнополюсного ротора изготовляют в виде цельной стальной поковки вместе с концами вала или же делают сборным.

Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь 2/3 его поверхности (по периметру). Оставшаяся 1/3 поверхности образует полюсы.

Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывают стальными бандажными кольцами (каппами), изготовляемыми обычно из немагнитной стали.

Турбогенераторы и дизель генераторы изготовляют с горизонтальным расположением вала.

Дизель генераторы рассчитывают на частоту вращения 600—1500 об/мин и выполняют с явнополюсным ротором .

Большую группу синхронных машин составляют синхронные двигатели, которые обычно изготовляются мощностью до нескольких тысяч киловатт и предназначены для привода мощных вентиляторов, мельниц, насосов и других устройств, не требующих регулирования частоты вращения, например двигатели СДН2.

Двигатели этой .серии изготовляются мощностью от 315 до 4000 кВтпри частотах вращения от 300 до 1000 об/мин и предназначены для включения в сеть частотой 50 Гц при напряжении 6 кВ.

Синхронные и асинхронные двигатели, их отличия и разница в применении

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни синхронному генератору. Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратковременно) и асинхронный режим, который обычно применяют для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения. В это время индукторные обмотки замыкаются накоротко или посредством реостата. После достижения необходимой скорости индуктор начинают питать постоянным током.

Возбуждение синхронной машины

Для питания обмотки возбуждения предусмотрено наличие возбудителя, в его качестве выступает генератор постоянного тока, якорь которого сопряжен с валом машины, посредством использования механического устройства.

По способу возбуждения синхронные машины подразделяются на два типа:

1. Возбуждение независимого вида.
2. Самовозбуждение.

При независимом возбуждении схема подразумевает наличие подвозбудителя, который питает: обмотку главного возбудителя, реостат для регулировки, устройства управления, регуляторы напряжения и т. д. Кроме этого способа, возбуждение может осуществляться от генератора, выполняющего вспомогательную функцию, он приводится в работу от двигателя синхронного или асинхронного типа.

Для самовозбуждения, питание обмотки происходит через выпрямитель, работающий на полупроводниках или ионного типа.

Для турбо- и гидрогенераторов используют тиристорные устройства возбуждения. Ток возбуждения регулируется в автоматическом режиме при помощи регулятора возбуждения. Для синхронных машин малой мощности характерно использование регулировочных реостатов, они включены в цепь обмотки возбуждения.

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда. Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Синхронные электрические машины. Принцип действия

Синхронно (от греч. σύγχρονα, σύγ — вместе, χρονα – время) — используется в русском языке для обозначения (наименования) процессов совпадающих во времени.

Синхронными, в электротехнике, принято называть машины переменного тока, в процессе работы которых частоты вращения ротора и вращающегося магнитного поля статора равны (n2= n1, рис.1,а). Конструктивно ротор синхронных машин выполняется так, что в его обмотках ЭДС. не индуктируется (как в асинхронных, где ЭДС индуктируется полем статорных обмоток), а магнитное поле создаётся как результат протекания постоянного тока подводимого от внешнего источника ЭДС, или с помощью постоянных магнитов.

На рис.1,б изображена схема подключения синхронной электрической машины как двигателя, где при наличии напряжения U1 на статорных обмотках 3 и Uв на обмотке 4 ротора 2 последний будет вращаться. При этом, частота вращения ротора, в установившемся режиме, будет соответствовать частоте вращения магнитного поля создаваемого обмотками статора.

Рис.1. Электромагнитная схема синхронной машины (а) и схема её подключение, как двигателя, к сети трёхфазного тока (б) , где: 1- статор, 2 – ротор, 3 — обмотка статора , 4 — обмотка возбуждения , 5- контактные кольца, 6 – щётки, n2 – частота вращения ротора, n1 – частота вращения магнитного поля статора.

Синхронные машины очень часто применяют не только как двигатели, но и как генераторы. Если вместо внешнего напряжения U1 (рис.1,б ) к выводам обмоток статора подключить нагрузку, а на обмотку ротора подать Uв (посредством контактных колец 5 и щёток 6) и начать его вращать, например соединив его с валом другого двигателя, то как результат пересечения потоком возбуждения ротора проводников обмоток статора на его фазных обмотках начнёт индуктироваться переменная э.д.с.(напряжение) и по нагрузке потечёт ток. Зависимость частоты сгенерированного таким образом напряжения от частоты вращения магнитного потока ротора:

f1 = p x n2 / 60 (1)

где: f1 – частота сгенерированного напряжения; n2 – частота вращения магнитного поля ротора; p – число пар полюсов электрической машины (генератора).

В обмотках статора (при подключённой к ним нагрузке), в свою очередь, начнёт протекать ток создающий вращающееся магнитное поле статора:

n1 = 60 x f1 / p (2)

где: n1 – частота вращающегося магнитного поля статора; f1 – частота сгенерированного в обмотках статора напряжения; p – число пар полюсов электрической машины (генератора).

Из выражений (1) и (2) следует, что n1= n2 а это означает, что частоты вращения ротора и магнитного поля статора равны, т.е. синхронны. Поэтому рассматриваемую нами машину называют синхронной. Для такой машины характерно, что результирующее магнитное поле вращается с той же частотой что и ротор, т.к. результирующий магнитный поток Фрез. создаётся в результате взаимодействий МДС обмотки возбуждения ротора(индуктора) и обмотки статора(якоря).

Для установившихся режимов работы синхронной машины характерны следующие особенности:

• как в двигательном так и в генераторном режимах, ротор машины вращается с частотой равной частоте вращающегося магнитного поля создаваемого статором, то есть n2= n1 (рис.1,а) ;
• частота изменений индуктируемой в обмотках статора(якоря) ЭДС Е , пропорциональна частоте вращения ротора(индуктора);
• в обмотке ротора э.д.с. не индуктируется, а подводится извне, то есть её МДС создаётся от внешнего источника возбуждения Uв и не зависит от режима работы (двигательного или генераторного).

Очень часто вместо обмоток ротора, для создания МДС, используют набор из постоянных магнитов, что исключает необходимость использования внешнего источника возбуждения Uв.

В энергетике, синхронные машины , главным образом, применяют для преобразования механической энергии от первичных двигателей(или турбин) в электрическую энергию переменного тока, то есть в качестве генераторов. В других отраслях большее применение находят двигатели.

Синхронные двигатели бывают: с обмотками возбуждения, с постоянными магнитами, реактивные, гистерезисные, реактивно-гистерезисные, шаговые. Маломощные синхронные микродвигатели широко используют в системах автоматики, бытовых приборах, фотоаппаратах, часах и так далее. Двигатели с постоянными магнитами различной мощности применяют, в следящих приводах систем ЧПУ, в бытовой и автомобильной технике, и так далее.

Трехфазные синхронные машины широко применяют в промышленных установках, а однофазные в приводах компрессоров, вентиляторов, в автоматических приборах и так далее.

По сравнению с асинхронными, синхронные электрические двигатели выгодно отличаются гораздо большей мощностью и полезной нагрузкой. При ударных нагрузках намного лучше, чем асинхронные сохраняют постоянство частоты вращения, что немаловажно, особенно в таких отраслях как металлургия и металлообработка. Синхронные электрические двигатели могут развивать мощность до 20 тыс. киловатт и “более”…

К недостаткам синхронных электрических машин можно отнести их конструктивную сложность, наличие внешнего возбуждения обмоток ротора, сложность запуска “в отдельных случаях”, относительно высокая стоимость.

Похожие материалы:

• Принцип действия машины постоянного тока
• Вторичные реле максимального тока прямого действия
• Вторичные реле максимального тока косвенного действия
• Какими будут машины на основе машинного обучения?
• Как 5G сможет изменить производственные и…
• Готовы ли вы и ваши производственные машины к…

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей — в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

Типы синхронных машин

Существует несколько разновидностей подобных машин, это: