Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения).

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле (так называемое поле реакции якоря), которое сцепляется с полем индуктора и таким образом происходит преобразование энергии. В генераторах поле реакции якоря создается переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи Фуко.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Есть так-же обращенная конструкция двигателей, где якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а так же в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники)

Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения или частотного пуска, прежде чем может работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора)) — это называется «вошел в синхронизм». Для разгона до номинальной скорости обычно используется дополнительный двигатель (чаще всего асинхронный). Так-же используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепено увеличивают от очень малых до номинальных величин.

Частота вращения (об/мин) синхронного двигателя напрямую связана с частотой тока питающей сети соотношением,

где — число пар полюсов машины.

Синхронные двигатели обладают ёмкостной нагрузкой, поэтому их выгодно использовать для компенсации индуктивной нагрузки (повышения коэффициента мощности). Синхронные двигатели применяют там, где нет необходимости частого пуска/остановки и регулирования скорости вращения (например в системах вентиляции).

Обычно в синхронных генераторах якорем является статор, а индуктором — ротор. В индуктор через щётки подают постоянный ток, вращают ротор, тем самым создавая вращающееся магнитное поле, под действием которого в якоре индуцируется переменный ток, который отдаётся в сеть.

Частота вырабатываемого тока (Гц) напрямую связана с частотой вращения ротора (об/мин) соотношением:

где — число пар полюсов машины.

• Гидрогенератор — явно полюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической турбины (при низких скоростях вращения).

• Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины (при скоростях вращения ротора 6000, 3000, 1500 об/мин.).

• Компенсатор — синхронная электрическая машина (в большинстве случаев неявнополюсная), предназначенная для выработки реактивной мощности (представляет из себя синхронный двигатель на холостом ходу, генерирование реактивной мощности регулируется током возбуждения обмотки индуктора).

Асинхронизированные синхронные машины — различные синхронные машины, имеющие несколько обмоток возбуждения и за счет этого допускающие несинхронные режимы работы (то есть такие, когда электромагнитное поле в воздушном зазоре и ротор вращаются с разными скоростями). Это уникальная отечественная разработка, идеи которой уходят к шестидесятым годам ХХ века. Их основное преимущество — это высокая устойчивость (то есть они не выпадают из синхронизма при переходных процессах и сложных режимах работы) и возможность устойчивой нормальной работы в режиме глубокого потребления реактивной мощности, что не реализуется в обычных синхронных машинах в виду их выпадения из синхронизма, а в случае если устойчивость и может быть достигнута (что реализуется, например, применением сложных, быстродействующих систем сильного регулирования), то такой режим является анормальным ввиду перегрева обмоток (в первую очередь в торцевой зоне сердечника статора).

Синхронные машины | Электрические машины

Подробности

Категория: Оборудование

• электродвигатель

Содержание материала

• Электрические машины
• Основные электромагнитные схемы электрических машин
• Устройство многофазных обмоток
• Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
• Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
• Асинхронные машины
• Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
• Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
• Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
• Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
• Механическая характеристика асинхронной машины
• Статическая устойчивость асинхронной машины
• Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
• Рабочие характеристики асинхронного двигателя
• Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
• Пуск асинхронных двигателей
• Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
• Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
• Однофазные асинхронные двигатели
• Генераторный режим асинхронной машины
• Трансформаторный режим асинхронной машины
• Синхронные машины
• Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
• Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
• Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
• Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
• Уравнения напряжений и векторные диаграммы
• Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
• Работа на автономную нагрузку
• Параллельная работа синхронных машин
• Включение генератора в сеть
• Регулирование активной мощности синхронной машины
• Регулирование реактивной мощности синхронной машины
• Угловая характеристика синхронной машины
• Статическая устойчивость синхронной машины
• U-образные характеристики
• Синхронные двигатели
• Синхронные компенсаторы
• Несимметричные режимы синхронных генераторов
• Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
• Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
• Машины постоянного тока
• ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
• Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
• Коммутация
• Генераторы постоянного тока
• Характеристики генераторов с самовозбуждением
• Параллельная работа генераторов постоянного тока
• Двигатели постоянного тока
• Характеристики двигателя постоянного тока
• Регулирование частоты вращения

Страница 22 из 51

Синхронной машиной называется электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора n находится в строгом соответствии с частотой сети :
.

На статоре синхронной машины располагается трехфазная обмотка переменного тока, называемая обмоткой якоря, а на роторе располагается обмотка постоянного тока, называемая обмоткой возбуждения. Существует две основных разновидности исполнения обмоток возбуждения: распределенные и сосредоточенные. Распределенные обмотки применяются при неявнополюсной конструкции ротора (рис. 5.1). В каждом пазу располагается только одна сторона катушки. Поэтому такая обмотка является однослойной. Число катушек на полюсном делении равно . Они соединяются последовательно, образуя полное число витков обмотки возбуждения
,
где — число витков в катушке.
Неявнополюсную конструкцию ротора имеют быстроходные синхронные машины с и . Частота вращения ротора таких машин при соответственно равна 3000 и 1500 . Для получения необходимой механической прочности неявнополюсные роторы выполняются из массивной стальной поковки.

В машинах с ротор имеет явнополюсную конструкцию (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
.
Для улучшения динамических свойств синхронной машины в полюсные наконечники помещают дополнительную короткозамкнутую обмотку (4), выполняемую аналогично короткозамкнутой обмотке асинхронной машины. Ее называют успокоительной или демпферной. Иногда роль демпферной обмотки выполняют массивные полюсные наконечники.
Основная область применения синхронных машин — энергетика, где они используются в качестве генераторов электрической энергии. В зависимости от типа привода синхронные генераторы делятся на турбогенераторы, гидрогенераторы и дизельные генераторы.
Турбогенераторы приводятся во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами. Это и обусловливает конструкцию турбогенераторов. Ротор турбогенератора имеет неявнополюсное исполнение (рис. 5.1) с горизонтальным расположением оси вращения. Предельный диаметр ротора по условию механической прочности составляет . Активная длина ротора достигает . Максимальная мощность, развиваемая такими турбогенераторами при , составляет 1200 мВт.
Гидрогенераторы приводятся во вращение гидротурбинами. В зависимости от напора воды и мощности турбины частота вращения гидрогенераторов колеблется в пределах от 50 до . Поэтому гидрогенераторы являются тихоходными машинами с числом пар полюсов
.
Для размещения такого числа полюсов приходится увеличивать диаметр ротора до при длине . Гидрогенераторы выполняются обычно с вертикальной осью вращения вала. Гидротурбина располагается под генератором. Максимальная мощность современных гидрогенераторов достигает 800 МВт.
Дизельные генераторы приводятся во вращение двигателями внутреннего сгорания. Они имеют сравнительно небольшую мощность (до 10 МВт) и используются для питания автономных потребителей. Дизельные генераторы имеют явнополюсную конструкцию ротора при числе полюсов и выполняются с горизонтальным расположением вала.
Наряду с генераторным режимом широко используется и двигательный режим синхронных машин, применяемых в качестве двигателей для привода мощных насосов, компрессоров, воздуходувок и других крупных установок.
Одним из основных достоинств синхронных машин является способность генерировать реактивную мощность. Существует даже специальный тип синхронных машин, предназначенных исключительно для генерирования реактивной мощности. Такие машины называются синхронными компенсаторами. Синхронные компенсаторы выпускаются на мощность от 15 до 160 при частотах вращения . Роторы таких машин имеют явнополюсное исполнение.

• Назад
• Вперёд

• Назад

• Вы здесь:  
• org/ListItem»> Главная
• Книги
• Оборудование
• Аккумуляторные батареи

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

Формулы и уравнения синхронных, шаговых и двигателей переменного тока

Ниже приведены полезные уравнения и формулы для двигателей переменного тока при проектировании и анализе синхронных двигателей, шаговых двигателей и других связанных с ними машин переменного тока.

Содержание

Синхронная машина предназначена для работы на синхронной скорости, которая определяется как:

Где

• N _с  — синхронная скорость
• f частота сетевого напряжения
• P — количество полюсов в машине

V = E _b  + I _a (R _a  + jX _s )

Where

• V = приложенное напряжение
• Е _б = Противоэдс
• I _a = ток якоря
• R _a = сопротивление якоря
• X _с = синхронное реактивное сопротивление

The difference between the voltage applied V and back EMF is known as resultant voltage E _R

E _R  = V – E _b

E _R = I _a (R _a  + jX _s )

Это угол, на который ток якоря I _a отстает от результирующего напряжения в якоре E _R , и определяется как;

E _B = K _A φ _A N _S

, где

• K A

  , где

  • K A = Стив
    • K A0 = СИЗДИНГ
      • K _{A 0 = СВИС.}
      • φ _a = магнитный поток на полюс ротора
      • N _с  = синхронная скорость ротора

      Related Posts:

      • Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
      • Трехфазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
      Различные возбуждения:
      • E _b  = V              Нормальное возбуждение                2            
      • E _b  < V             Недостаточное возбуждение                                           Отстающий коэффициент мощности
      • E _b  > V              Перевозбуждение                                Опережающий коэффициент мощности
      Потребляемая мощность:

      Потребляемая мощность синхронного двигателя определяется по формуле:
      
      Где

      Φ — угол между V и I _a

      Механическая мощность в роторе:

      
      Где

      • α — угол нагрузки между E _b и V
      • Φ угол между V и I _a
      • T _г  – максимальный крутящий момент
      • N _с синхронная скорость

      Похожие сообщения:

      • Серводвигатель – типы, конструкция, работа, управление и применение
      • Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) — конструкция, работа и приложения

      Формулы шаговых двигателей

      Угол шага:

      
      Где

      • β = угол шага, угол поворота вала при каждом импульсе.
      • N _s  = количество полюсов или зубьев статора
      • N _r = количество полюсов или зубьев ротора
      Разрешение шагового двигателя:

      Количество шагов, необходимых для совершения одного оборота, определяется по формуле;
      
      Чем выше разрешение, тем выше точность шагового двигателя.

      Скорость двигателя:

      Где

      • n = скорость двигателя в оборотах в секунду
      • f = частота шагового импульса

      Связанные формулы и уравнения Сообщения:

      • Асинхронный двигатель и линейные асинхронные двигатели Формулы и уравнения
      • Трансформаторные формулы и уравнения
      • Основные формулы и уравнения электротехники
      • Основные формулы электрических величин
      • Формулы мощности в однофазных и трехфазных цепях постоянного и переменного тока
      • Формулы и уравнения в области электротехники и электроники
      • Символы электродвигателей

      URL скопирован

      Показать полную статью

      Связанные статьи

      Кнопка «Вернуться к началу»

      Синхронный генератор переменного тока: принцип работы, типы

      Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

      Синхронный генератор — это машина, вырабатывающая переменное напряжение при вращении вала. Синхронный генератор называется синхронным, потому что формируемая им волна напряжения синхронизируется с вращением генератора.

      Основы синхронного генератора

      Синхронный генератор — это генератор переменного тока, выходной сигнал которого синхронизирован с положением ротора.

      Частота напряжения, вырабатываемого синхронным генератором, зависит только от скорость вращения его вала и количество полюсов . Это делает синхронный генератор очень эффективным для производства электроэнергии для коммунальных предприятий, поскольку он непрерывно вырабатывает мощность на частоте сети, когда его ротор вращается с постоянной скоростью.

      Рисунок 1 КОНСОЛЬНЫЕ КОЛЬЦА И УГОЛЬНЫЕ ЩЕТКИ:

      Токосъемные кольца представляют собой гладкие кольца, которые устанавливаются на ротор и соединяются с одним концом катушки ротора.

      Щетки перемещаются непосредственно по токосъемным кольцам и создают электрический контакт с внешними клеммами. Щетки со временем изнашиваются, поэтому их необходимо периодически осматривать и заменять по мере необходимости.

      Большие синхронные генераторы требуют напряжения возбуждения для поля. Это напряжение поступает от отдельного источника питания, такого как меньший вспомогательный генератор постоянного тока, называемый возбудителем, для подачи тока возбуждения.

      Обычно возбудитель устанавливается на главный вал. Различные типы возбудителей включают в себя отдельные возбудители, которые представляют собой генераторы постоянного тока, статические возбудители (без вращающихся частей) и возбудители постоянного тока с приводом от вала. Ток от возбудителя обычно регулируется автоматическим или ручным регулятором.

      Вы столкнетесь с двумя типами синхронных генераторов переменного тока , когда будете работать с системами возобновляемой энергии.

      В один тип якорем является ротор, и ток от якоря генерируется в роторе; это называется генератором переменного тока с вращающимся якорем . В этом случае токосъемные кольца и щетки используются для передачи тока от ротора через изолированные фарфоровые втулки к электрическим клеммам на раме генератора.

      другой тип имеет поле на роторе и якорь на статоре. В этом случае токосъемные кольца и щетки могут не понадобиться, так как мощность вырабатывается в неподвижном статоре, а ток ротора может подаваться от отдельного вращающегося возбудителя, установленного на том же валу. Это называется генератором переменного тока с вращающимся полем .

      В любом случае вал ротора соединен с первичным двигателем, который заставляет его вращаться.

      В больших генераторах поле вращается и обмотки якоря находятся на статоре. Трехфазная сеть является стандартной для коммунальных служб, потому что ее можно передавать с меньшими затратами, а трехфазный генератор значительно меньше, чем однофазный генератор того же номинала.

      Электрическая частота трехфазного выходного напряжения зависит от механической скорости ротора и количества полюсов в генераторе, как упоминалось ранее.

      Синхронный генератор переменного тока с вращающимся якорем Работает

      Генератор с вращающимся якорем также называется генератором стационарного поля . В небольшом генераторе с вращающимся якорем магнитное поле может создаваться постоянными магнитами, окружающими ротор, или электромагнитами.

      Поскольку якорь находится во вращающемся узле, токосъемные кольца и щетки используются для снятия тока с ротора и передачи его на выход.

      В дополнение к сотням обмоток практический генератор с вращающимся якорем обычно имеет много пар полюсов в статоре, которые чередуются как северный и южный полюса по периферии.

      Противоположные полюса расположены рядом друг с другом, так что ротор генерирует полную синусоиду при прохождении через каждую пару полюсов.

      Когда первичный двигатель вращает ротор, обмотки якоря отсекают линии магнитного потока от поля и генерируют синусоидальную волну.

      Полюса обмотки возбуждения являются частью магнитного пути; путь включает ротор, воздушный зазор, полюса статора и корпус, но не нижнюю пластину.

      Нижняя пластина изготовлена ​​из немагнитного материала для устранения наведенного тока. Обмотки возбуждения намотаны на полюсах.

      Однофазный генератор имеет два токосъемных кольца, которые соединены с катушкой на роторе.

      Генераторы переменного тока с вращающимся якорем обычно используются для маломощных приложений, обычно менее 5 кВА, поскольку ток через токосъемные кольца и щетки мал. Большинство генераторов с вращающимся якорем производят только одну фазу.

      Генераторы с вращающимся полем переменного тока Синхронные Генераторные рабочие

      Все крупные синхронные генераторы переменного тока относятся к генераторам с вращающимся полем , которые повсеместно используются коммунальными предприятиями. Генератор переменного тока с вращающимся полем также называют генератором стационарного якоря.

      Поскольку обмотки якоря находятся на статоре, можно легко генерировать большее количество энергии и передавать ее на нагрузку или в сеть (между якорем и выходными клеммами нет подвижных контактов).

      В очень маленьких генераторах переменного тока с вращающимся полем для поля ротора могут использоваться постоянные магниты; однако в большинстве генераторов вращающегося поля в качестве ротора используется электромагнит (известный как ротор с обмоткой).

      Ротор с обмоткой представляет собой узел сердечника ротора, который имеет обмотку, состоящую из индивидуально изолированных проводов.

      В генераторе постоянный ток подается на ротор, чтобы обеспечить магнитный поток для вращающегося поля. Поскольку обеспечивается постоянный ток, электромагнит имеет фиксированную полярность 9.0010 (как стержневой магнит). Когда вращающееся магнитное поле проходит по обмоткам статора, магнитное поле от ротора пересекает обмотки якоря в статоре, и генерируется мощность.

      Коммунальные предприятия особенно обеспокоены эффективностью своих генераторов. По мере увеличения размеров генераторов их эффективность повышается.

      Большая машина на самом деле весит меньше в расчете на произведенный кВт, чем небольшая машина, и с повышением эффективности чем больше, тем лучше с точки зрения коммунальной компании.

      Единственным недостатком является то, что большие генераторы требуют некоторой формы охлаждения. Используются три основные системы охлаждения: воздушное охлаждение, охлаждение сжатым водородом и системы водяного/масляного охлаждения.

      Требуемая система охлаждения зависит от конкретного типа генератора и выходной мощности. Например, большие низкоскоростные многополюсные генераторы легче охлаждаются, чем высокоскоростные генераторы.

      В генераторе переменного тока с вращающимся полем ток для обмотки возбуждения обычно создается возбудителем.

      Как упоминалось ранее, доступно несколько различных типов возбудителей, но обычно якорь возбудителя и главный ротор движутся вместе на общем валу.

      Возбудитель может быть генератором постоянного тока или генератором переменного тока, который использует диоды для преобразования своего выхода в постоянный ток. Конечным результатом является требуемый постоянный ток, который используется для создания поля ротора.

      На рис. 2 показана схема большого генератора переменного тока с вращающимся полем . Он имеет возбудитель постоянного тока на левом конце ротора и вращающееся поле в основном генераторе.

      Якорь главного генератора изготовлен из витков проволоки, напрессованных на полюса статора. Эти катушки соединены в виде трех отдельных обмоток, расположенных под углом 120° друг к другу, для получения трехфазного (3φ) напряжения.

      Ток во вращающемся поле управляется возбудителем, который, в свою очередь, управляет выходом. Выходное напряжение возбудителя переменного тока представляет собой трехфазный переменный ток, который проходит через вращающийся мостовой выпрямитель с шестью диодами, где превращается в постоянный.

      Поскольку якорь возбудителя и диоды смонтированы на том же валу, что и обмотки возбуждения основного генератора, два провода, обеспечивающие положительный и отрицательный постоянный ток к полю основного генератора, могут быть подключены напрямую без контактных колец и щеток. Это означает, что генератор может работать в течение длительного времени между периодами технического обслуживания.

      Ток возбуждения можно регулировать напрямую с помощью регулятора или можно регулировать выходное напряжение возбудителя для увеличения или уменьшения выходной мощности основного генератора.

      Рисунок 2 Синхронный генератор вращающегося поля с возбудителем, который подает ток для роторного поля

      На рисунке 3 показан большой трехфазный синхронный генератор , который может производить мощность до 75 МВА. Это пример генератора вращающегося поля, который использует возбудитель для обеспечения тока возбуждения.

      Ротор синхронного генератора может быть явнополюсным или неявнополюсным.

      Термин выступающий означает выступ за пределы поверхности, уровня или линии. Выступающие полюса состоят из проводов, плотно обернутых вокруг магнитных полюсов, которые выступают из ротора. Эта конструкция ограничена низкоскоростными генераторами, поэтому она полезна для некоторых небольших ветряных турбин и некоторых низкоскоростных гидроэлектростанций.

      Генераторы с 9Неявнонаправленные полюса 0009 используются для более высоких скоростей и полезны на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, и на атомных электростанциях, где они обычно вращаются со скоростью 3600 об / мин, чтобы использовать пар высокого давления.

      Более высокие скорости вращения создают более сильные центробежные силы, которые раздвигают роторы с явными полюсами.

      Неявнонаправленные полюса также называются полюсами турбины. Они могут быть выполнены в виде длинного стального цилиндра. Ротор изготовлен путем запрессовки обмоток в пазы полюсного наконечника, и эта конструкция может выдерживать более высокие скорости, создаваемые паровыми турбинами.

      Трехфазный синхронный генератор в рабочем состоянии

      На рис. 4a показан упрощенный трехфазный генератор . Вращающееся поле показано как постоянный магнит.

      Когда первичный двигатель вращает поле вокруг трех обмоток статора, возникает трехфазная синусоида. На рис. 4b показан трехфазный выход генератора.

      Синусоидальная волна возникает, когда полюс обмотки возбуждения вращается вокруг обмотки якоря в статоре. Если Северный полюс генерирует положительную половину синусоиды, Южный полюс генерирует отрицательный полупериод.

      Поскольку обмотки якоря расположены в статоре под углом 120° друг к другу, синусоидальные волны разнесены на 120°.

      Большинство генераторов производят трехфазную электроэнергию, поскольку она более эффективна. Если конечный выход должен быть постоянным, трехфазное легко преобразовать в постоянное с помощью диодов. Синхронный генератор не имеет скольжения, поэтому выходная частота постоянна, когда скорость поддерживается постоянной.

      Рисунок 3 Синхронный генератор для энергосистемы

      Рисунок 4 Трехфазный генератор вращающегося поля и трехфазный синусоидальный сигнал. На рис. 4b показан выходной сигнал генератора. Для простоты ротор на рисунке 4а показан как постоянный магнит.

      Синхронные генераторы, используемые в ветряных турбинах

      Синхронный генератор обычно используется в ветряных турбинах, когда генератор подключен непосредственно к сети и не использует инвертор.

      A основное преимущество синхронных генераторов для ветряных турбин заключается в том, что они могут получать напряжение из сети и работать как электродвигатель, если лопасти не вращаются.

      Если скорость ветра низкая, генератор может действовать как двигатель, чтобы начать вращение лопастей. Напряжение от сети помогает двигателю разогнаться до скорости, близкой к синхронной, и запускает лопасти, вращающиеся достаточно быстро, чтобы ветер мог взять верх.

      Если бы двигатель не использовался для вращения лопастей во время запуска, ветряная турбина не смогла бы начать собирать энергию, пока скорость ветра не станет выше.

      Когда ветер начинает подхватывать и лопасти начинают собирать энергию, напряжение сети автоматически отключается от синхронной машины, и лопасти ветряной турбины начинают вращать вал достаточно быстро, чтобы он вырабатывал электричество. Этот переход происходит при скорости ветра примерно 6 миль в час.

      Еще одним преимуществом использования синхронного генератора в ветровой турбине является то, что при подаче постоянного тока на его катушку вращающегося поля создается очень сильное магнитное поле, и синхронный генератор почти не имеет скольжения.

      Таким образом, , если генератор правильно подключен к сети, его вал все время вращается с частотой, близкой к расчетной, что обеспечивает выработку напряжения с частотой, близкой к номинальной 60 Гц.

      На рис. 5 показан синхронный генератор, используемый в ветровой турбине.

      Рисунок 5 Генератор для ветровой турбины

      Расчет скорости синхронного генератора

      Частота синхронного генератора определяется количеством полюсов в якоре и скоростью вращения ротора. Уравнение для частоты синхронного генератора:

      \[f=Np\times RPM\times 120\]

      Где

      f = частота, Гц минуту

      Расчет частоты индуцированного напряжения

      Какова частота индуцированного напряжения для четырехполюсного генератора, вращающегося со скоростью 1800 об/мин?

      Решение:

      f =Np×об/мин×120=4×1800×120=60 Гц

      Расчет скорости синхронного генератора

      Как быстро должен вращаться 24-полюсный генератор, чтобы производить 60 Гц?

      Решение:

      Таблица 1 суммирует количество полюсов и число оборотов в минуту, необходимое для получения 50 Гц или 60 Гц, которые являются двумя наиболее распространенными частотами для электрических сетей во всем мире.

      Количество полюсов генератора всегда указывается парами, поэтому количество полюсов всегда четное.

      Чем больше число пар полюсов, тем ниже скорость вращения генератора для получения заданной частоты.

      Number of Poles	RPM for 50 Hz	RPM for 60 Hz
      2	3,000	3,600
      4	1,500	1,800
      6	1000	1200
      8	750	900
      10	600	720
      12	500	600
      14	429	514
      16	375	450
      18	333	400
      20	300	360
      40	150	180

      Таблица 1 Количество полюсов, необходимых для генерации 50 Гц или 60 Гц

      На рис. 6 показан второй набор полюсов возбуждения на генераторе. Когда добавляется второй набор полюсов, выходное напряжение генератора имеет дополнительную синусоиду для каждого оборота генератора.

      При добавлении дополнительных полюсов при каждом обороте ротора создается больше синусоид.

      Рис. 6. Выходная синусоида для генератора с четырьмя полюсами возбуждения. Обратите внимание, что на каждом обороте ротора на выходе есть два цикла.

      Контрольный вопрос

      1. Какие основные части синхронного генератора?
      2. Как генератор с вращающимся якорем вырабатывает напряжение?
      3. Как генератор вращающегося поля вырабатывает напряжение?
      4. Как синхронный генератор с постоянными магнитами вырабатывает напряжение?

      Ответы

      1. Основными частями синхронного генератора являются ротор (который обычно представляет собой обмотку возбуждения или, в небольших генераторах, вращающийся постоянный магнит, метод снабжения катушек возбуждения электричеством) и статор.