Синхронный двигатель синхронный генератор: Синхронный генератор переменного тока: устройство, принцип работы, применение — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Синхронный и асинхронный генераторы. Отличия

Генератор — устройство, преобразующее один вид энергии в другой.
В данном случае рассматриваем преобразование механической энергии вращения в электрическую.

Различают два типа таких генераторов. Синхронные и асинхронные.

Синхронный генератор. Принцип действия

Отличительным признаком синхронного генератора является жёсткая связь между частотой f переменной ЭДС, наведённой в обмотке статора, и частотой вращения ротора n , называемой синхронной частотой вращения:

n = f / p

где p – число пар полюсов обмотки статора и ротора.
Обычно частота вращения выражается в об/мин, а частота ЭДС в Герцах (1/сек), тогда для количества оборотов в минуту формула примет вид:

n = 60·f / p

На рис. 1.1 представлена функциональная схема синхронного генератора. На статоре 1 расположена трёхфазная обмотка, принципиально не отличающаяся от аналогичной обмотки асинхронной машины. На роторе расположен электромагнит с обмоткой возбуждения 2, получающей питание постоянным током, как правило, через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, расположенных на роторе, и двух неподвижных щёток.

В некоторых случаях в конструкции ротора синхронного генератора вместо электромагнитов могут использоваться постоянные магниты, тогда необходимость в наличии контактов на валу отпадает, но существенно ограничиваются возможности стабилизации выходных напряжений.

Приводным двигателем (ПД), в качестве которого используется турбина, двигатель внутреннего сгорания либо другой источник механической энергии, ротор генератора приводится во вращение с синхронной скоростью. При этом магнитное поле электромагнита ротора также вращается с синхронной скоростью и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС

E_A , E_B и E_C , которые будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120°), образуют симметричную трёхфазную систему ЭДС.

C подключением нагрузки к зажимам обмотки статора С1, С2 и С3 в фазах обмотки статора появляются токи I_A, I_B, I_C , которые создают вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора. Таким образом, в синхронном генераторе магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно. Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом синхронном генераторе

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Здесь: B – магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл;
l – активная длина одной пазовой стороны обмотки статора, т.е. длина сердечника статора, м;
w – количество витков;
v = πDn – линейная скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с;
D – внутренний диаметр сердечника статора, м.

Формула ЭДС показывает, что при неизменной частоте вращения ротора

n форма графика переменной ЭДС обмотки якоря (ста- тора) определяется исключительно законом распределения магнитной индукции B в зазоре между статором и полюсами ротора. Если график магнитной индукции в зазоре представляет собой синусоиду B = B_max sinα , то ЭДС генератора также будет синусоидальной. В синхронных машинах всегда стремятся получить распределение индукции в зазоре как можно ближе к синусоидальному.

Так, если воздушный зазор δ постоянен (рис. 1.2), то магнитная индукция B в воздушном зазоре распределяется по трапецеидальному закону (график 1). Если же края полюсов ротора «скосить» так, чтобы зазор на краях полюсных наконечников был равен

δ_max (как это показано на рис. 1.2), то график распределения магнитной индукции в зазоре приблизится к синусоиде (график 2), а, следовательно, и график ЭДС, индуцированной в обмотке генератора, приблизится к синусоиде. Частота ЭДС синхронного генератора f (Гц) пропорциональна синхронной частоте вращения ротора n (об/с)

f = pn

где p – число пар полюсов.
В рассматриваемом генераторе (см. рис.1.1) два полюса, т.е. p = 1.
Для получения ЭДС промышленной частоты (50 Гц) в таком генераторе ротор необходимо вращать с частотой n = 50 об/с (n = 3000 об/мин).

Способы возбуждения синхронных генераторов

Самым распространенным способом создания основного магнитного потока синхронных генераторов является электромагнитное возбуждение, состоящее в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока, возникает МДС, создающая в генераторе магнитное поле. До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись преимущественно специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителями В (рис. 1.3, а). Обмотка возбуждения (ОВ) получает питание от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ). Ротор синхронного генератора, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронного генератора поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя

r₁ и подвозбудителя r₂ . В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.

В синхронных генераторах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве возбудителя в этом случае применяют обращенный синхронный генератор переменного тока

В (рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора и их электрическое соединение осуществляется через вращающийся выпрямитель 3 непосредственно, без контактных колец и щёток. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя В осуществляется от подвозбудителя ПВ – генератора постоянного тока. Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронного генератора позволяет повысить её эксплуатационную надёжность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в этом числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь

ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 1.4, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора

СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты (БЗ), обеспечивающий защиту обмотки возбуждения (ОВ) от перенапряжения и токовой перегрузки.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5 % полезной мощности (меньшее значение относится к генераторам большой мощности).
В генераторах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, расположенными на роторе машины. Такой способ возбуждения даёт возможность избавить генератор от обмотки возбуждения. В результате конструкция генератора существенно упрощается, становится более экономичной и надёжной. Однако, из-за высокой стоимости материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничено машинами мощностью не более нескольких киловатт.

Синхронные генераторы составляют основу электроэнергетики, так как практически вся электроэнергия во всём мире вырабатывается посредством синхронных турбо- или гидрогенераторов.

Так же синхронные генераторы находят широкое применение в составе стационарных и передвижных электроустановок или станций в комплекте с дизельными и бензиновыми двигателями.

Асинхронный генератор. Отличия от синхронного

Асинхронные генераторы принципиально отличаются от синхронных отсутствием жесткой зависимости между частотой вращения ротора и вырабатываемой ЭДС. Разницу между этими частотами характеризует коэффициент s — скольжение.

s = (n — n_r)/n

здесь:
n — частота вращения магнитного поля (частота ЭДС).
n_r — частота вращения ротора.

Более подробно с расчётом скольжения и частоты можно ознакомиться в статье: асинхронные генераторы. Частота.

В обычном режиме электромагнитное поле асинхронного генератора под нагрузкой оказывает тормозной момент на вращения ротора, следовательно, частота изменения магнитного поля меньше, поэтому скольжение будет отрицательным. К генераторам, работающим в области положительных скольжений, можно отнести асинхронные тахогенераторы и преобразователи частоты.

Асинхронные генераторы в зависимости от конкретных условий применения выполняются с короткозамкнутым, фазным или полым ротором. Источниками формирования необходимой энергии возбуждения ротора могут являться статические конденсаторы или вентильные преобразователи с искусственной коммутацией вентилей.

Асинхронные генераторы можно классифицировать по способу возбуждения, характеру выходной частоты (изменяющаяся, постоянная), способу стабилизации напряжения, рабочим областям скольжения, конструктивному выполнению и числу фаз.
Последние два признака характеризуют конструктивные особенности генераторов.
Характер выходной частоты и методы стабилизации напряжения в значительной степени обусловлены способом образования магнитного потока.
Классификация по способу возбуждения является основной.

Можно рассмотреть генераторы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Самовозбуждение в асинхронных генераторах может быть организовано:
а) с помощью конденсаторов, включенных в цепь статора или ротора или одновременно в первичную и вторичную цепи;
б) посредством вентильных преобразователей с естественной и искусственной коммутацией вентилей.

Независимое возбуждение может осуществляться от внешнего источника переменного напряжения.

По характеру частоты самовозбуждающиеся генераторы разделяются на две группы. К первой из них относятся источники практически постоянной (или постоянной) частоты, ко второй переменной (регулируемой) частоты. Последние применяются для питания асинхронных двигателей с плавным изменением частоты вращения.

Более подробно рассмотреть принцип работы и конструктивные особенности асинхронных генераторов планируется рассмотреть в отдельных публикациях.

Асинхронные генераторы не требуют в конструкции сложных узлов для организации возбуждения постоянным током или применения дорогостоящих материалов с большим запасом магнитной энергии, поэтому находят широкое применение у пользователей передвижных электроустановок по причине своей простоты и неприхотливости в обслуживании. Используются для питания устройств, не требующих жёсткой привязки к частоте тока.
Техническим достоинством асинхронных генераторов можно признать их устойчивость к перегрузкам и коротким замыканиям.
С некоторой информацией по мобильным генераторным установкам можно ознакомиться на странице:
Дизель-генераторы.
Асинхронный генератор. Характеристики.
Асинхронный генератор. Стабилизация.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

Основные части синхронного генератора: неподвижная — статор, вращающаяся — ротор, представляющая собой электромагнит, и две основные обмотки.

Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

n — скорость вращения, об/мин;
f — частота, в бытовой электрической сети она равна 50 Гц;
p — количество пар полюсов.

Принцип работы СГ

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности.

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности

Эта статья будет посвящена такому вопросу как «различия между синхронными и асинхронными генераторами». Казалось бы вопрос довольно простой и не требует детального разбирательства, можно открыть учебник физики и все прочесть, да и в интернете должно быть много информации. Все верно, но учебник физики есть не у всякого, а в интернете слишком много противоречивой информации.

Различные сайты размещают у себя противоречивые определения одного и того же.

В этой статье мы дадим точное, максимально полное и понятное описание.

Про то, что такое электростанция, генератор и двигатель Вы уже прочти или же можете прочесть в статье на нашем сайте, которая так и называется: «Что такое генератор/электростанция».

Первое определение синхронного генератора будет техническим, а второе более практическим. Первое поможет понять устройство и принцип его работы, а второе применить знания и точнее определиться с типом генератора, который Вам необходим.

Синхронный генератор

I. Синхронный генератор – механизм, работающий в режиме генерации энергии, в котором частота вращения магнитного поля стартора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку стартера, наводит в ней ЭДС.

В синхронном генераторе ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но ОБЯЗАТЕЛЬНО кратно двум. В бытовых электростанция чаще всего применяют ротор с двумя полюсами. Именно этим объясняется частота вращения двигателя электростанции – 3000 об/мин.

При старте электростанции, ротор создает слабое магнитное поле, но с ростом оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Рассмотрим на примере: Подключение индуктивной нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, а подключение емкостной нагрузки вызывает подмагничивание генератора и рост напряжения. Такое явление носит название «реакция якоря».

Обеспечение стабильного выходного напряжения происходит за счет изменения магнитного поля ротора путем регулирования тока в его обмотке. Это происходит за счет использования блока автоматической регулировки (AVR). Основным достоинством синхронного генератора является высокая стабильность выходного напряжения. Несовершенство синхронных генераторов – это возможность перегрузки по току, так как при превышении допустимой нагрузки, регулятор может слишком сильно поднять то к в обмотке ротора. Также синхронные генераторы требует периодического обслуживания, пусть и не очень частого.

II. Синхронный генератор – тип генератора, который способен кратковременно выдавать ток в 3-4 раза выше номинального. Также синхронные генераторы оптимальны для подключения оборудования с высокими стартовыми токами. Это электродвигатели, насосы, компрессоры, дисковые пилы и прочий электроинструмент. Для подключения сварочных аппаратов тоже желательно использовать электростанции с синхронными генераторами.

Асинхронный генератор

I.Асинхронный генератор – асинхронный двигатель, работающий в режиме торможения. В этом случае ротор вращается в одном направлении с магнитным полем стартера, но с опережением.

Различают короткозамкнутые и фазные роторы в зависимости от типа обмотки. Вращающееся магнитное поле, создаваемое вспомогательной обмоткой стартора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке стартора, тоже принцип, что в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не поддается регулировке, поэтому частота и напряжение на выходе генератора зависят от частоты оборотов ротора, которые в свою очередь, зависят от стабильности работы двигателя электростанции.

Генераторы асинхронного типа имеют малую чувствительность к короткому замыканию и высокую степень защиты от внешних воздействий. О классах защиты мы поговорим немного позднее. Цена генераторов такого типа ниже, что является еще одним плюсом.

Асинхронные генераторы менее распространены из-за ряда недостатков: такой генератор потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы требуются конденсаторы; ненадежность работы в экстремальных условиях; зависимость напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя.

II. Асинхронный генератор – генератор, который можно использовать только с приборами не имеющими высоких стартовых токов и устойчивыми к незначительным перепадам напряжения. Такие генераторы стоят дешевле чем синхронные и имеют более высокий класс защиты от внешних условий.

Классы защиты генераторов

Этот параметр обозначается буквами (IP) и двумя цифрами, которые и несут смысловую нагрузку. Разберемся поподробнее.

Синхронные генераторы сейчас чаще всего соответствуют классу IP 23, тогда как асинхронные – IP 54. Хотя в последнее время все больше производителей начинают выводить на рынок синхронные генераторы с таким же высоким классом защиты (IP 54) как и у асинхронных генераторов. Такая разница в классах защиты объясняется конструктивными особенностями генераторов обоих типов. На синхронном генераторе находятся катушки индуктивности, а асинхронный генератор имеет более простую конструкцию (еще говорят «закрытую»), поскольку его ротор напоминает маховик.

Расшифровка:

• 0-защита отсутствует
• 1-защита от предметов > 50 мм
• 2-защита от предметов > 12 мм
• 3-защита от предметов > 2.5 мм
• 4-защита от предметов > 1 мм
• 5-защита от пыли

Вторая цифра означает:

• 0-защита отсутствует
• 1-защита от вертикально падающих капель воды
• 2-защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали
• 3-защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали
• 4-защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон
• 5-защита от струй воды со всех сторон

Надеемся, что после прочтения этой статьи Вам станет немного проще выбрать генератор, который подойдет Вам больше всего.

Специалисты интернет магазина

генераторов и электростанций «Мега-ватт»

Статор (англ. stator, от лат. sto — стою) электромашины, неподвижная часть электрической машины, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Стартор состоит из сердечника и станины.

Ротор в технике [от лат. roto — вращаю (сь)], 1) вращаюшаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела

[3] Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

, где dl — элемент длины контура.

ЭДС, так же как и напряжение, измеряется в вольтах.

При вращении ротора его магнитное поле наводит в трёхфазной обмотке статора переменную эдс, частота которой f = р^.п, где р и n — соответственно число пар полюсов и частота вращения ротора. Быстроходные С. г. (турбогенераторы) имеют малое число пар полюсов (р = 1, 2), а в тихоходных (гидрогенераторах) р достигает нескольких десятков. Величина эдс регулируется изменением тока в обмотке ротора.

Щеточный узел требует замены или ремонта.

Синхронный и асинхронный генератор

Электричество есть везде. Уже настал тот день, когда с этим сложно спорить. Даже там, куда не дотянулась централизованная электросеть, вовсю используются дизельные и бензиновые генераторы, которые получили широкое распространение не так давно, несмотря на почти двухсотлетнюю историю. Сегодня ассортимент генераторов очень велик, и существует множество способов их классификации, один из которых – классификация по степени синхронизации.

Применительно к электрогенераторам, синхронизация – это совмещение частоты вращения ротора и магнитного поля статора. Соответственно, если частота их вращения совпадает, такой генератор будет называться синхронным, а если нет, то асинхронным.

Синхронный генератор

Как известно, в дизельном или бензиновом генераторе электрический ток образуется после прохождения вращающегося магнитного поля через обмотку. При этом в синхронном электрогенераторе ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. После запуска генератора он создаёт вокруг себя слабое магнитное поле, которое с увеличением оборотов становится сильнее. В конце концов, число оборотов ротора и магнитного поля синхронизируются, что позволяет получить на выходе наиболее стабильный ток.

В отличие от асинхронного генератора, синхронный агрегат уязвим при перегрузках, поскольку превышение допустимой нагрузки может вызвать сильный скачок напряжения в обмотке ротора. С другой стороны, важным преимуществом синхронного генератора является его способность кратковременно выдавать ток мощностью в 3-4 раза выше номинального, что позволяет подключать к нему такие устройства, как насосы, компрессоры, холодильники и т.д. Иными словами, он предназначен для электроприборов с высокими стартовыми токами. Несмотря на свою уязвимость, стоимость синхронных генераторов выше, чем асинхронных устройств.

Асинхронный генератор

Асинхронный генератор работает в режиме торможения: ротор вращается в одном направлении со статором, но скорость его вращения изначально выше. При этом частота вращения магнитного поля всегда остаётся неизменной, а регулированию поддаётся лишь скорость вращения ротора. Такие генераторы малоуязвимы при коротком замыкании и хорошо защищены от внешних воздействий (пыли, низкой температуры, влаги и т.д.).

Недостатками асинхронного генератора можно назвать обязательное наличие конденсаторов и зависимость частоты выходного тока от стабильности работы дизельного или бензинового двигателя. При этом стоимость такого устройства ниже, чем синхронного, но применяется оно реже. Асинхронные генераторы рекомендуется использовать для подключения устройств, не требующих высокого стартового напряжения и устойчивых к его перепадам.

Для синхронного генератора обязательно соотношение. Синхронный генератор

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью (компрессоров, насосов и т.д.). В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы.

Устройство синхронной машины

Статоры синхронной и асинхронной машин полностью одинаковы.

Статор синхронного генератора состоит из чугунной станины — корпуса, внутри которого находится сердечник статора, собранный из отдельных листов электротехнической стали, изолированной между собой лаком или тонкой бумагой. В пазы сердечника укладывают обмотку статора из медного изолированного провода (рис. 164).

Роторы синхронных генераторов бывают двух типов — явнополюсными и неявнополюсными (балванка).

Явнополюсными выполняют роторы синхронных генераторов с небольшим числом оборотов (от 125 об/мин до 1500 об/мин), обычно соединяемых с тихоходными гидротурбинами, и генераторов небольшой и средней мощности.

Роторы неявнополюсные применяют в генераторах с большим числом оборотов (3000 об/мин) и большой мощности, обычно соединяемых на одном валу с паровыми турбинами, называют эти генераторы турбогенераторами.

Сердечники полюсов большей частью изготовляют из литой стали, а башмаки — иногда из отдельных листов электротехнической стали. Обмотку полюсов выполняют из медных изолированных проводов. Для получения синусоидально изменяющейся э.д.с. необходимо иметь синусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. Это достигается неравномерностью воздушного зазора между наконечником полюса и сталью статора: по краям полюсов воздушный зазор больше, чем под серединой полюса (рис. 167).

На вал генератора надевают два кольца, изолированных от него, к которым присоединяют выводы обмотки возбуждения ротора, их называют контактными кольцами. На контактные кольца устанавливают щетки, а к щеткам подводят постоянный ток от возбудителя.

Чаще всего в качестве возбудителя применяют машину постоянного тока, которую называют машинным возбудителем, а в последнее время используют для возбуждения твердые или механические выпрямители. У большего количества синхронных машин возбудитель расположен на одном валу с генератором, а в последних конструкциях возбудитель располагают сверху статора синхронной машины.

Принцип действия синхронного генератора

Синхронный генератор состоит из неподвижной — статора, в пазах которого помещается трехфазная обмотка переменного тока, и вращающейся части — ротора, который представляет собой электромагнит.

Обмотки возбуждения ротора питаются через щетки и кольца постоянным током от возбудителя — машины постоянного тока или какого-нибудь выпрямителя.

Если предположить, что магнитная индукция распределяется в воздушном зазоре синусоидально — , то ЭДС, индуктируемая в якорной обмотке генератора, будет иметь вид:

Под действием этой ЭДС в цепи генератора, замкнутой на нагрузку Z, появится переменный ток . Частота переменной ЭДС рассматриваемого генератора определяется частотой вращения ротора: при одной паре полюсов поля возбуждения () одному обороту ротора соответствует один период переменного тока. В общем случае частота ЭДС синхронного генератора(Гц) прямо пропорциональна частоте вращения ротора [об/мин], т.е.

Обмотка, в которой индуктируется ЭДС, расположена на неподвижной части генератора — на статоре. При этом обмотку возбуждения располагают на роторе. Такая конструктивная схема наиболее рациональна в синхронных машинах большой мощности, так как при расположении рабочей обмотки на роторе пришлось бы передавать в рабочую обмотку через контактные кольца значительные мощности при напряжении до 20 кВ. В этих условиях работа контактных колец и щеток стала бы весьма ненадежной, а потери энергии в щеточном контакте — значительны. При расположении рабочей обмотки на статоре выводы этой обмотки присоединяют непосредственно к электрической сети. Конечно, и в этом случае машина не избавляется от контактных колец и щеток, необходимых для соединения обмотки возбуждения с возбудителем. Но так как величина тока возбуждения в десятки раз меньше рабочего (переменного) тока, а напряжение не превышает 450 В, то щеточный контакт работает более надежно, а потери энергии в нем невелики.

Исходя из перечисленных соображений синхронные машины, как правило, выполняют с рабочей обмоткой, располагаемой на статоре.

Обмотка статора синхронных машин обычно представляет собой трехфазную обмотку, соединяемую в звезду или треугольник.

На роторе расположена обмотка возбуждения, при подключении которой к источнику постоянного тока (возбудителю) возникает магнитное поле возбуждения. Посредством первичного двигателя ротор генератора приводят во вращение со скоростью . При этом магнитное поле ротора вращаясь индуктирует в трехфазной обмотке статора ЭДС ,,, которые, будучи одинаковыми по величине и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 120, образуют трехфазную симметричную систему ЭДС.

Большинство синхронных генераторов проектируют на промышленную частоту 50 Гц. Для получения ЭДС такой частоты необходимо, чтобы частота вращения ротора была равна

При вращении ротора магнитный поток полюсов пересекает статорную обмотку и наводит в ней ЭДС по закону электромагнитной индукции: E = 4,44*f*w*kw*Ф, где:

F – частота переменного тока, Гц; w – количество витков; kw – обмоточный коэффициент; Ф – магнитный поток.

Частота индуктированной ЭДС (напряжения, тока) синхронного генератора: f = p*n/60, где:

Р – число пар полюсов; п – скорость вращения ротора, об/мин.

Заменив: E = 4,44*(п*р/60)*w*kw*Ф и, определив: 4,44*(р/60)*w*kw – относится к конструкции машины и создаёт конструктивный коэффициент: C = 4.44*(р/60)*w*kw.

Тогда: Е = СЕ*п*Ф.

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

Принцип действия синхронного двигателя.

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

Способы возбуждения синхронных машин.

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:

Возбуждение независимого вида.

Самовозбуждения.

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 машин малой мощности характерно использование регулировочных реостатов, они включены в цепь обмотки возбуждения.

Преимущества и недостатки синхронного двигателя.

Синхронный двигатель имеет ряд преимуществ перед асинхронным:

1. Высокий коэффициент мощности cosФ=0,9.

Возможность использования синхронных двигателей на предприятиях для увеличения общего коэффициента мощности.

3. Высокий КПД он больше чем у асинхронного двигателя на (0,5-3%) это дастигается за счёт уменьшения потерь в меди и большого CosФ.

Обладает большой прочностью обусловленной увеличенным воздушным зазором.

Вращающий момент синхронного двигателя прямо пропорционален напряжению в первой степени. Т.е синхронный двигатель будет менее чувствителен к изменению величины напряжения сети.

Недостатки синхронного двигателя:

Сложность пусковой аппаратуры и большую стоимость.

Синхронные двигатели применяют для приведения в движение машин и механизмов, не нуждающихся в изменении частоты вращения, а так же для механизмов у которых с изменением нагрузки частота вращения остаётся постоянной: (насосы, компрессоры, вентиляторы.)

Пуск синхронного двигателя.

В виду отсутствия пускового момента в синхронном двигателе для пуска его используют следующие способы:

Асинхронный пуск двигателя.

Пуск с помощью вспомогательного двигателя.

Пуск в ход синхронного двигателя с помощью вспомогательного двигателя может быть произведен только без механической нагрузки на его валу, т.е. практически вхолостую. В этом случае на период пуска двигатель временно превращается в синхронный генератор, ротор которого приводится во вращение небольшим вспомогательным двигателем. Статор этого генератора включается параллельно в сеть с соблюдением всех необходимых условий этого соединения. После включения статора в сеть вспомогательный приводной двигатель механически отключается. Этот способ пуска сложен и имеет к тому же вспомогательный двигатель.

Асинхронный пуск двигателя.

Наиболее распространенным способом пуска синхронных двигателей является асинхронный пуск, при котором синхронный двигатель на время пуска превращается в асинхронный. Для возможности образования асинхронного пускового момента в пазах полюсных наконечников явнополюсного двигателя помещается пусковая короткозамкнутая обмотка. Эта обмотка состоит из латунных стержней, вставленных в пазы наконечников и соединяемых накоротко с обоих торцов медными кольцами.

При пуске в ход двигателя обмотка статора включается в сеть переменного тока. Обмотка возбуждения (3) на период пуска замыкается на некоторое сопротивление Rг, рис. 45, ключ К находится в положении 2, сопротивление Rг = (8-10)Rв. В начальный момент пуска при S=1, из-за большого числа витков обмотки возбуждения, вращающее магнитное поле статора наведет в обмотке возбуждения ЭДС Ев, которая может достигнуть весьма большого значения и если при пуске не включить обмотку возбуждения на сопротивление Rг произойдет пробой изоляции.

Рис. 45 Рис. 46.

Процесс пуска синхронного двигателя осуществляется в два этапа. При включении обмотки статора (1) в сеть в двигателе образуется вращающее поле, которое наведет в короткозамкнутой обмотке ротора (2) ЭДС. Под действием, которой будет протекать в стержнях ток. В результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в коротко замкнутой обмотке создается вращающий момент, как у асинхронного двигателя. За счет этого момента ротор разгоняется до скольжения близкого к нулю (S=0,05), рис. 46. На этом заканчивается первый этап.

Чтобы ротор двигателя втянулся в синхронизм, необходимо создать в нем магнитное поле включением в обмотку возбуждения (3) постоянного тока (переключив ключ К в положение 1). Так как ротор разогнан до скорости близкой

к синхронной, то относительная скорость поля статора и ротора небольшая. Полюса плавно будут находить друг на друга. И после ряда проскальзываний противоположные полюса притянутся, и ротор втянется в синхронизм. После чего ротор будет вращаться с синхронной скоростью, и частота вращения его будет постоянной, рис. 46. На этом заканчивается второй этап пуска.

28. Реакция якоря синхронного генератора при активной, индуктивной, ёмкостной и смешанной нагрузках.

На рис. 20.5, а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС Е0 в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора F1 направлена перпендикулярно МДС возбуждения Fв0. Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генератоpa проводим вектор МДС возбуждения Fв0; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС Е0, наведенной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора I1 совпадает по фазе с ЭДС Е0, а поэтому вектор МДС F1, создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора Fв0 на 90°.

Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при активной (а),

В синхронных машинах магнитное поле токов якорной обмотки и ротор вращаются с одинаковой скоростью (синхронно). Синхронные машины обратимы, т. е. они могут работать как генераторы и как двигатели. Однако наибольшее распространение они получили как генераторы переменного тока, которые устанавливают на всех современных электростанциях.

Генератор переменного тока был изобретен выдающимся русским электротехником П. Н. Яблочковым. Этот генератор был применен для питания электрических свечей и по принципу работы ничем не отличался от современных генераторов, являясь первым многофазным генератором. На его статоре были уложены изолированные друг от друга несколько обмоток, каждая из которых имела свою цепь с группой свечей.

В 1888 г. другой выдающийся русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский построил первый в мире трехфазный генератор мощностью около 3 кВА.

Синхронный генератор имеет две основные часик ротор и статор.

Ротор (подвижная, вращающаяся часть машины) образует систему вращающихся электромагнитов, питаемых постоянным током от внешнего источника.

Статор (неподвижная часть машины) ничем не отличается от статора асинхронной машины. В его обмотке действием вращающегося магнитного поля ротора наводится ЭДС, подаваемая на внешнюю цепь генератора (в режиме двигателя на обмотку статора подается напряжение сети). Такая конструкция генератора позволяет устранить скользящие контакты в цепи нагрузки генератора (обмотка статора соединяется с нагрузкой непосредственно) и надежно изолировать рабочую обмотку от корпуса машины, что весьма существенно для современных генераторов, изготовляемых на большие мощности при высоких напряжениях. Основной магнитный поток синхронного генератора, создаваемый вращающимся ротором, возбуждается от постороннего источника-возбудителя, представляющего собой обычный генератор постоянного тока (мощностью 0,5-10% от мощности генератора). Возбудитель устанавливается на общем валу с генератором либо соединяется с валом генератора муфтой или ременной передачей. Постоянный ток от возбудителя проходит через обмотку ротора через два кольца и неподвижные щетки, установленные на валу ротора.

По своей конструкции роторы различают явнополюсные (рис. 5-25, а) и неявнополюсные (рис. 5-25, б). Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения. При частоте генерируемой ЭДС 50 Гц неявнополюсный ротор быстроходной машины-турбогенератора, вращающийся со скоростью

3000 об/мин, имеет одну пару полюсов, тогда как явнополюсный ротор тихоходного гидрогенератора (скорость вращения которого определяется высотой напора воды), вращающийся со скоростью от 50 до 750 об/мин, имеет число пар полюсов соответственно от 60 до 4.

Маломощные синхронные генераторы (до 100 кВА), как правило, имеют самовозбуждение: обмотка возбуждения питается выпрямленным током того же генератора (рис. 5-26). Цепь возбуждения образуют трансформаторы тока , включаемые в цепь нагрузки генератора, полупроводниковый выпрямитель ПВ, собираемый, например, по схеме трехфазного моста, и обмотка возбуждения генератора ОВ с регулировочным реостатом R.

Самовозбуждение генератора происходит следующим образом. В момент пуска генератора благодаря остаточной индукции в магнитной системе появляются слабые ЭДС и токи в рабочей обмотке генератора. Это приводит к появлению ЭДС во вторичных обмотках трансформаторов ТТ и небольшого тока в цепи возбуждения, усиливающего индукцию магнитного поля машины. ЭДС генератора возрастает до тех пор, пока магнитная система машины полностью не возбудится.

Такие генераторы (однофазные и трехфазные) используют в маломощных низковольтных передвижных электростанциях, применяемых, например, в сельском хозяйстве для электрострижки овец и дойки коров, а также для питания сельских передвижных киноустановок и т. д. В этих генераторах рабочая обмотка часто выполняется на роторе, а на внутренней поверхности статора устраивается полюсная система с явно выраженными полюсами. Подключение генератора к внешней нагрузке осуществляется через скользящие токосъемы (щетки с кольцами на оси ротора).

Статор . Статор синхронного генератора, как и других машин переменного тока, состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, в пазах которого укладывается обмотка переменного тока, и станины — чугунного или сварного из листовой стали кожуха.

В выштампованные на внутренней поверхности сердечника пазы укладывается обмотка статора. Статорная обмотка синхронного генератора состоит из трех фазных обмоток и ее выполняют по тому же принципу, что и ста-торную обмотку асинхронного двигателя. Обмотка статора выполняется из секций, изготовленных обычно из медных проводников круглого или прямоугольного сечения.

Изоляция обмотки выполняется особо тщательно, так как машина работает обычно при высоких напряжениях. В качестве изоляции применяют миканит и миканитовую ленту.

На рис. 268 дан внешний вид статора синхронного генератора.

Ротор . Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа: явнополюсные (т. е. с явно выраженными полюсами) и неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами).

На рис. 269 показаны схемы устройства синхронных генераторов с явнополюсным и неявнополюсным роторами.

Та или иная конструкция ротора диктуется соображениями механической прочности. У современных генераторов, вращающихся от быстроходных двигателей (паровая турбина), окружная скорость ротора может достигать 100-160 м/сек. Поэтому быстроходные генераторы имеют неявнополюсный ротор. Скорость вращения быстроходных генераторов составляет 3000 об/мин и 1500 об/мин.

Явнополюсный ротор представляет собой стальную поковку. К ободу ротора прикрепляются полюсы, на которые надеваются катушки возбуждения, соединяемые последовательно между собой. Концы обмотки возбуждения присоединяются к двум кольцам, укрепленным на валу ротора. На кольца накладываются щетки, к которым присоединяется источник постоянного напряжения. На рис. 270 показан внешний вид явнополюсного ротора. Обычно постоянный ток для возбуждения ротора дает генератор постоянного тока, сидящий на одном валу с ротором и называемый возбудителем. Мощность возбудителя равна 0,25-1% от номинальной мощности синхронного генератора. Номинальные напряжения возбудителей 60-350 в.

На рис. 271 показана схема возбуждения синхронной машины.

Имеются также синхронные генераторы с самовозбуждением. Постоянный ток для возбуждения ротора получается с помощью полупроводниковых выпрямителей, подключаемых к обмотке статора генератора. В первый момент слабое поле остаточного магнетизма вращающегося ротора индуктирует в обмотке статора незначительную переменную э.д.с. Селеновые выпрямители, подключенные к переменному напряжению, дают постоянный ток, который усиливает поле ротора, и напряжение генератора увеличивается. Неявнополюсный ротор изготовляется из целой стальной поковки, подвергаемой сложной термической и механической обработке. Для примера приведем данные ротора турбогенератора, изготовленного заводом «Электросила», мощностью 100 тыс. квт при n = n н = 3000 об/мин. Диаметр ротора D = 0,99 м, длина l = 6,35 м. Окружная скорость ротора 155 м/сек. Поковка ротора в обработанном виде весит 46,5 m.

В осевом направлении по окружности неявнополюсного ротора фрезеруют пазы, куда укладывается обмотка возбуждения. Обмотка в пазах закрепляется при помощи металлических (стальных или бронзовых) клиньев. Лобовые части обмотки закрепляются бандажными металлическими кольцами.

На рис. 272 показан общий вид неявнополюсного ротора турбогенератора в готовом виде.

При конструировании электрических машин и трансформаторов большое внимание конструкторы обращают на вентиляцию машин. Для синхронных генераторов применяется воздушное и водородное охлаждение.

Воздушное охлаждение осуществляется при помощи вентиляторов, укрепленных на валу с обеих сторон ротора (для генераторов мощностью от 1,5 до 50 тыс. квт) или расположенных под машиной в отверстии фундамента (для более мощных генераторов).

Массы холодного воздуха, поступающие для вентиляции, во избежание загрязнения машины пылью проходят через фильтры. При замкнутой системе вентиляции машина охлаждается одним и тем же объемом воздуха. Воздух, пройдя через машину, нагревается и поступает в воздухоохладители, затем снова нагнетается в машину и т. д. Для целей охлаждения служит также система вентиляционных каналов, устроенных в отдельных частях машины.

Наиболее эффективным способом охлаждения машины является водородное охлаждение. Водород, обладающий в 7,4 раза большей теплопроводностью, чем воздух, лучше отводит тепло от нагретых частей машины. Потери на трение о воздух при воздушном охлаждении составляют около 50% от суммы всех потерь в машине. Водород имеет удельный вес в 14,5 раза меньше, чем воздух. Поэтому трение о водород резко уменьшается. Водород способствует также сохранению изоляции и лаковых покрытий машины.

Внешний вид явнополюсного синхронного генератора с возбудителем показан на рис. 273, а неявнополюсного синхронного генератора мощностью 50 тыс. квт — на рис. 274.

Гидрогенераторы приводятся во вращение гидравлическими турбинами. Эти турбины чаще всего имеют вертикальный вал с низким числом оборотов. Тихоходный синхронный генератор имеет большое число полюсов и в связи с этим большие размеры.

Так, например, гидрогенератор типа СВ 1200 / 170 96 мощностью 50 тыс. квт, изготовленный заводом «Электросила» им. С. М. Кирова, имеет общий вес 1142 m, диаметр статора 14-м, общую высоту 8,9 м, число полюсов 96.

На рис. 275 показана наглядная схема синхронного генератора с возбудителем, питающим силовую и осветительную нагрузку. На рис. 276 дана электрическая схема соединений синхронного генератора с нагрузкой.

Обмотки статоров синхронных генераторов, как уже указывалось, выполняются так же, как обмотки статоров асинхронных двигателей. Все шесть концов трехфазной обмотки генератора обычно выводятся на его щиток. Соединяя три конца обмоток в одну общую нулевую точку и выводя три начала обмоток во внешнюю сеть, мы получим соединение обмоток звездой. Соединяя конец первой обмотки с началом второй, конец второй с началом третьей, конец третьей с началом первой обмотки и сделав от точек соединений три отвода во внешнюю сеть, получим соединение обмоток треугольником.

Статорные обмотки трехфазных генераторов в большинстве случаев соединяют в звезду.

Качество электрической энергии, вырабатываемой генераторами переменного тока, оценивается:

частотой э.д.с., которая должна быть строго равна заданному значению f 1 ;

величиной напряжения на зажимах, которое должно быть равно заданной величине U н;

форма кривой э.д.с. должна быть возможно ближе к синусоиде.

Заданное значение частоты э.д.с. обеспечивается постоянством скорости вращения первичного двигателя. Необходимая величина напряжения U н достигается регулировкой тока возбуждения. Синусоидальная форма кривой э.д.с. достигается в явнополюсных машинах увеличением воздушного зазора под краями полюсных наконечников и другими мерами. В неявнополюсных машинах синусоидальный характер э.д.с., индуктированной в обмотке статора, обеспечивается соответствующим распределением витков обмотки возбуждения в пазах ротора.

В судовых электрических станциях переменного тока применяются синхронные генераторы трехфазного тока с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением имеют навешанный возбудитель (электрическая машина постоянного тока) в автоматическим и ручным регулятором напряжения. У самовозбуждающихся генераторов возбуждение осуществляется через полупроводниковый выпрямитель от статора генератора; саморегулирование напряжения осуществляется статическими приборами.

Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания.

Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов. Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.
Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки. Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более.
На рис. 7.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.

Рис.7.1
Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.
Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:

Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:

где n — частота вращения ротора генератора,
Ф — магнитный поток,
c — постоянный коэффициент.
При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное напряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря.
Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить, при увеличении — размагнитить. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.
Простейший генератор трехфазного тока по конструкции аналогичен трехфазного токагенератору однофазного тока, только его якорь имеет не одну, а три обмотки АХ, BY, CZ, сдвинутые в пространстве друг относительно друга (рис. 7.2). При вращении якоря в этих обмотках наводятся э. д. с. одинаковой частоты, но имеющие разные фазы. Если амплитуды э. д. с. трех обмоток генератора равны друг другу, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными э. д. с. равен -j= 120°, то трехфазная система э. д. с. называется симметричной.

Синхронные генераторы из наличия по выгодным ценам

Синхронный генератор является одним из четырёх основных компонентов, из которых строится любой современный дизельный генератор, газопоршневая электростанция или когенерационная установка. Именно синхронный генератор отвечает за преобразование механической энергии в электрическую, а его электронное оснащение обеспечивает соответствие производимого электрического тока заданным характеристикам. ГК ТСС является одним из крупнейших отечественных производителей промышленных дизельных электростанций и будет недалеко от истины заявить, что мы знаем о современных синхронных генераторах практически всё. Более четверти века мы занимаемся проектированием, производством и запуском в эксплуатацию систем резервного и основного электроснабжения и за этот период приобрели опыт работы с генераторами переменного тока всех основных мировых разработчиков и производителей.

ГК ТСС предлагает купить синхронные генераторы из наличия на складе: по низкой цене, с фирменной гарантией и с консультацией профессионалов, что полностью гарантирует заказчика от ошибок

Синхронные генераторы Mecc Alte по выгодным ценам из наличия на складе:

Артикул	Синхронные генераторы Mecc Alte	Артикул	Синхронные генераторы Mecc Alte
016039	Mecc Alte ECP28-VL/4 SAE 3/11,5 (24 кВт)	013808	Mecc Alte ECP34-1L/4 SAE 3/11,5 (108 кВт)
013804	Mecc Alte ECP32-3S/4 SAE 3/11,5 (34 кВт)	013815	Mecc Alte ECO38-1L SAE 2/11,5 (200 кВт)
013805	Mecc Alte ECP32-2M/4 SAE 3/11,5 (50 кВт)	013821	Mecc Alte ECO38-3L SAE 1/14 (280 кВт)
016040	Mecc Alte ECP32-4L/4 SAE 3/11,5 (64 кВт)	015172	Mecc Alte ECO40-1L SAE 1/14 (440 кВт)

Синхронные генераторы Sincro по выгодным ценам из наличия на складе:

Артикул	Синхронные генераторы Sincro
015544	SK250LS SAE 1/14 (200 кВт)

Синхронные генераторы TSS SA по выгодным ценам из наличия на складе:

Уже с середины первого десятилетия 21-го века ГК ТСС стала поставлять на российский рынок промышленные бесщёточные генераторы под собственной торговой маркой TSS SA и тысячи дизельных электростанций, расположенных на колоссальной территории России, производят сегодня электрический ток с помощью этого надёжного электротехнического оборудования. Производятся трёхфазные генераторы TSS SA на лучших заводах Китая, точно также, как на тех же линиях собирается аналогичная электротехническая продукция промышленного назначения для европейских и американских марок, такова объективная реальность нашего времени.

Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия B	Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия B
222245	TSS-SA-60 (B) SAE 3/11,5 (М1,2)	027306	TSS-SA-128(B) SAE 3/11,5
222038	TSS-SA-360 (B) SAE 1/11.5	010155	TSS-SA-16(B) SAE 3/11,5
023256	TSS-SA-24(B) SAE 3/11,5	005322	TSS-SA-50(B) SAE 3/11,5 (М1)
027296	TSS-SA-320(B) SAE 1/14 (М17)	005324	TSS-SA-150(B) SAE 3/11,5 (М2)
027297	TSS-SA-400(B) SAE 1/14 (М17)	222241	TSS-SA-30 (B) SAE 3/11,5 (М1)
Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия K
024313	TSS-SA-200(K) SAE 1/14 (М17)
Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия E	Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия E
004947	TSS-SA-25(E) SAE 3/11,5 (М6)	013723	TSS-SA-100(Е) SAE 1/11,5 (М4)
005317	TSS-SA-30(E) SAE 3/11,5 (М1)	018181	TSS-SA-100(E) SAE 3/11,5 (М1,6)
004948	TSS-SA-34(E) SAE 3/11,5 (M1,2,6)	004954	TSS-SA-150(E) SAE 2/11,5 (М6)
006799	TSS-SA-64(E) SAE 3/11,5 (M1,2,6)	004954	TSS-SA-160(E) SAE 1/14 (М17,М4)
008180	TSS-SA-80(E) SAE 3/11,5 (М6)
Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия Z	Артикул	Синхронные генераторы TSS SA серия Z
018682	TSS-SA-50(Z) SAE 3/11,5	016860	TSS-SA-60(Z) SAE 3/11,5
016861	TSS-SA-100(Z) SAE 3/11,5

Только ли ассортимент предлагаемых синхронных генераторов промышленного назначения имеет значения при выборе поставщика? Однозначно – нет. Современные торговые онлайн-технологии давно сделали доступным заказчикам любую продукцию, однако, просто купить синхронный генератор для ДГУ оказывается не так просто. Дело в том, что одна и та же модель генератора или электростанции с его участием, может существенно отличаться по своему оснащению.В частности, для систем электроснабжения высокой надёжности используются не простейшие, базовые системы возбуждения обмоток генератора, а значительно более дорогие и сложные, способные выдерживать многократные перегрузки и парировать другие нештатные ситуации при эксплуатации оборудования. Это отражается, к примеру, в использовании различных моделей автоматических регуляторов напряжения, которыми комплектуется каждый альтернатор, и от таких технических тонкостей зависит функционал, и работоспособность системы в целом. Помимо прочего, устройства сопряжения с маховиком двигателя дизельной или газопоршневой электростанции может отличаться вплоть до полной несовместимости и здесь не обойтись без участия квалифицированных специалистов ещё на этапе подбора оборудования. Одни и те же модели синхронных бесщёточных генераторов могут весьма сильно различаться по своему оснащению и назначению.Инженеры ГК ТСС способны решить все эти задачи даже в тех случаях, когда заказчик ошибочно приобрёл для своей дизель-генераторной установки не вполне подходящий альтернатор.

МЫ ГОТОВЫ ОТВЕТИТЬ НА ВСЕ ВАШИ ВОПРОСЫ

Доверьтесь специалистам, для которых производство генерирующих электроэнергию машин – ежедневная работа

+7 495 258-00-20 доб. 1143
ПОЛНЫЙ КАТАЛОГ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДОСТУПНЫХ К ЗАКАЗУ В НАШЕЙ КОМПАНИИ
В производстве современных дизель генераторов серий TSS Premum, TSS Prof, TSS Standart и ТСС Славянка используются синхронные генераторы (альтернаторы) как собственной марки TSS SA, так и европейских марок Mecc Alte, Stamford, Sincro, Marelli Motori, LeroySomer, Marathon Electric и других. Неоспоримое многолетнее лидерство в своём сегменте и, высокое качество продукции и действующая разветвлённая сервисная сеть сделали ГК ТСС выгодным партнёром для многих производителей электрогенераторов, которые официально поставляют свою продукцию на конвейеры производственного комплекса ТСС в подмосковной Ивантеевке. В настоящее время подтверждены соответствующими сертификатами статусы технического партнёра и производителя от таких марок как MeccAlte (Италия) и Sincro (Италия), именно эти генераторы в настоящее время широко представлены в модельных линейках ДГУ ТСС.
Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия
Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.
Устройство синхронного электродвигателя
Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:
Неподвижной части (якорь или статор).
Подвижной части (ротор или индуктор).
Вентилятора.
Контактных колец.
Щеток.
Возбудителя.
Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.
Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.
Принцип работы синхронного электродвигателя
Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.
В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.
Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:
Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.
Характеристики синхронного электродвигателя
Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:
Работу при высоком значении коэффициента мощности.
Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
Экономичность.
Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:
Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
Сложность пуска.
Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.
Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:
Для улучшения коэффициента мощности.
В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.
Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.
Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

Синхронный двигатель и синхронный генератор от OME Motors
Откройте для себя синхронные двигатели от OME Motors.
Синхронные генераторы или двигатели, разработанные и изготовленные OME Motors, состоят из ротора (подвижной части), снабженного магнитными полюсами и расширениями полярности, присутствующими в четном количестве от 2 до 20 (пары полюсов). На этих расширениях есть две обмотки, питаемые постоянным током (DC), противоположные друг другу, которые служат для создания двух полюсов магнитного поля.Наконец, ток вырабатывается внешней батареей, соединенной скользящими контактами (щетками). Неподвижная часть каждой модели синхронного генератора называется статором; на нем есть обмотки, где генерируется напряжение. Таким образом, синхронные генераторы работают, когда каждый полюс становится местом магнитного потока, который выходит из северного полюса и пересекает обмотки статора, а затем снова замыкается на южном полюсе каждой полярной пары. При вращении ротора синхронного двигателя магнитное поле, создаваемое парами полюсов, также перемещается и становится вращающимся магнитным полем, которое изменяется в пространстве, занимаемом обмотками статора.
Функциональность и преимущества генераторов или синхронных двигателей
Синхронный генератор производства OME Motors работает от переменного тока, скорость вращения которого синхронизирована с электрической частотой. Ассортимент синхронных двигателей OME Motors также включает модели меньшей мощности, в которых питание подается от однофазного напряжения, имеющегося в домах.
В целом синхронные двигатели и генераторы обладают следующими преимуществами:
Максимальная надежность с течением времени.
Простота в использовании и обслуживании.
Бесщеточный и оснащенный синхронным генератором переменного тока.
Каплестойкая машина.
Высокая удельная мощность.
Низкий момент инерции ротора для высоких ускорений.
Высокая эффективность.
Синхронный генератор модели , предложенный OME Motors, может работать с нагрузками с переменной скоростью при питании от статического преобразователя. Их также можно использовать в качестве источника электроэнергии, соответствующего дизельным двигателям для городского или загородного освещения.Наконец, они идеальны, когда требуется особенно точная и стабильная скорость вращения.
Применение и применение трехфазного синхронного генератора
Трехфазные синхронные генераторы от OME Motors состоят из ротора, который имеет несколько магнитных полюсов с переменной полярностью. Эти полюса создаются постоянными магнитами или электромагнитами, питаемыми постоянным током, а также статором, на котором расположены обмотки цепи питания.Полярные расширения статора создают вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение полюса ротора. Обладая уникальными характеристиками, синхронный генератор или синхронный двигатель модели серии OME Motors идеально подходят для использования в тех областях, где требуется особенно стабильная и точная скорость вращения. Таким образом, они могут успешно использоваться на электростанциях, когенерационных и ветроэнергетических установках, а также в сочетании с турбинами.
Синхронный генератор
как ветроэнергетический генератор
Синхронный генератор как ветрогенератор Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 24.07.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии Синхронный генератор
в качестве ветроэнергетического генератора
Как и генератор постоянного тока в предыдущем учебном пособии, работа синхронного генератора также основана на законе электромагнитной индукции Фарадея, который работает аналогично генератору переменного тока автомобильного типа. .
Разница на этот раз заключается в том, что синхронный генератор генерирует трехфазное выходное напряжение переменного тока на своих обмотках статора, в отличие от генератора постоянного тока, который выдает одиночный выход постоянного или постоянного тока. Однофазные синхронные генераторы также доступны для маломощных бытовых систем синхронных генераторов ветряных турбин.
По сути, синхронный генератор представляет собой синхронную электромеханическую машину, используемую в качестве генератора и состоящую из магнитного поля на вращающемся роторе и неподвижного статора, содержащего несколько обмоток, которые поставляют генерируемую мощность.Система магнитного поля ротора (возбуждение) создается либо с помощью постоянных магнитов, установленных непосредственно на роторе, либо с помощью электромагнитного возбуждения от внешнего постоянного тока, протекающего в обмотках возбуждения ротора.
Этот постоянный ток возбуждения передается на ротор синхронной машины через контактные кольца и угольные или графитовые щетки. В отличие от предыдущей конструкции генератора постоянного тока, синхронные генераторы не требуют сложной коммутации, что позволяет использовать более простую конструкцию. Тогда синхронный генератор работает аналогично автомобильному генератору переменного тока и состоит из двух следующих общих частей:
Основные компоненты синхронного генератора
Статор: — Статор несет три отдельных (3-фазных) обмотки якоря физически и электрически смещены друг относительно друга на 120 градусов, создавая на выходе переменное напряжение.
Ротор: — Ротор несет магнитное поле либо в виде постоянных магнитов, либо в виде катушек с намоткой поля, подключенных к внешнему источнику постоянного тока через контактные кольца и угольные щетки.
Говоря о «синхронном генераторе», терминология, используемая для описания частей машины, является обратной по сравнению с описанием генератора постоянного тока. Обмотки возбуждения — это обмотки, создающие основное магнитное поле, которые являются обмотками ротора для синхронной машины, а обмотки якоря — это обмотки, в которых индуцируется основное напряжение, обычно называемые обмотками статора.Другими словами, для синхронной машины обмотки ротора являются обмотками возбуждения, а обмотки статора — обмотками якоря, как показано.
Конструкция синхронного генератора
В приведенном выше примере показана базовая конструкция синхронного генератора, имеющего выступающий двухполюсный ротор. Эта обмотка ротора подключена к источнику постоянного напряжения, создающему ток возбуждения I _f. Внешнее напряжение возбуждения постоянного тока, которое может достигать 250 вольт постоянного тока, создает электромагнитное поле вокруг катушки со статическими северным и южным полюсами.
Когда вал ротора генератора вращается лопатками турбины (первичный двигатель), полюса ротора также будут перемещаться, создавая вращающееся магнитное поле, поскольку северный и южный полюса вращаются с той же угловой скоростью, что и лопатки турбины (при условии прямого привод). Когда ротор вращается, его магнитный поток разрезает отдельные катушки статора одну за другой, и по закону Фарадея в каждой катушке статора индуцируется ЭДС и, следовательно, ток.
Величина напряжения, индуцированного в обмотке статора, как показано выше, является функцией напряженности магнитного поля, которая определяется током возбуждения, скоростью вращения ротора и количеством витков в обмотке статора.Поскольку синхронная машина имеет три обмотки статора, в обмотках статора генерируется трехфазное напряжение, соответствующее обмоткам A, B и C, которые электрически разнесены на 120 ^или пикселей, как показано выше.
Эта трехфазная обмотка статора подключена непосредственно к нагрузке, и, поскольку эти катушки неподвижны, им не нужно проходить через большие ненадежные контактные кольца, коммутатор или угольные щетки. Кроме того, поскольку основные катушки, генерирующие ток, являются неподвижными, это облегчает наматывание и изоляцию обмоток, поскольку они не подвергаются вращательным и центробежным силам, что позволяет генерировать более высокие напряжения.
Синхронный генератор с постоянным магнитом
Как мы видели, синхронные машины с возбужденным полем требуют возбуждения постоянного тока в обмотке ротора. Это возбуждение осуществляется с помощью щеток и контактных колец на валу генератора. Однако есть несколько недостатков, таких как необходимость регулярного обслуживания, очистки от угольной пыли и т. Д. Альтернативный подход заключается в использовании бесщеточного возбуждения, при котором вместо электромагнитов используются постоянные магниты.
Как следует из названия, в синхронном генераторе на постоянных магнитах (PMSG) поле возбуждения создается с помощью постоянных магнитов в роторе.Постоянные магниты могут быть установлены на поверхности ротора, встроены в поверхность или установлены внутри ротора. Воздушный зазор между статором и ротором уменьшен для максимальной эффективности и минимизации необходимого количества материала редкоземельного магнита. Постоянные магниты обычно используются в маломощных недорогих синхронных генераторах.
Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов (60 или более полюсов) по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.Кроме того, реализация возбуждения с помощью постоянных магнитов проще, долговечнее, но не позволяет управлять возбуждением или реактивной мощностью. Одним из основных недостатков синхронных генераторов ветряных турбин с постоянными магнитами является то, что без управления потоком ротора они достигают своего максимального КПД только при одной заданной скорости ветра.
Синхронная скорость генераторов
Частота выходного напряжения зависит от скорости вращения ротора, другими словами, от его «угловой скорости», а также от количества отдельных магнитных полюсов на роторе.В нашем простом примере выше синхронная машина имеет два полюса: один северный полюс и один южный полюс. Другими словами, машина имеет два отдельных полюса или одну пару полюсов , (север-юг), также известные как пары полюсов.
Когда ротор совершает один полный оборот, 360 ^o, генерируется один цикл наведенной ЭДС, поэтому частота будет один цикл за каждый полный оборот или 360 ^o. Если мы удвоим количество магнитных полюсов до четырех (две пары полюсов), то при каждом обороте ротора будут генерироваться два цикла наведенной ЭДС и так далее.
Поскольку один цикл наведенной ЭДС создается одной парой полюсов, количество циклов ЭДС, возникающей за один оборот ротора, будет, следовательно, равно количеству пар полюсов P. Итак, если количество циклов на один оборот ротора число оборотов задается как: P / 2 относительно числа полюсов, а число оборотов ротора N в секунду задается как: N / 60, тогда частота (ƒ) наведенной ЭДС будет определяться как:
In В синхронном двигателе его угловая скорость фиксируется частотой питающего напряжения, поэтому N обычно называют синхронной скоростью.Тогда для синхронного генератора с P-полюсом скорость вращения первичного двигателя (лопаток турбины) для получения требуемой выходной частоты наведенной ЭДС 50 Гц или 60 Гц будет:
При 50 Гц
Количество
отдельных полюсов 2 4 8 12 24 36 48
Скорость вращения
(об / мин) 3,000 3,000 250 167 125
при 60 Гц
Количество
отдельных полюсов 2 4 8 12 24 36 Скорость вращения
(об / мин) 3,600 1,800 900 600 300 200 150
Таким образом, для данного s В синхронном генераторе, сконструированном с фиксированным числом полюсов, генератор должен работать с фиксированной синхронной скоростью, чтобы поддерживать постоянную частоту наведенной ЭДС на требуемом уровне, 50 Гц или 60 Гц для питания сетевых устройств.Другими словами, частота создаваемой ЭДС синхронизирована с механическим вращением ротора.
Затем сверху мы можем видеть, что для генерации 60 Гц с использованием 2-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 3600 об / мин, или для генерации 50 Гц с помощью 4-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 1500 об / мин. мин. Для синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателем или парогенератором, эта синхронная скорость может быть легко достигнута, однако при использовании в качестве синхронного генератора ветровой турбины это может быть невозможно, поскольку скорость и мощность ветра постоянно меняется.
Из нашего предыдущего руководства по проектированию ветряных турбин мы знаем, что все ветряные турбины выигрывают от работы ротора с оптимальным передаточным числом . Но чтобы получить TSR от 6 до 8, угловая скорость лопастей обычно очень мала, от 100 до 500 об / мин, поэтому, глядя на наши таблицы выше, нам потребуется синхронный генератор с большим количеством магнитных полюсов, например, 12 или выше.
Но кроме этого, потребуется некоторая форма механического ограничителя скорости, такая как бесступенчатая трансмиссия или вариатор, чтобы лопасти ротора вращались с постоянной максимальной скоростью для системы ветряных турбин с прямым приводом.Однако для синхронной машины, чем больше у нее полюсов, тем больше, тяжелее и дороже становится машина, что может быть приемлемым или неприемлемым.
Одним из решений является использование синхронной машины с небольшим числом полюсов, которая может вращаться с более высокой скоростью от 1500 до 3600 об / мин, приводимой в действие через коробку передач. Низкая скорость вращения лопастей ротора ветряных турбин увеличивается за счет редуктора, который позволяет скорости генератора оставаться более постоянной при изменении скорости лопастей турбины, поскольку изменение на 10% при 1500 об / мин представляет меньшую проблему, чем изменение на 10% при 100 об / мин.Этот редуктор может согласовывать частоту вращения генератора с регулируемой частотой вращения лопастей, обеспечивая работу с регулируемой скоростью в более широком диапазоне.
Однако использование коробки передач или шкивов требует регулярного технического обслуживания, увеличивает вес ветряной турбины, создает шум, увеличивает потери мощности и снижает эффективность системы, поскольку для привода зубчатых колес редуктора и внутренних компонентов требуется дополнительная энергия.
Использование системы прямого привода без механической коробки передач дает много преимуществ, но отсутствие коробки передач означает более крупную синхронную машину с увеличением как размера, так и стоимости генератора, который затем должен работать на низких скоростях.Итак, как мы можем использовать синхронный генератор в низкоскоростной ветряной турбине, скорость лопастей ротора которой определяется только силой ветра. Путем выпрямления генерируемого трехфазного источника питания в источник постоянного или постоянного тока.
Синхронные генераторные выпрямители
Выпрямители — это электронные устройства, используемые для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Путем выпрямления выходной мощности синхронного генератора в источник постоянного тока, ветрогенератор может работать на разных скоростях и частотах, отличных от его фиксированной синхронной скорости, преобразуя это выходное напряжение переменного тока переменной частоты / переменной амплитуды генератора в напряжение постоянного тока переменный уровень.Выпрямляя выход из переменного тока в постоянный, генератор теперь можно использовать как часть ветряных систем с подзарядкой аккумуляторов или как часть ветроэнергетической системы с регулируемой скоростью. Затем синхронный генератор переменного тока преобразуется в генератор постоянного тока.
Самый простой тип выпрямительной схемы использует схему диодного моста для преобразования переменного тока, генерируемого генератором, в переменный источник постоянного тока, амплитуда которого определяется скоростью вращения генератора. В этой схеме выпрямителя синхронного генератора, показанной ниже, трехфазный выход генератора выпрямляется до постоянного тока с помощью трехфазного выпрямителя.
Схема выпрямителя генератора
Принципиальная схема полномостового трехфазного выпрямителя переменного тока в постоянный показана выше. В этой конфигурации ветряная турбина может работать с генератором на частоте, не зависящей от синхронной частоты, поскольку изменение скорости генератора изменяет частоту генератора. Следовательно, можно изменять скорость генератора в более широком диапазоне и работать с оптимальной скоростью для получения максимальной мощности в зависимости от фактической скорости ветра.
Обратите внимание, что выходное напряжение трехфазного мостового выпрямителя не является чистым постоянным током.Выходное напряжение имеет уровень постоянного тока вместе с большим изменением переменного тока. Эта форма волны обычно известна как «пульсирующий постоянный ток», который можно использовать для зарядки аккумуляторов, но нельзя использовать в качестве удовлетворительного источника постоянного тока. Чтобы удалить эту пульсацию переменного тока, используется фильтр или схема сглаживания. В этих схемах сглаживания или схемах фильтров пульсаций используются комбинации индукторов и конденсаторов для создания плавного постоянного напряжения и тока.
При использовании в составе системы, подключенной к сети, синхронные машины могут быть подключены к сети только в том случае, если их частота, фазовый угол и выходное напряжение такие же, как у сетей, другими словами, они вращаются синхронно. скорость, как мы видели выше.Но, выпрямляя их переменное выходное напряжение и частоту в постоянный источник постоянного тока, мы теперь можем преобразовать это постоянное напряжение в источник переменного тока правильной частоты и амплитуды, согласованный с сетью электросети, используя либо однофазный, либо трехфазный. фазоинвертор.
Инвертор — это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC) в электричество переменного тока (AC), которое может подаваться непосредственно в электрическую сеть, поскольку подключенные к сети инверторы работают синхронно с электросетью и производят идентичную электроэнергию. к электросети.Подключенные к сети синусоидальные инверторы для ветряных систем выбираются с входным диапазоном, который соответствует выпрямленному выходному напряжению турбины.
Тогда преимущество непрямого подключения к сети состоит в том, что ветряная турбина может работать с переменной скоростью. Еще одно преимущество выпрямления выходного сигнала генератора состоит в том, что ветряные турбины с синхронными генераторами, которые используют электромагниты в конструкции ротора, могут использовать этот постоянный ток для питания обмоток катушки вокруг электромагнитов в роторе.Однако недостатком непрямого подключения к сети является стоимость, поскольку системе требуется инвертор и два выпрямителя, один для управления током статора, а другой для генерации выходного тока, как показано ниже.
Схема синхронного генератора
Краткое содержание руководства
Синхронный генератор с фазным ротором уже используется в качестве ветрогенератора, но одним из основных недостатков синхронного генератора может быть его сложность и стоимость. Безредукторные генераторы с прямым приводом — это очень медленно вращающиеся синхронные генераторы с большим количеством полюсов для достижения их синхронной скорости.Генераторы с меньшим числом полюсов имеют более высокие скорости вращения, поэтому требуется коробка передач или трансмиссия, увеличивающая стоимость.
Синхронные генераторы вырабатывают электричество, основная выходная частота которого синхронизирована со скоростью вращения ротора. Генераторам, подключенным к сети, требуется постоянная фиксированная скорость для синхронизации с частотой электросети, и необходимо возбуждать обмотку ротора с помощью внешнего источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток.
Основным недостатком одной операции с фиксированной скоростью является то, что она почти никогда не улавливает энергию ветра с максимальной эффективностью.Энергия ветра тратится впустую, когда скорость ветра выше или ниже определенного значения, выбранного в качестве синхронной скорости.
В ветряных турбинах с регулируемой скоростью используются выпрямители и инверторы для преобразования переменного напряжения, переменной частоты на выходе синхронного генератора в фиксированное напряжение, фиксированную частоту 50 Гц или 60 Гц на выходе, требуемую энергосистемой общего пользования. Это позволяет использовать синхронные генераторы с постоянными магнитами, снижая их стоимость. Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов (60 или более полюсов) по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.
В следующем руководстве по ветроэнергетике и ветрогенераторам мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой индукционным генератором, также известной как «асинхронный генератор», который также может использоваться для генерации В трехфазную сеть подключено электричество переменного тока.
Чтобы узнать больше о «Синхронных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных имеющихся ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования синхронных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, щелкните здесь, чтобы получите копию одной из лучших книг по синхронным генераторам и двигателям прямо на Amazon.
Популярные товары для синхронного генератора
Электродвигатель | Британника
Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности.В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.
Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля через воздушный зазор машины в течение шести мгновений цикла.Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t ₁ на чертеже ток в фазе a является максимально положительным, тогда как ток в фазах b и c составляет половину отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т.е., одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как ток в фазе b и фазе a является положительным наполовину. Результат, как показано на рисунке для t ₂, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Исследование распределения тока для т ₃, т ₄, т ₅ и т ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом из них, пропорциональное величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорочены друг с другом на каждом конце, в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке показана диаграмма токов ротора за момент времени t ₁ рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.
Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.
Британская энциклопедия, Inc.
Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле в присутствии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Полный ток статора в каждой фазной обмотке складывается из синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электрической мощности. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.
Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до примерно 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности до примерно 10 мегаватт.
За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласуется со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.
В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже полевой скорости (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.
Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты путем создания машины с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которые должны быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с использованием катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.
В двух словах о синхронных машинах (генератор и двигатель)
Конструкция синхронного генератора
В синхронном генераторе на обмотку ротора подается постоянный ток, который создает магнитное поле ротора. Затем ротор генератора вращается первичным двигателем, создавая вращающееся магнитное поле внутри машины. Это вращающееся магнитное поле индуцирует трехфазный набор напряжений в обмотках статора генератора.
В двух словах о теории синхронных машин (генератор и двигатель)
Для описания обмоток машины обычно используются два термина: обмотки возбуждения и обмотки якоря.В общем, термин « обмоток возбуждения » применяется к обмоткам, которые создают основное магнитное поле в машине, а термин « обмоток якоря » применяется к обмоткам, на которые индуцируется основное напряжение.
В синхронных машинах обмотки возбуждения находятся на роторе, поэтому термины «обмотки ротора» и «обмотки возбуждения» используются как синонимы. Точно так же термины «обмотки статора» и «обмотки якоря» используются взаимозаменяемо.
Ротор синхронного генератора представляет собой большой электромагнит .Магнитные полюса на роторе могут иметь выступающую или несъемную конструкцию. Термин «выступающий» означает «выступающий» или «выступающий», а выступающий полюс — это магнитный полюс, который выступает из поверхности ротора.
С другой стороны, незакрепленный полюс — это магнитный полюс, сконструированный заподлицо с поверхностью ротора.
Рисунок 1 — Несамостоятельный двухполюсный ротор для синхронной машины
Ротор с несоциальными полюсами показан на рисунке 1, а ротор с явнополюсным ротором показан на рисунке 2.Роторы с неположенными полюсами обычно используются для двух- и четырехполюсных роторов , в то время как роторы с явнополюсными полюсами обычно используются для роторов с четырьмя или более полюсами .
Поскольку ротор подвергается изменяющимся магнитным полям, он изготовлен из тонких пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.
Рис. 2 — (а) Выступающий шестиполюсный ротор синхронной машины. (b) Фотография выдающегося восьмиполюсного ротора синхронной машины, показывающая обмотки на отдельных полюсах ротора.(e) Фотография одного ярко выраженного полюса перед ротором с еще не установленными обмотками возбуждения. (d) Единственный выступающий полюс, показанный после установки обмоток возбуждения, но до того, как он будет установлен на роторе. В цепь возбуждения ротора должен подаваться постоянный ток
А. Поскольку ротор вращается, требуется специальное устройство для подачи постоянного тока на его обмотки возбуждения.
Есть два распространенных подхода к подаче этого постоянного тока:
Подача постоянного тока от внешнего источника постоянного тока на ротор с помощью контактных колец и щеток.
Подача питания постоянного тока от специального источника постоянного тока, установленного непосредственно на валу синхронного генератора.
Контактные кольца — это металлические кольца, полностью охватывающие вал машины, но изолированные от него. Один конец обмотки ротора постоянного тока привязан к каждому из двух контактных колец на валу синхронной машины. и неподвижная щетка едет по каждому контактному кольцу. «Щетка» представляет собой блок из графитоподобного углеродного соединения , который не проводит электричество, но имеет очень низкое трение.так, чтобы оно не изнашивало контактное кольцо.
Если положительный конец источника постоянного напряжения подключен к одной щетке, а отрицательный конец подключен к другой, то одно и то же постоянное напряжение будет подаваться на обмотку возбуждения все время, независимо от углового положения или скорости ротор.
Контактные кольца и щетки создают несколько проблем, когда они используются для подачи постоянного тока на обмотки возбуждения синхронной машины. Они увеличивают объем технического обслуживания машины, так как щетки необходимо регулярно проверять на износ.
Рисунок 3 — Схема бесщеточного возбудителя. Небольшой трехфазный ток выпрямляется и используется для питания цепи возбуждения возбудителя. который находится на статоре. Выход цепи якоря возбудителя (на роторе) затем выпрямляется и используется для подачи тока возбуждения в главную машину.
Кроме того, падение напряжения на щетке может быть причиной значительных потерь мощности на машинах с большими токами возбуждения . Несмотря на эти проблемы, контактные кольца и щетки используются на всех меньших синхронных машинах, потому что никакой другой метод подачи постоянного тока возбуждения не является рентабельным.
На более крупных генераторах и двигателях используются бесщеточные возбудители для подачи постоянного тока возбуждения в машину. Бесщеточный возбудитель — это небольшой генератор переменного тока, цепь возбуждения которого установлена на статоре, а цепь якоря — на валу ротора. Трехфазный выход генератора возбудителя выпрямляется до постоянного тока с помощью схемы трехфазного выпрямителя, также установленной на валу генератора, и затем подается в основную цепь возбуждения постоянного тока.
Рисунок 4 — Фотография ротора синхронной машины с бесщеточным возбудителем, установленным на одном валу.Обратите внимание на выпрямительную электронику, видимую рядом с якорем возбудителя.
Управляя небольшим постоянным током возбуждения генератора возбудителя (расположенного на статоре), можно регулировать ток возбуждения на главной машине без контактных колец и щеток. Это устройство схематично показано на фиг. 3, а ротор синхронной машины с бесщеточным возбудителем, установленным на том же валу , показан на фиг. 4 выше.
Поскольку между ротором и статором никогда не возникает механических контактов, бесщеточный возбудитель требует гораздо меньшего обслуживания, чем контактные кольца и щетки.
Чтобы сделать возбуждение генератора полностью независимым от каких-либо внешних источников питания, в систему часто включают небольшой пилотный возбудитель. Пилотный возбудитель — это небольшой генератор переменного тока с постоянными магнитами, установленными на валу ротора, и трехфазной обмоткой на статоре. Он вырабатывает мощность для цепи возбуждения возбудителя, который, в свою очередь, управляет цепью возбуждения главной машины.
Синхронные машины (генератор и двигатель) в двух словах
Синхронный генератор — обзор
9.3.1 Синхронные генераторы
Синхронные генераторы особенно используются в прямых приводах (т. Е. Без механического умножителя). Синхронные генераторы очень выгодны, когда они имеют большое количество полюсов, однако в этом случае частота становится несовместимой с частотой сети, поэтому требуется инвертор. Следовательно, все машины с прямым приводом имеют регулируемую скорость. На рис. 9.20 показана базовая структура WECS на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (PMSG).
Рисунок 9.20. Синхронный генератор (с фазным ротором) и преобразователь частоты.
Синхронные генераторы с прямым приводом имеют индуктор (ротор) и требуют щеточных колец для подачи постоянного тока. PMSG становятся все более популярными для приложений с регулируемой скоростью и, как ожидается, будут приобретать все большее значение в будущем.
Аэродинамическая ось ротора ветряной турбины и генератора могут быть соединены напрямую (т. Е. Без редуктора). В этом случае генератор представляет собой многополюсный синхронный генератор, рассчитанный на малую скорость.В качестве альтернативы они могут быть соединены через коробку передач, что позволяет использовать генератор с большим числом полюсов. Для работы с переменной скоростью синхронный генератор подключается к сети через два преобразователя мощности для регулировки частоты, которая полностью разделяет скорость генератора и частоту сети. Следовательно, частота генератора будет изменяться в зависимости от скорости ветра, тогда как частота сети останется постоянной.
Система силового преобразователя состоит из двух преобразователей, со стороны сети и со стороны генератора, соединенных между собой промежуточным звеном постоянного тока.
Основным недостатком этого метода является размер двунаправленного преобразователя, который должен соответствовать мощности генератора переменного тока. Кроме того, необходимо устранить искажения, вызванные гармониками из-за двунаправленного преобразователя, с помощью системы фильтров. Другой недостаток состоит в том, что многополюсная машина требует большого количества полюсов, что увеличивает размер машины по сравнению с генераторами с трансмиссионной муфтой.
Управление активной и реактивной мощностью для PMSG было изучено в работах.[22–28]. В исх. В [22] автор предложил способ управления ветроэнергетической системой, которая подключена к PMSG в условиях неисправности сети. Авторы предложили использовать конденсатор на стороне постоянного тока для кратковременного накопления энергии для компенсации колебаний крутящего момента и скорости, а также для обеспечения стабильной работы ветряной турбины при неисправностях сети. Автор в работе Ref. [23] предложили стратегию управления током, чтобы ограничить сетевой ток, подаваемый на инвертор, и снизить выходную мощность машины во время сбоев в сети.
Стратегия инверторного управления ветроэнергетической системой на основе PMSG при несимметричном трехфазном напряжении была изучена в работе. [24]. Ток короткого замыкания обратной последовательности раскладывается и добавляется к току, рассчитанному контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Этот метод управления обеспечивает трехфазный синусоидальный сбалансированный ток для стороны сети, однако управление напряжением промежуточного контура не рассматривается. Модель, предложенная в [5]. [25–27] не учитывает обмен энергией с индукторами. Таким образом, для случая сильно разбалансированной системы или для системы с высоким значением индуктивности этот метод не эффективен.В исх. В [28] автор предложил стратегию управления с двумя режимами настройки для раздельного управления током короткого замыкания прямой и обратной последовательности. В первом режиме достигаются сбалансированные токи на стороне сети, а во втором режиме уменьшаются пульсации напряжения промежуточного контура при несимметричных условиях сети.
Используя преобразование Парка, фактические напряжение и ток статора преобразуются в их аналоги d – q , как показано на рис. 9.21.
Рисунок 9.21. Парковая модель синхронной машины.
Количества статора выражены в системе отсчета Парка, связанной с ротором:
(9.12) {vsd = Rsisd + dφsddt − ωgφsqvsq = Rsisq + dφsqdt − ωgφsd
Аналогично, потоки статора:
(
)
φsd = Ldisd + φfφsq = Lqisq
L _d и L _q являются составляющими индуктивности на прямой и квадратурной оси. Предполагается, что у станка гладкие полюса, следовательно, L _d = L _q, а φ _f представляет собой взаимный поток.
Подставляя уравнение. (9.12) в уравнение. (9.13) дает:
(9.14) {vsd = Rsisd + Lddisddt − ωgLqisqvsq = Rsisq + Lqdisqdt + ωg (Ldisd + φsd)
Произведенный электромагнитный момент равен:
(9.15) Tem = 3 Lq ( ) isdisq + φfisq)
Окончательные формы уравнений PMSG в системе отсчета d — q таковы:
(9.16) {disddt = −RsLdisd + LqLdωgisq + 1Ldvsddisqdt = + LdLφsqisq + LdLφsqisqisq + LdLωqisqisq = 32P ((Ld − Lq) isdisq + φfisq) Tem − Tm − fΩg = JdΩgdt
Синхронный двигатель — обзор
Коэффициент мощности для переменного тока
Коэффициент мощности — это коэффициент, на который полная мощность в кВА умножается на получить фактическую мощность, кВт, в системе переменного тока.Это отношение синфазной составляющей линейного тока к общему току [39].
В асинхронных двигателях намагничивающая составляющая тока всегда отстает на 90 °. Следовательно, линейный ток отстает при всех нагрузках; величина зависит от нагрузки тока намагничивания.
В синхронных двигателях возбуждение обеспечивается отдельным источником постоянного тока, либо в виде отдельной мотор-генераторной установки (M-G), либо в виде возбудителя, установленного непосредственно на валу двигателя. Ток можно заставить опережать в разной степени, изменяя величину напряженности поля.Коэффициент мощности двигателей может быть отстающим, единичным или опережающим. При использовании переменного тока потребляемая мощность, называемая активной или фактической мощностью , считается энергией, используемой резистивной нагрузкой [40]. Синхронный двигатель обеспечивает единицу или опережающий фактор, а асинхронный двигатель обеспечивает единицу или запаздывающий фактор.
Применяя надлежащую величину возбуждения постоянного тока к полюсам возбуждения синхронного двигателя, он работает с единичным коэффициентом мощности. Синхронные двигатели с коэффициентом мощности Unity предназначены для работы именно таким образом.Полная нагрузка, с возбуждением, они не требуют от линии отставания реактивной кВА, а также не подают в линию опережающую реактивную кВА; они работают с единичным коэффициентом мощности с минимальным током статора и, следовательно, с самым высоким КПД [15].
Проконсультируйтесь с квалифицированным инженером-электриком о типах двигателей, предлагаемых для технологической установки; такая оценка сочетания синхронных и асинхронных двигателей поможет определить новый коэффициент мощности для установки, потому что чистый коэффициент запаздывания для станций означает, что вся мощность для этой установки будет стоить больше, чем если бы коэффициент был единичным или опережающим.Из Brown and Cadick [40]:
Полная мощность = EI, или ВА, или кВА
Активная мощность = EICosθ, или Вт, или кВт
Примечание: θ = угол векторной диаграммы тока между полной и активной мощностью
Реактивная мощность = EISinθ, или VAR, или kVAR
Расчетный коэффициент мощности:
F _p = активная мощность / полная мощность
F _p = EICosθ / (EI) = cosθ
F _p = Вт / (ВАр) = (кВт) / (кВАр)
Обратите внимание, что реактивная мощность предъявляет требования к энергосистеме, но не дает никакой полезной работы.
(20-13) Номинальная мощность двигателяVA = (л.с.) (0,746) (Eff) (powerfactor)
Плата за электроэнергию основана на потребляемой мощности в кВАр; таким образом, чем ниже коэффициент мощности, тем выше плата за потребление. См. Полезные обсуждения этого предмета в Планкенхорне [41], Валода [42] и Лазаре [43]. Плата за электроэнергию зависит от требований VAR; таким образом, чем ниже коэффициент мощности, тем выше плата за потребление.
На большинстве технологических предприятий необходимо соблюдать осторожность, чтобы поддерживать подходящий коэффициент мощности для своей системы, в противном случае может быть наложен штраф на затраты на электроэнергию.Если коэффициент мощности падает ниже некоторого установленного значения, например 0,8, затраты на электроэнергию увеличиваются, потому что фактическая мощность (в виде тока), необходимая для работы (в лошадиных силах), значительно меньше, чем общая мощность, подаваемая в систему установки. Разница в том, что он попадает в поле намагничивания (реактивный ток), что не соответствует реальной работе. Добавляя синхронные двигатели или конденсаторы к системе с полностью индуктивной нагрузкой, вы можете поднять коэффициент мощности с запаздывающего состояния до единицы (или почти до единицы). Синхронные двигатели могут быть спроектированы так, чтобы обеспечивать переменные величины опережающего коэффициента мощности.Это исследование или баланс, который необходимо учитывать при проектировании станции, а рекомендации должны быть подготовлены компетентными инженерами-электриками.
Обычно коэффициент мощности синхронного двигателя равен единице (1,0) или 0,8. Значения опережения 0,7 или 0,6 дадут большую коррекцию опережения для другой запаздывающей системы.
Рисунок 20-13 иллюстрирует работу с коэффициентом мощности для различных типов оборудования.
Рисунок 20-13. Коэффициент мощности различных устройств и то, как синхронные двигатели улучшают коэффициент мощности.
(Используется с разрешения: EM Synchronizer, 200-SYN-42, © 1955. Dresser-Rand Company.)
Асинхронный двигатель обычно требует реактивного намагничивания от 0,3 до 0,6 кВА на л.с. или рабочую нагрузку, но опережающую мощность 0,8 Синхронный двигатель с коэффициентом усиления будет обеспечивать мощностью корректирующего намагничивания 0,4–0,6 кВА на л.с. в зависимости от переносимой механической нагрузки. Таким образом, равные подключенные л.с. в асинхронных двигателях и синхронных двигателях с опережающим коэффициентом мощности 0,8 приведут к коэффициенту мощности системы, приблизительно равному единице [39].
(20–14) реактивная, кВА = (totalalkVA) 2– (кВт) 2
Это всегда запаздывание для асинхронного двигателя. Для синхронного двигателя с коэффициентом мощности (PF) = 1,0 кВА и кВт равны, а для любого коэффициента мощности меньше 1,0, то есть 0,9, 0,8, 0,7 и т. Д., Коэффициент мощности является опережающим. Также см. Ссылки [44–46].
Что такое синхронный генератор (асинхронный генератор)
Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
Синхронный генератор, то есть генератор переменного тока (генератор переменного тока) с той же скоростью ротора, что и вращающееся магнитное поле статора.По конструкции его можно разделить на два типа: вращающийся якорь и вращающееся магнитное поле.
Синхронный генератор — один из наиболее часто используемых генераторов переменного тока. В современной энергетике он широко используется в гидроэнергетике, тепловой энергетике, атомной энергетике и дизельной энергетике.
Внешние характеристики синхронного генератора обычно относятся к кривой изменения напряжения на клеммах генератора при изменении тока нагрузки в условиях постоянного внутреннего потенциала.Испытание в основном предназначено для проверки синхронного реактивного сопротивления вертикальной оси генератора, то есть внутреннего импеданса генератора. Это важный показатель синхронного генератора с нагрузочной способностью. Тем не менее, тиристорные обмотки быстрого возбуждения и демпфирующие обмотки в основном используются в синхронных генераторах, а синхронное реактивное сопротивление вертикальной оси в основном представляет собой переходное значение, которое намного меньше, чем значение установившегося режима.
Кроме того, за счет регулирующего воздействия системы возбуждения внешние характеристики могут быть искусственно созданы, которые могут быть положительными или отрицательными.Положительная внешняя характеристика состоит в том, что напряжение на клеммах уменьшается с увеличением тока нагрузки, а отрицательная — напряжение на клеммах увеличивается с увеличением тока нагрузки. Систему общего возбуждения можно регулировать в пределах плюс-минус 15%.
Поскольку синхронный генератор обычно использует возбуждение постоянным током, когда отдельная машина работает независимо, напряжение генератора можно удобно регулировать, регулируя ток возбуждения.Если он включен в электрическую сеть, напряжение не может быть изменено, потому что оно определяется сетью. Результатом регулировки тока возбуждения в это время является регулировка коэффициента мощности и реактивной мощности двигателя.
Характеристики синхронного генератора — это в основном характеристики холостого хода и рабочие характеристики нагрузки. Эти характеристики являются важной основой для выбора генераторов пользователями.
Классификация синхронного генератора
Вращающийся магнитный полюс
(Большинство синхронных генераторов): полюс находится на роторе, а обмотка якоря — на статоре.Ротор подразделяется на:
Скрытый полюс: высокоскоростной двигатель (паровая турбина), распределенная обмотка;
Яркий полюс: тихоходный двигатель (гидротурбина), сосредоточенная обмотка.
Вращающийся якорь
(малой мощности или специального назначения, например, возбудитель переменного тока синхронного двигателя): магнитный полюс находится на статоре, а обмотка якоря — на роторе.
Скорость изменения напряжения синхронного генератора составляет от 20 до 40%.Как промышленные, так и бытовые нагрузки требуют постоянного напряжения. По этой причине при увеличении тока нагрузки необходимо соответствующим образом регулировать ток возбуждения.
Структура
Структура синхронного генератора делится на высокую и низкую (среднюю) скорость в зависимости от скорости.
Первый в основном используется на тепловых и атомных электростанциях; последнее в основном связано с тихоходными турбинами или дизельными двигателями. В структуре высокоскоростного синхронного генератора используется ротор со скрытыми полюсами, а в синхронном генераторе с низкой (средней) скоростью используется ротор с явнополюсным ротором.
Принцип работы
(1) Создание основного магнитного поля: обмотка возбуждения соединена с постоянным током возбуждения, чтобы установить магнитное поле возбуждения между полярными фазами, то есть устанавливается основное магнитное поле.
(2) Токоведущий провод: Трехфазная симметричная обмотка якоря действует как силовая обмотка и становится носителем индуктивного потенциала или индуцированного тока.
(3) Режущее движение: Первичный двигатель приводит во вращение ротор (подводит механическую энергию к двигателю), а магнитное поле возбуждения между полярными фазами вращается вместе с осью и последовательно разрезает фазные обмотки статора.
(4) Генерация переменного потенциала: из-за относительного режущего движения между обмоткой якоря и основным магнитным полем в обмотке якоря индуцируется трехфазный симметричный переменный потенциал, величина и направление которого периодически меняются. Электропитание переменного тока может подаваться через подводящие провода.
(5) Значение эффекта индуктивного потенциала: эффективное значение наведенного потенциала для каждой фазы.
(6) Частота наведенного потенциала: Частота наведенного потенциала определяется скоростью вращения и парами полюсов синхронного двигателя.
(7) Перекрестное изменение и симметрия: из-за полярности вращающегося магнитного поля полярность индуцированного потенциала меняется; симметрия обмотки якоря обеспечивает трехфазную симметрию наведенного потенциала.
(8) Синхронная скорость с точки зрения качества электроснабжения, частота сети переменного тока, состоящей из множества синхронных генераторов, включенных параллельно, должна быть постоянной величиной, что требует, чтобы частота генератора согласовывалась с частотой сетки.
Разница между синхронным генератором и асинхронным генератором
Синхронный генератор
Преимущества: Коэффициент мощности синхронного генератора можно регулировать. Применение большого синхронного генератора может повысить эффективность работы, когда регулирование скорости не требуется.
Недостаток : Стоимость выше, чем у асинхронного генератора.
Применение: Синхронный генератор в основном используется в дизель-генераторных установках.
Асинхронный генератор
Асинхронный генератор — это генератор переменного тока, в котором используется вращающееся магнитное поле с воздушным зазором между статором и ротором для взаимодействия с наведенным током в обмотке ротора. По принципу работы его еще называют «индукционным генератором». Скорость немного выше синхронной скорости.
Преимущества: Асинхронный генератор — это генератор переменного тока, у которого отношение скорости нагрузки к частоте подключенной электросети непостоянно.Таким образом, он имеет преимущества простой конструкции, удобного изготовления, использования и обслуживания, надежной работы и низкой стоимости. Асинхронные генераторы обладают более высокой производительностью и лучшими рабочими характеристиками, что позволяет удовлетворить требования к трансмиссии большинства промышленного и сельскохозяйственного производственного оборудования из-за того, что их частота вращения близка к постоянной в диапазоне от холостого хода до полной нагрузки.
Недостаток: Поскольку скорость асинхронного генератора имеет определенную разницу со скоростью вращения магнитного поля, производительность регулирования скорости низкая.Более экономично и удобно использовать генераторы постоянного тока для транспортного оборудования, прокатных станов, крупных станков, печатного, красящего и бумагоделательного оборудования, которые требуют широкого и плавного диапазона скоростей.
Применение: Асинхронный генератор применяется в ветряных электростанциях и малых гидроэлектростанциях.

Количество отдельных полюсов	2	4	8	12	24	36	48
Скорость вращения (об / мин)	3,000		3,000		250	167	125

Синхронный и асинхронный генераторы. Отличия

Синхронный генератор. Принцип действия

Способы возбуждения синхронных генераторов

Асинхронный генератор. Отличия от синхронного

Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Основные конструктивные элементы

Определение скорости вращения

Принцип работы СГ

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности.

Синхронный и асинхронный генератор

Синхронный генератор

Асинхронный генератор

Для синхронного генератора обязательно соотношение. Синхронный генератор

Устройство синхронной машины

Принцип действия синхронного генератора

Синхронные генераторы из наличия по выгодным ценам

Синхронные генераторы Mecc Alte по выгодным ценам из наличия на складе:

Синхронные генераторы Sincro по выгодным ценам из наличия на складе:

Синхронные генераторы TSS SA по выгодным ценам из наличия на складе:

МЫ ГОТОВЫ ОТВЕТИТЬ НА ВСЕ ВАШИ ВОПРОСЫ

Доверьтесь специалистам, для которых производство генерирующих электроэнергию машин – ежедневная работа

ПОЛНЫЙ КАТАЛОГ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДОСТУПНЫХ К ЗАКАЗУ В НАШЕЙ КОМПАНИИ

Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия

Устройство синхронного электродвигателя

Принцип работы синхронного электродвигателя

Характеристики синхронного электродвигателя

Синхронный двигатель и синхронный генератор от OME Motors

как ветроэнергетический генератор

в качестве ветроэнергетического генератора

Основные компоненты синхронного генератора

Конструкция синхронного генератора

Синхронный генератор с постоянным магнитом

Синхронная скорость генераторов

Синхронные генераторные выпрямители

Схема выпрямителя генератора

Схема синхронного генератора

Краткое содержание руководства

Популярные товары для синхронного генератора

Электродвигатель | Британника

В двух словах о синхронных машинах (генератор и двигатель)

Конструкция синхронного генератора

Синхронный генератор — обзор

9.3.1 Синхронные генераторы

Синхронный двигатель — обзор

Коэффициент мощности для переменного тока

Что такое синхронный генератор (асинхронный генератор)

Принцип работы

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики