Mister 220V

Такие синхронные генераторы широко применяются в автотракторном электрооборудовании. На выходе генератора включают полупроводниковый выпрямитель (рис. 23.12, а), поэтому генератор выполняет функцию источника постоянного тока. Ротор генератора имеет конструкцию, аналогичную рис. 23.3, б, отличаясь лишь наличием обмотки возбуждения вместо постоянного магнита. Когтеобразная конструкция ротора позволяет возбудить многополюсный ротор посредством одной катушки возбуждения, подключаемой к источнику постоянного тока через контактные кольца и щетки. В таком роторе аксиально, направленный магнитный поток возбуждения меняет свое направление в воздушном зазоре и становится радиально направленным (рис. 23.12, б). Рассматриваемый генератор отличается простотой конструкции, компактностью, надежностью и высокой технологичностью. Последнее достоинство имеет значение в условиях массового производства синхронных генераторов с когтеобразными полюсами. Обычно эти генераторы изготовляют небольшой мощности (не более 1 кВ-А). В схеме электрооборудования генератор включают параллельно с аккумуляторной батареей, и он работает с ней в буферном режиме, т. е. они энергетически дополняют друг друга, совместно обеспечивая электроснабжение потребителей.

На рис. 23.13 показано устройство автомобильного синхронного генератора типа Г-250. Статор 8 этого генератора представляет собой шихтованный пакет, на 18 зубцах которого расположены катушки 7, образующие трехфазную обмотку, соединенную звездой. Ротор состоит из вала, на который напрессованы две стальные шайбы с отогнутыми когтеобразными полюсами 2 (по шесть полюсов на каждой шайбе). На стальную втулку 10 надета цилиндрическая катушка возбуждения 9, концы которой присоединены к контактным кольцам 5. На кольца наложены медно-графитовые щетки 6. На заднем подшипниковом щите 4 расположен выпрямительный блок из шести кремниевых диодов 3, соединенных по мостовой схеме (см. рис. 23.12, а). Подшипниковые щиты 1 и 4 и сердечник статора стянуты тремя болтами. На валу генератора расположены центробежный вентилятор 11 и шкив 12, посредством которого ротор

Из рассмотренного в предыдущих параграфах следует, что при параллельной работе нескольких синхронных генераторов в каждом из них возникает некоторая сила, удерживающая генератор в состоянии устойчивой работы, т. е. предотвращающая выход этого генератора из синхронизма.

Другими словами, синхронный генератор, включенный на параллельную работу, обладает синхронизирующей способностью. Физический смысл синхронизирующей способности синхронных генераторов состоит в следующем. В процессе работы синхронного генератора в нем действуют два вращающихся магнитных поля: поле статора и поле ротора. Оба поля вращаются синхронно и создают в машине результирующее вращающееся магнитное поле. Так как обмотки статоров всех генераторов, включенных на параллельную работу, электрически связаны между собой, то также «связанными» оказываются и результирующие магнитные поля всех генераторов, вращающихся с синхронной частотой вращения n₁.

Результирующее магнитное поле машины замыкается через сердечник ротора. Поэтому электрическая связь между обмотками статоров параллельно работающих машин в конечном счете переходит в магнитную связь роторов этих машин, аналогичную эластичной механической связи, которая позволяет роторам смещаться относительно друг друга в пределах угла 0 < 0 kp. При этом роторы продолжают вращаться с синхронной частотой. Лишь при смещении ротора какой-либо из параллельно работающих машин на угол 6, выходящий за пределы критического значения 0_кр, связь ротора этой машины с роторами других машин нарушается и машина выходит из синхронизма.

Для количественной оценки синхронизирующей способности синхронной машины вводят понятия удельной синхронизирующей мощности р_с и удельного синхронизирующего момента м_с. Удельная синхронизирующая мощность определяется отношением

приращения мощности ДР_ЭМ к соответствующему приращению угла Д0 (рис. 21.9):

Величины р_с и т_с тем больше, чем круче подъем угловой характеристики на участке, соответствующем изменению угла Д0. В неустойчивой области угловой характеристики значения р_с и т_с отрицательны, т. е. устойчивая работа синхронной машины соответствует положительным значениям р_с и тп_с.

При изменениях нагрузки генератора нарушается равенство между мощностью приводного двигателя и мощностью генератора. Возникающий при этом небаланс мощностей ДР_Эм представляет собой синхронизирующую мощность ДР_ЭМ = р_сД0. Синхронизирующей мощности соответствует синхронизирующий момент

Этот момент обусловлен разностью электромагнитного момента генератора и вращающего момента приводного двигателя и оказывает на ротор генератора действие, предотвращающее выход машины из синхронизма.

Предположим, что синхронный генератор, подключенный на параллельную работу к сети, работает ненагруженным. Чтобы нагрузить генератор, увеличивают вращающий момент первичного двигателя M₁ до значения M_1., соответствующего повороту оси полюсов ротора на угол нагрузки и электромагнитному моменту М = М₁ (рис 21 7, график 1). Однако под действием сил инерции вращающихся масс синхронной машины и приводного двигателя ротор повернется на угол 0₂> 0₁,при котором электромагнитный момент генератора достигает значения М₁ > М.. В результате нарушившегося равновесия моментов ротор начнет поворачиваться в направлении уменьшения угла 6, но силы инерции и в этом случае помешают ротору остановиться в положении, соответствующем углу 0₁₇ и переведут его в положение, соответствующее значению угла , при котором электромагнитный момент генератора М окажется меньше вращающего момента М₁. этому ротор не остановится в положении 0₃ а будет поворачиваться в направлении увеличения угла 0.

Таким образом, ротор синхронного генератора будет совершать колебательные движения (качания) около среднего положения 0₁, (рис 21 7, график 2), соответствующего равновесию вращающего и электромагнитного моментов. Если бы колебания ротора не сопровождались потерями энергии, то они продолжались бы неопределенно долго, т.е. были бы незатухающими. Однако в реальных условиях колебания ротора вызывают потери энергии, из которых наибольшее значение имеют магнитные потери. Эти потери обусловлены возникновением вихревых токов в сердечнике ротора вызываемых этими колебаниями (качаниями). Объясняется это тем что при отсутствии колебаний частота вращения ротора постоянна и равна частоте вращения результирующего магнитного поля. Однако при возникновении колебаний ротора частота вращения последнего становится неравномерной, т. е. происходит его движение относительно магнитного поля статора, что ведет к возникновению в сердечнике ротора вихревых токов.

Взаимодействие этих токов с магнитным полем статора оказывает на ротор «успокаивающее» действие, которое уменьшает его колебания. Следовательно, колебания ротора имеют затухающий характер, и поэтому спустя некоторое время ротор займет положение, соответствующее углу 0_1t при котором установится равновесие моментов. Причинами, вызывающими колебания ротора, могут быть изменения либо вращающего момента приводного двигателя m₁, либо электрической нагрузки генератора, а следовательно, изменения электромагнитного момента М на роторе генератора. Колебания ротора, вызванные указанными причинами, называют собственными колебаниями.

Возможны также вынужденные колебания, вызванные неравномерным вращением ротора. Например, это может происходить в генераторах, приводимых во вращение поршневыми двигателями (дизели, газовые двигатели). Наиболее опасен случай совпадения частоты собственных колебаний с частотой вынужденных (резонанс колебаний). При этом колебания резко усиливаются, так что параллельная работа генераторов становится невозможной.

Потери энергии в металлических частях ротора оказывают тормозящее действие на подвижную часть машины и уменьшают ее колебания. Однако значительного снижения колебаний достигают применением на роторе синхронной машины успокоительной (демпферной) обмотки. В явно-полюсных машинах успокоительную обмотку выполняют в виде стержней, заложенных в пазы полюсных наконечников и соединенных на торцовых сторонах пластинами (рис. 21.8). В неявнополюсных машинах колебания устраняются лишь действием вихревых токов, наводимых в сердечнике ротора.

Следует отметить, что вышеизложенное о колебаниях синхронных генераторов в равной мере относится и к синхронным двигателям (см. 22.1).