Как найти число полюсов в синхронном генераторе

Тип урока: Формирование новых знаний.

Цели урока:

• Образовательная: Сформировать у студентов понятие о назначении синхронного генератора, его устройстве и принципе действия.
• Воспитательная: Привить студентам интерес к дисциплине и навыки работы в коллективе.
• Развивающая: Способствовать развитию самостоятельности мышления. Развивать творческую деятельность.
• Дидактическая: Научить использовать различные дидактические материалы. Показать формы и методы управления познавательной деятельностью обучающихся на уроке.

Наглядность на уроке:

• Плакат «Синхронный генератор»
• Настенный стенд «Машины переменного тока»
• Макет синхронного генератора
• Карточки-задания (Приложение 1)
• Тесты для закрепления материала (Приложение 2)
• Слайды на электронном носителе

Ход урока

1. Организационный момент:

1.1. Приветствие

1.2. Определение отсутствующих

1.3. Проверка готовности обучающихся к уроку

1.4. Организация внимания.

2. Целеполагание и мотивация:

2.1. Постановка цели перед студентами

2.2. Ознакомление студентов с планом урока

2.3. Формирование установок на восприятие и осмысление учебной информации.

3. Актуализация ранее усвоенных знаний:

Вопросы:

3.1. Какая электрическая машина называется генератором?

Ответ:  Генератором называется электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.

3.2. На каком законе электромагнетизма основан принцип действия генераторов?

Ответ: Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции: ЭДС индуктируется в двух случаях: при движении проводника в магнитном поле и при изменении магнитного потока вокруг проводника.

3.3. Что представляет собой магнитное поле?

Ответ: Магнитным полем называется материальная среда, обнаружить которую возможно только опытным путём – внеся в это поле другое намагниченное тело или проводник с током, так как вокруг проводника с током возникает магнитное поле.

3.4. Какое электротехническое устройство называется электромагнитом и для чего оно предназначено?

Ответ: Электромагнит – это электротехническое устройство, состоящее из катушки и ферримагнитного сердечника, предназначенное для создания магнитного потока.

3.5. Особые требования, предъявляемые к электрическим машинам ПС

Ответ: К основным требованиям, предъявляемым  электрическим машинам ПС относятся:

• частота вращения находится в пределах 50–12000 об/мин;
• широкий диапазон мощностей (от десятков Вт до десятков МВт);
• минимальные габариты, масса, нагрузка на ось, габариты совпадающие с габаритами  подвижного состава;
• высокую надёжность работы.

3.6. Специфические условия эксплуатации электрических машин ПС.

Ответ: К специфическим особенностям работы электрических машин ПС относятся:

• колебание температуры окружающей среды (от -50°С до + 50°С);
• колебание влажности (95*3%);
• запыление машин, установленных на открытом воздухе, встречным потоком воздуха;
• конструкция машин и условия размещения её на подвижном  составе должны обеспечивать удобный доступ к обслуживаемым частям.

4. Формирование новых понятий:

Конспект урока

4.1. Синхронный генератор – это машина переменного тока, преобразовывающая какой-либо вид энергии в электрическую энергию.

Генератором называется электрическая машина, преобразовывающая механическую энергию в электрическую.

4.2. Почему машина называется синхронной?

Синхронной называется бесколлекторная машина переменного тока, скорость вращения которой постоянна и определяется (при заданной частоте) числом пар полюсов: n = 60*f/p; (f = 50 Гц), где р – количество пар полюсов.

Например: двадцатиполюсный генератор должен иметь скорость п = 60*50/10 = 300 об/мин.

4.3. Применение синхронных генераторов на железнодорожном транспорте

На железнодорожном транспорте синхронные машины чаще всего применяются в качестве генераторов переменного тока на тепловозах и в рефрижераторных секциях.

4.4. Индуктирование ЭДС в синхронных генераторах

Индуктирование ЭДС в синхронных генераторах осуществляется по закону электромагнитной индукции: E = B*L*U*sin L.

Рис.1. Принцип действия синхронного генератора.

Так как принципиально безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать магнитное поле, или, наоборот подвижное магнитное поле будет пересекать неподвижный проводник, то конструктивно синхронные генераторы могут быть изготовлены двух видов. В первом из них (рис.1.а.) магнитные полюсы можно поместить на статоре, а проводник на роторе и снимать с них при помощи колец и щёток переменный ток.

Ту часть, которая создаёт магнитное поле, называют индуктором, а ту часть машины, где располагается обмотка, в которой индуктируется ЭДС, называют якорем.

Следовательно:  в первом типе генератора индуктор неподвижен, а якорь вращается. В таких генераторах скользящий контакт в цепи большой мощности создаёт значительные потери энергии, а при высоких напряжениях наличие такого контакта становится нецелесообразным. Поэтому генераторы с вращающимся якорем и неподвижными кольцами выполняют только при невысоких напряжениях (до 380/220 В) и небольших мощностях (до 15 кВт).

Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь – на статоре (рис.1.б.).

4.5. Однофазные и трёхфазные синхронные генераторы

 Рис.2.

Из курса электротехники известно, что если вращать ротор-индуктор, то в обмотке статора будет индуктироваться переменная ЭДС (рис.2.а.), Это явление лежит в основе устройства однофазного генератора переменного тока. Обмотку статора можно также сделать много фазной, но на практике наибольшее распространение получила трёхфазная система переменного тока (рис.2.б.).

4.6. Устройство синхронного генератора

На тепловозах с передачей мощности переменно-постоянного и переменного тока в качестве тяговых используют синхронные генераторы, первичными двигателями которых служат двигатели внутреннего сгорания (дизели). Их также используют в качестве вспомогательных машин на тепловозах, электровозах и в пассажирских вагонах.

Рис.3. Устройство синхронного генератора.

Статор является неподвижной частью синхронной машины (рис.3.а.) и состоит из корпуса и сердечника, в пазах которого располагается статорная обмотка, предназначенная для индуктирования в ней ЭДС. Сердечник статора набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, в которых вырубают пазы для укладки проводников обмотки статора.

4.7. Явновыраженные и неявновыраженные полюса электромагнитов

Ротор синхронного генератора представляет собой вал, на котором укреплены сердечники полюсов в явновыраженных синхронных машинах (рис.3.б.) или набирают из листов электротехнической стали в неявновыраженных синхронных машинах (3.в.).

В высокоскоростных синхронных генераторах выполняются неявновыраженные полюса для обеспечения нужной механической прочности.

Рис.4. Явновыраженные и неявновыраженные полюса электромагнитов.

Обмотка возбуждения выполняется из медного провода прямоугольного сечения, концы которой выводятся на контактные кольца, установленные на роторе. Токосъём с контактных колец (плакат «Синхронный генератор») осуществляется с помощью щёток, установленных в щёткодержателях и прижимаемых к контактной поверхности пружинами.

В синхронных генераторах применяют два основных способа возбуждения: независимое (рис.5.а.) и самовозбуждение (рис.5.б.)

Рис.5. Независимое возбуждение и самовозбуждение машины.

При независимом возбуждении обмотка возбуждения питается от генератора постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения, расположенного на валу ротора синхронного генератора и вращающегося вместе с ним (большой мощности).

При самовозбуждении питание обмотки возбуждения осуществляется самим синхронным генератором через выпрямитель (малой и средней мощности).

4.8. Принцип действия синхронного генератора

При помощи первичного двигателя ротор-индуктор вращается. Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля – отсюда название синхронная машина.

Рис.6. Генераторный режим работы синхронной машины.

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

f – частота переменного тока, Гц; w – количество витков; k_w – 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*k_w*Ф и, определив: 4,44*(р/60)*w*k_w – относится к конструкции машины и создаёт конструктивный коэффициент: C = 4.44*(р/60)*w*k_w.

Тогда: Е = С_Е*п*Ф.

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

4.9. Обратимость синхронного генератора

Синхронные машины применяются также в качестве электрического двигателя, особенно в установках большой мощности (свыше 50 кВт)

Рис.7. Двигательный режим работы синхронной машины.

Для работы синхронной машины в режиме двигателя обмотку статора подключают к трёхфазной сети, а обмотку ротора к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля машины с постоянным током обмотки возбуждения, возникает вращающий момент М, который увлекает его со скоростью магнитного поля.

4.10. Условия включения синхронного генератора в сеть

Для включения генератора в сеть необходимо:

• одинаковое чередование фаз в сети и генераторе;
• равенство напряжения сети и ЭДС генератора;
• равенство частот ЭДС генератора и напряжения сети;
• включать генератор в тот момент, когда ЭДС генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.

Невыполнение этих условий ведёт к тому, что в момент включения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и вывести генератор из строя.

5. Закрепление полученных знаний:

5.1. Контрольные вопросы:

– Какая электрическая машина называется генератором?

Ответ: Генератором называется машина, преобразовывающая  механическую энергию в электрическую.

– Почему машина называется синхронной?

Ответ: Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения магнитного поля  равна скорости вращения ротора – из-за этого и название синхронная.

– По какому закону осуществляется индуктирование ЭДС в якоре машины?

Ответ: По закону электромагнитной индукции – ЭДС индуктируется в двух случаях: при движении проводника в магнитном поле или при изменении магнитного поля вокруг проводника.

– Какие два основных способов возбуждения Вы знаете?

Ответ: независимое возбуждение и самовозбуждение.

– Какая зависимость между р и п в синхронных генераторах при заявленной частоте переменного тока?

Ответ: Обратнопропорциональная  зависимость: чем больше, тем меньше.

5.2. Работа с карточками-заданиями: (Приложение 1)

№1: Число пар полюсов синхронного генератора 4. Определить частоту вращения магнитного поля статора, если частота генерируемого тока 50 Гц.

Дано:                                               Решение:

Р = 4           

f = 50 Гц;                                         n = f*60/p = 50*60/4 = 750 об/мин.

Определить: n = ?

№2: Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора с частотой ЭДС 50 Гц, если ротор его вращается с частотой 500 об/мин.

Дано:                                              Решение:

f = 50 Гц;

n = 500 об/мин;                               р = f*60/n = 50*60/500 = 6 пар.

Определить: р = ?

№3: Генератор переменного тока имеет 10 пар полюсов и его ротор вращается с частотой 1200 об/мин. Сколько раз в секунду ток меняет своё направление?

Дано:                                             Решение:

р = 10;

n = 1200 об/мин;                           f/2 = p*n/60*2 = 10*1200/60*2 = 100 раз;

Определить: f/2 = ?

№4: Найти ЭДС, индуктируемую в одной фазе статора генератора переменного тока, если количество витков 24; обмоточный коэффициент 0,9; частота ЭДС 50 Гц, а магнитный поток 0,05 Вб.

Дано:                                       Решение:

w = 24;           f = 50 Гц;

k_w = 0,9;        Ф = 0,05 Вб;           Е = 4,44*f*k_w*w*Ф = 4.44*50*0,9*0,05 = 10 В.

Определить: Е = ?

№5: Выбрать необходимое число витков обмотки шестиполюсного синхронного генератора, ротор которого вращается с частотой 1000 об/мин, чтобы ЭДС на его выводах была 220 В, если магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения ротора, равен 0,05 Вб, а обмоточный коэффициент статорной обмотки 0,92.

Дано:                                                     Решение:

N = 6 полюсов;           Ф = 0,05 Вб;         Е = 4,44*f*w*k_w*Ф;

n = 1000 об/мин;          k_w = 0,92;             f = p*n/60 = (6/2)*1000/60 = 50Гц;

E = 220 В;

Определить: w = ?                                 w = E/4,44*f*k_w*Ф = 220/4,44*50*0,92*0,05 = 22 в.

5.3. Работа с тестами: (Приложение 2)

Вопрос	Ответ
1. Почему синхронный генератор называется синхронным?	Скорость вращения ротора больше скорости вращения магнитного поля; Скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля; Скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля.
2. Определить скорость двенадцатиполюсного синхронного генератора при частоте 50 Гц.	50 об/мин; 100 об/мин; 500 об/мин.
3. В каком генераторе, при заданной частоте, наибольшая скорость вращения?	с явновыраженными полюсами; с неявновыраженными полюсами; в бесполюсном.
4. Можно ли трёхфазную обмотку синхронного генератора большой мощности расположить на роторе?	можно; нельзя; можно, но нецелесообразно.
5. Четырёхполюсный ротор синхронного генератора вращается со скоростью 3000 об/мин. Определить частоту переменной ЭДС.	50 Гц; 100 Гц; 150 Гц.

Ответы:

Вопрос	1	2	3	4	5
Ответ	2	3	2	3	2

6. Рефлексия, задание на дом:

6.1. Подведение итогов урока, определение меры участия всех студентов и каждого в отдельности, оценка их работы.

6.2. Мотивирование домашнего задания.

6.3. Краткий инструктаж по выполнению домашнего задания.

6.4. Вопросы к студентам по восприятию урока.

Список используемой литературы:

1. В.А. Поляков «Электротехника»; Учебное пособие; М. «Просвещение»; 1982, 239 с.
2. А.Е. Зорохович, В.К. Калинин «Электротехника с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1975, 432 с. с ил.
3. А.С. Касаткин «Основы электротехники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1986, 287 с.; ил.
4. В.Е. Китаев «Электротехника с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1980, 254 с.; ил.
5. И.А. Данилов «Общая электротехника»; Программированное учебное пособие для неэлектротехнических специальностей техникумов. М., «Высшая школа»; 1977, 416 с., с ил.
6. А.В. Грищенко, В.В.Стрекопытов «Электрические машины и преобразователи подвижного состава»; Учебное пособие для студентов СПО. М., Издательский центр «Академия», 2005. – 320 с.
7. П.Н. Новиков, В.Я. Кауфман «Задачник по электротехнике с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО. М., «Высшая школа»; 1985. – 232 с., с ил.

К работе прилагаются рисунки.

Принцип работы и устройство синхронного генератора переменного тока

Электричество – единственный вид энергии, которую легко можно передать на большие расстояния, а затем преобразовать её в механическую, тепловую или превратить в световое излучение. Саму же электроэнергию также можно получить разными способами: химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим и др. Но именно механический способ, который основан на применении генераторов, оказался самым эффективным. Среди этих источников электроэнергии широкое применение нашёл синхронный генератор переменного тока.

Практически вся электроэнергия, используемая в быту и на производстве, вырабатывается генераторами этого типа. Они заслуживают того, чтобы более подробно рассмотреть их устройство и разобраться в принципе работы этих удивительных синхронных машин.

Устройство

В конструкции синхронных генераторов используются две основные рабочие детали – вращающийся ротор и неподвижный статор. На валу ротора располагаются постоянные магниты либо обмотки возбуждения. Магниты имеют зубчатую форму, с противоположно направленными полюсами.

Бесщёточные генераторы.

Обмотки статора размещают таким образом, чтобы их сердечники совпадали с выступами магнитных полюсов ротора, или с сердечниками катушек ротора. Количество зубцов магнита, обычно, не превышает 6. При такой конструкции вырабатываемый ток снимается непосредственно с обмоток статоров. Другими словами, статор выступает в роли якоря.

В принципе, постоянные магниты можно расположить на статоре, а рабочие обмотки, в которых будет индуцироваться ЭДС, — на роторе. Работоспособность генератора от этого не изменится, однако потребуются кольца и щётки для снятия напряжения с обмоток якоря, а это, чаще всего, не рационально.

Схематическое изображение бесщеточного генератора без обмоток возбуждения изображено на рис. 1.

Рис. 1. Модель генератора с магнитным ротором

• схема устройства;
• схема расположения магнитных полюсов на якоре. Здесь буквами NS обозначено коаксиальный магнит с полюсами, а литерой R – стальной магнитопровод ротора в виде когтеобразных наконечников.
• модель генератора в разрезе. Выводы фазных обмоток статора соединены «звездой».

Синхронные машины с индукторами.

Заметим, что постоянные магниты в качестве ротора используются в альтернаторах небольшой мощности. В мощных электрических машинах всегда применяются обмотки индуктора с независимым возбуждением. Независимым источником питания является маломощный генератор постоянного тока, смонтированный на валу синхронного двигателя.

Существуют конструкции синхронных генераторов малой и средней мощности, с самовозбуждающимися обмотками. Для возбуждения индуктора выпрямленный ток фазных обмоток подаётся через щётки на кольца, расположенные на валу статора. Строение такого альтернатора показано на рис. 2.

Рис. 2. Строение синхронного генератора средней мощности

Обратите внимание на наличие щёток, на которые подаётся питания от независимого источника.

По количеству фаз синхронные генераторы делятся на:

По конструкции ротора можно выделить генераторы с явновыраженными полюсами и с неявновыраженными. В неявнополюсном роторе отсутствуют выступы, а катушки провода якоря спрятаны в пазы статора.

По способу соединения фазных обмоток различают трёхфазные генераторы:

• соединённые по шестипроводной системе Тесла (не нашли практического применения);
• «звезда»;
• «треугольник»;
• сочетание шести обмоток, соединённых в виде одной «звезды» и «треугольника». Это соединение ещё называют «Славянка».

Самое распространённое соединение – «звезда» с нейтральным проводом.

Принцип работы

Рассмотрим принцип генерации тока на примере контурной рамки, помещённой между магнитными полюсами. (Рис. 3)

Рис. 3. Схема, объясняющая принцип работы генератора

Если заставить рамку вращаться (по направлению стрелок), то она будет пересекать магнитные силовые линии. При этом, по закону электромагнитной индукции, в рамке индуцируется электрический ток, который проявляется при подключении нагрузки к щёткам. Его направление можно определить по правилу буравчика. На схеме направление тока показано чёрными стрелками.

Обратите внимание на то, что на участках рамки ab и cd ток движется в противоположных направлениях. Эти направления меняются при переходе участков рамки от одного полюса к другому полюсу магнита. Если каждый вывод рамки подключить к отдельному кольцу (на рисунке они подключены к коллектору!), то на выходе мы получим переменный ток.

Величина тока пропорциональна скорости вращения ротора. Кроме того, переменный ток характеризуется ещё одним параметром – частотой. Эта величина напрямую зависит от частоты вращения вала.

Частота тока в электросетях строго соблюдается. В России и в ряде других стран она составляет 50 Гц, то есть 50 колебаний в секунду.

Этот параметр довольно легко вычислить из таких соображений: за один оборот рамки (или двухполюсного магнита) происходит одно изменение направления тока. Если вал синхронного генератора делает 1 оборот в секунду, то частота переменного тока составит 1 Гц. Для получения частоты 50 Гц необходимо обеспечить 50 оборотов статора в секунду или 3000 об./мин.

При возрастании числа полюсов заданная частота удерживается путём снижения скорости вращения статора. (обратно пропорциональная зависимость). Так, для четерёхполюсного статора (число полюсов в два раза больше) для поддержания частоты 50 Гц скорость вращения вала необходимо снизить в два раза. Соответственно если используется 6 полюсов, то частота вращения вала должна уменьшиться в три раза – до 1000 об./мин.

Заметим, что в некоторых странах, таких как США, Япония и др. существуют другие стандарты – 60 Гц, а переменный 400 Гц используется, например, в бортовой сети современных самолётов.

Регулирование частоты

Достигнуть требуемых параметров частоты можно 2 путями:

1. Сконструировать генератор с определённым количеством полюсов электромагнитов.
2. Обеспечить соответствующую расчётную частоту вращения вала.

Например, в тихоходных гидротурбинах, вращающихся со скоростью 150 об./мин. для регулирования частоты число полюсов синхронных генераторов увеличивают до 40. На дизельных электростанциях, при скоростях вращения 750 об./мин., оптимальное число полюсов – 8.

Регулирование ЭДС

В связи с изменениями параметров активных нагрузок возникает необходимость в выравнивании номинальных напряжений. Несмотря на то, что ЭДС индукции синхронного генератора связана со скоростью вращения ротора, однако, из-за требований по соблюдению стабильной частоты, этим способом нельзя изменять указанный параметр. Но параметры магнитной индукции можно изменить путём снижения или увеличения магнитного потока, который зависит от количества витков обмотки индуктора и величины тока возбуждения.

Регулирование осуществляется путём включения в цепь катушек возбуждения дополнительных реостатов, электронных схем или регулировкой тока генератора-возбудителя (Рис. 4). В случае использования альтернаторов с постоянными магнитами, в таких устройствах напряжение регулируется внешними стабилизаторами.

Рис. 4. Схема регулировки напряжения

Благодаря малому весу и отличным токовым характеристикам синхронные генераторы переменного тока нашли применение во всех современных автомобилях. Поскольку бортовая сеть авто использует постоянный ток, конструкции автомобильных генераторов оборудованы трехфазным выпрямителем. Для выпрямляемых переменных токов частота не имеет значения, а вот напряжение должно быть стабильно. Этого добиваются с помощью внешних электронных устройств. На рисунке 5 представлена электрическая схема подключения генератора к бортовой сети современного автомобиля.

Рис. 5. Схема подключения генератора к бортовой сети авто

Применение

У синхронных генераторов переменного тока есть одна важная особенность: они поддаются синхронизации с другими подобными электрическими машинами. При этом синхронные скорости и ЭДС параллельно включенных альтернаторов совпадают, а фазовый сдвиг равен нулю. Данное обстоятельство позволяет применять устройства в промышленной энергетике и подключать резервные генераторы при превышении номинальных мощностей в часы пиковых нагрузок.

Трёхфазные тяговые генераторы применяют на тепловозах. Переменные токи для питания двигателей выпрямляются полупроводниковыми устройствами. Сегодня в России уже выпускаются тепловозы на базе асинхронных электродвигателей, не требующих выпрямления тока. В режиме торможения они работают в качестве асинхронных генераторов.

Синхронные генераторы устанавливают на гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей. Развивая активную мощность при номинальных нагрузках, они позволяют экономить дорогое топливо.

Существует много других сфер применения. Например, мобильные мини-электростанции, бытовые генераторы тока, как однофазный двигатель и т. п.

Источник

Как определить количество полюсов генератора

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной — статора и вращающейся — ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключает­ся к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмот­кой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощ­ности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка явля­ется обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из од­ной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распростра­нение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря.

В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения — на роторе (рис. 1). Синхронные машины небольшой мощности иногда имеют обращенное исполнение, когда обмотка якоря располагает­ся на роторе, а обмотка возбуждения — на полюсах стато­ра (рис. 2). В электромагнитном отношении обе конструкции равноценны.

Рассмотрим принцип действия синхронного генератора. Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз.

Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, маг­нитные оси которых сдвинуты в пространстве на электри­ческий угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируют­ся ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индук­тируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора п:

Векторная диаграмма синхронной машины в режиме генератора

Поток ротора направим влево по оси абсцисс (рис. 3.4). Вектор ЭДС, индуктируемой потоком ротора, отстает от него на 90 градусов. Вектор тока статораотстает от векторана угол ψ, определяемый выражением:

,

x_H и R_H — индуктивное и активное сопротивление цепи нагрузки генератора.

Чтобы определить положение вектора , опустим из конца вектораперпендикуляр на направление вектора. На этом перпендикуляре, чтобы вычесть изреактивное напряжение, отложим это реактивное напряжение вниз. Затем влево из полученной точки, параллельно векторуотложим активное напряжение. Соединив полученную точку с началом координат, мы найдем вектор напряжения. Соединив ту же точку с концом вектора, получим треугольник внутренних падений напряжения генератора с гипотену

диаграмма синхронного двигателя

Будем считать, что возбуждение машины при переходе от генераторного режима к двигательному осталось неизменным, и поэтому сохраним в диаграмме двигателя, как и в диаграмме генератора, ту же длину вектора , но отложим теперьотстающим отна угол θ. Направление вектораопределяется условием. Чтобы определить направление векторапродолжим(полученное вычитанием из векторавектора) и на эту прямую опустим перпендикуляр из начала координат и отложим на нем. Теперьотстает отболее чем на 90 градусов. Положительную мощность токсоздает не с, а с напряжением сети. Векторы потоковистроим каждый под углом 90 градусов к вектору индуктируемой ими ЭДС (т е. ки).

Режим двигателя устойчив при изменении θ в пределах от 0 до -90 и неустойчив при θ 1 / 4 1 2 3 4 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Содержание

• – Сколько полюсов у электродвигателя?
• – Чем больше пар полюсов?
• – Как определить число пар полюсов асинхронного двигателя?
• – Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора имеющего частоту тока 50 Гц?
• – Как определить частоту вращения ротора двигателя?
• – Как зависит частота вращения магнитного поля статора асинхронного двигателя от числа пар полюсов?
• – Как изменить число пар полюсов?
• – Как посчитать частоту вращения вала?
• – Как устроен Синхронный двигатель?
• – Как осуществляется пуск асинхронного двигателя с фазным ротором?

Если сосчитать общее количество пазов и разделить на 12, можно получить число полюсов. Если число полюсов равно 2, двигатель имеет скорость вращения около 3000 об/мин. Если полюсов получилось 4, это соответствует 1500 оборотам в минуту. Если 6, то 1000 об/мин.

Сколько полюсов у электродвигателя?

Четырехскоростные двигатели бывают двенадцать на восемь на шесть и четыре полюса (12/8/6/4) то есть частоты вращения вала при этом пятьсот, семьсот пятьдесят, тысяча и полторы тысячи оборотов в минуту (500/750/1000/1500).

Чем больше пар полюсов?

И чем больше пар полюсов — тем меньшей будет синхронная частота вращения — частота вращения магнитного поля статора. Большинство современных асинхронных двигателей имеют от 1 до 3 пар магнитных полюсов, в редких случаях 4, ведь чем больше полюсов — тем ниже КПД асинхронного двигателя.

Как определить число пар полюсов асинхронного двигателя?

Если сосчитать общее количество пазов и разделить на 12, можно получить число полюсов. Если число полюсов равно 2, двигатель имеет скорость вращения около 3000 об/мин. Если полюсов получилось 4, это соответствует 1500 оборотам в минуту. Если 6, то 1000 об/мин.

Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора имеющего частоту тока 50 Гц?

Ротор генератора, приводимого в движение водяной турбиной, делает 75 об/мин. Определить число полюсов генератора, если частота его тока 50 гц: Следовательно, генератор имеет 80 полюсов.

Как определить частоту вращения ротора двигателя?

Частота вращения ротора измеряется с помощью датчика Холла. Сигнал тока статора снимается с помощью токовых клещей Fluke i5s, установленных на одной из фаз асинхронного двигателя. Оцифровку преобразованного сигнала тока выполняет система сбора данных L-Card LTR-EU-2 с модулем АЦП LTR22.

Как зависит частота вращения магнитного поля статора асинхронного двигателя от числа пар полюсов?

Вращающееся магнитное поле – это основная концепция электрических двигателей и генераторов. Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f₁ и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

Как изменить число пар полюсов?

Для того чтобы регулировать скорость вращения в статор должна быть уложена обмотка специальной конструкции, состоящая в каждой фазе из двух полуобмоток. Путем пересоединения этих полуобмоток можно получить разное число пар полюсов. Обмотки можно переключать с простой звезды на двойную звезду.

Как посчитать частоту вращения вала?

Определение частоты вращения вала электродвигателя n_эд = n₂ ∙ i, где i − передаточное отношение привода.

Как устроен Синхронный двигатель?

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе.

Как осуществляется пуск асинхронного двигателя с фазным ротором?

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис. 3.30. Начала фаз обмоток ротора присоединяются к контактным кольцам и через щетки подключаются к пусковому реостату с сопротивлением Rp.

Интересные материалы:

Сколько весит железный диск на 13?
Сколько весит железный диск r15?
Сжатие диска для экономии места что это?
Ultraiso как извлечь образ диска?
В чем отличие базового и динамического диска?
В чем разница вылета дисков?
В чем заключаются преимущества резервного копирования данных на локальный внешний диск?
В каком положении должен быть закреплен жесткий диск?
Зачем нужно прокатывать диски?
Загрузочный диск переполнен на Mac как почистить?

Синхронная
машина состоит из двух основных частей:
неподвижной – статора и вращающейся –
ротора, и имеет две основные обмотки.
Одна обмотка подключает­ся к источнику
постоянного тока. Протекающий по этой
обмотке ток создает основное магнитное
поле машины. Эта обмотка располагается
на полюсах и называется обмот­кой
возбуждения. Иногда у машин небольшой
мощ­ности обмотка возбуждения
отсутствует, а магнитное поле создается
постоянными магнитами. Другая обмотка
явля­ется обмоткой якоря. В ней
индуктируется основная ЭДС машины. Она
укладывается в пазы якоря и состоит из
од­ной, двух или трех обмоток фаз.
Наибольшее распростра­нение в
синхронных машинах нашли трехфазные
обмотки якоря.

В
синхронных машинах чаще всего находит
применение конструкция, при которой,
обмотка якоря располагается на статоре,
а обмотка возбуждения – на роторе (рис.
1). Синхронные машины небольшой мощности
иногда имеют обращенное исполнение,
когда обмотка якоря располагает­ся
на роторе, а обмотка возбуждения – на
полюсах стато­ра (рис. 2). В электромагнитном
отношении обе конструкции равноценны.

 Рассмотрим
принцип действия синхронного генератора.
Если через обмотку возбуждения протекает
постоянный ток, то он создает постоянное
во времени магнитное поле с чередующейся
полярностью. При вращении полюсов и,
следовательно, магнитного поля
относительно проводников обмотки якоря
в них индуктируются переменные ЭДС,
которые, суммируясь, определяют
результирующие ЭДС фаз.

Если
на якоре уложены три одинаковые обмотки,
маг­нитные оси которых сдвинуты в
пространстве на электри­ческий угол,
равный 120°, то в этих обмотках индуктируют­ся
ЭДС, образующие трехфазную систему.
Частота индук­тируемых в обмотках
ЭДС зависит от числа пар полюсов р
и
частоты вращения ротора п:

f1 = pn/60.

Векторная
диаграмма синхронной машины в режиме
генератора

Поток ротора
направим
влево по оси абсцисс (рис. 3.4). Вектор ЭДС,
индуктируемой потоком ротора,
отстает от него на 90 градусов. Вектор
тока статораотстает
от векторана
угол ψ, определяемый выражением:

,

x_H
и R_H
– индуктивное и активное сопротивление
цепи нагрузки генератора.

Чтобы определить
положение вектора
,
опустим из конца вектораперпендикуляр
на направление вектора.
На этом перпендикуляре, чтобы вычесть
изреактивное
напряжение,
отложим это реактивное напряжение вниз.
Затем влево из полученной точки,
параллельно векторуотложим
активное напряжение.
Соединив полученную точку с началом
координат, мы найдем вектор напряжения.
Соединив ту же точку с концом вектора,
получим треугольник внутренних падений
напряжения генератора с гипотену

диаграмма синхронного
двигателя

Будем считать, что
возбуждение машины при переходе от
генераторного режима к двигательному
осталось неизменным, и поэтому сохраним
в диаграмме двигателя, как и в диаграмме
генератора, ту же длину вектора
,
но отложим теперьотстающим
отна
угол θ. Направление вектораопределяется
условием.
Чтобы определить направление векторапродолжим(полученное
вычитанием из векторавектора)
и на эту прямую опустим перпендикуляр
из начала координат и отложим на нем.
Теперьотстает отболее
чем на 90 градусов. Положительную мощность
токсоздает
не с,
а с напряжением сети.
Векторы потоковистроим
каждый под углом 90 градусов к вектору
индуктируемой ими ЭДС (т е. ки).

Режим двигателя
устойчив при изменении θ в пределах от
0 до -90 и неустойчив при θ<-90 градусов,
когда возрастание θ не увеличивает, а
уменьшает вращающий момент. Если
механический тормозящий момент,
приложенный к валу двигателя, превзойдет
максимальное значение вращающего
электромагнитного момента М_э.м.max,
то произойдет выпадение двигателя из
синхронизма – ротор постепенно уменьшит
скорость и, наконец, остановится, ЭДС в
обмотке уменьшится до 0, а токи достигнут
весьма больших значений, во много раз
превышающих номинальные.

Для
явнополюсной машины

Для
неявнополюсной X_d=X_q

Q=*cosθ-

На электрических станциях применяют
трехфазные синхронные генераторы
переменного тока высокого и низ­кого
напряжений.

Слово синхронный обозначает —
одновременный. Это значит, что
одновременно и в строгой математической
зависимости с изменением оборотов
изменяется час­тота тока Эта зависимость
определяется формулой

где п₁ — число оборотов
генератора в ми­нуту,f₁
— частота тока ге­нератора(гц),
р — число пар полю­сов в роторе
ге­нератора Синхронный генератор
состоит из неподвижной части —статора, в пазах которого помещается
трех­фазная обмотка перемен­ного
тока, и вращающейся части —ротора,
который пред­ставляет собой
электромагнит (рис. 163).

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

Ротор синхронного
генератора, находящийся внутри статора,
вращают первичным двигателем, при этом
маг­нитное поле ротора пересекает
витки трехфазной обмотки статора и
индуктирует в них э. д. с. переменного
тока.

В некоторых
конструкциях синхронных генераторов
обмотки полюсов неподвижны и укреплены
на станине, а вращается трехфазная
обмотка переменного тока, выпол­няемая
в пазах стального цилиндра, набранного
из листов электротехнической стали.
Переменный ток в этом случае снимают с
колец, т. е. скользящим контактом, что
является недостатком таких генераторов.
Широкого распростра­нения эти типы
генераторов но нашли.

§ 2. Устройство синхронных генераторов

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.

Явнополюсными выполняют роторы синхронных
гене­раторов с небольшим числом
оборотов, обычно соединяемых
с тихоходными гидротурбинами, и
генераторов не­большой и средней
мощности (рис. 165).

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 (рис. 168),
а в последних конструкциях возбудитель
распо­лагают сверху статора синхронной
машины (рис. 169). Отечественной
электропромышленностью выпускаются
синхронные генераторы различной
мощности горизон­тальные и вертикальные.

Генераторы мощностью до 400 ква и
более выпускаются на напряжение 400/230в
и начиная с мощности 400ква на
напряжение 6300в.

Горизонтальные генераторы типа СГ (С —
синхрон­ный, Г — генератор) выпускаются
с машинным возбуди­телем, с возбуждением
от твердых выпрямителей (СГС), с
возбуждением от механических выпрямителей
(СГТ) и другие.

Вертикальные гидрогенераторы типа ВГС
(В — вер­тикальный, Г — гидрогенератор,
С — синхронный) вы­пускаются мощностью
от 250 до 4800 ква с машинными возбудителями

Выпускаются синхронные генераторы для
сопряжения с дизелями на одном валу
типа СГД — мощностью до 1000 ква

в первом случае получит ускорение, и
отдаваемая им на сеть активная мощность
увеличится, во втором случае ротор
получит замедление, тогда мощность
генератора уменьшится.

Для изменения реактивной мощности
генератора из­меняют его возбуждение.