Любая синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора (рис. 4.1). Статор и ротор разделены воздушным зазором, который у крупных синхронных машин обычно значительно больше, чем у асинхрон­ных машин, одинаковых по мощности.

Рис. 4.1. Устройство явнополюсной синхронной машины

По конструкции статор синхронной машины принципиально не отличается от статора асинхронной машины (см. § 8.1). Сердечник статора 1 набирают из штампованных изолированных листов электротехнической стали. В пазах статора размещают распределенную обмотку переменного тока 2 (обычно трехфазную). На валу 4 укрепляют ротор 3 с обмоткой возбуждения.

Концы этой обмотки подводят к контактным кольцам 5. Для подачи постоянного тока в обмотку возбуждения по контактным кольцам скользят щетки 6. Источником постоянного тока в рассматриваемой машине служит возбудитель 7, представляющий собой генератор постоянного тока, якорь которого укреплен на общем валу с ротором синхронной машины.

Постоянный ток, проходя по обмотке возбуждения, создает магнитное, поле ротора – поле возбуждения.

Роторы синхронных генераторов бывают с явно выраженными и неявно выраженными полюсами.

Явно полюсный ротор (рис. 4.2) состоит из вала 1, на котором укреплены сердечники полюсов с полюсными катушками 2. Сердечники полюсов заканчиваются полюсными наконечниками 3, которые обычно обрабатывают таким образом, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором получался неравномерным. Он минимален под серединой полюса и максимален у его краев (рис. 4.3, ). Делается это для того, чтобы кривую магнитной индукции В 0 в воздушном зазоре, имеющую форму трапеции при равномерном зазоре 1, максимально приблизить к синусоиде 2.

Рис. 4.2. Явнополюсный ротор Рис. 4.3. Распределение магнитной индукции

в зазоре синхронной машины

Синхронные машины с явно выраженными полюсами обычно многополюсные. Они, как правило, рассчитываются на небольшие частоты вращения. Так, гидрогенератор Куйбышевской ГЭС имеет 88 полюсов
(2р = 88) и вращается с частотой n 1 = 68,3 об/мин.

Гидрогенераторы всегда явно полюсные. Так как при малых частотах вращения n 1 (которые развивает гидротурбина) гидрогенераторы должны выдавать электроэнергию промышленной час­тоты 50 Гц, то они должны иметь большое число пар полюсов:

Роторы гидрогенераторов имеют большой диаметр (для размещения полюсов) и малую длину.

Турбогенераторы являются быстроходными синхронными машинами. Объясняется это высокой частотой вращения паровых турбин, к. п. д. которых возрастет с увеличением частоты вращения. Обычно турбогенераторы делаются двухполюсными (2р= 2) и имеют частоту вращения n 1 = 3000 об/мин.

При такой большой частоте вращения явнополюсная конструкция ротора непригодна из-за недостаточной механической прочно­сти. Поэтому турбогенераторы имеют неявнополюсный ротор – кованый стальной цилиндр с профрезерованными продольными пазами для укладки обмотки возбуждения (риса. 4.4, б). Неявнополюсные роторы имеют сравнительно небольшой диаметр при значительной длине.

Рис. 4.4. Магнитная цепь синхронной машины

В синхронных машинах применяются два способа возбуждения: электромагнитное возбуждение и возбуждение постоянными магнитами.

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения посто­янным током различают независимое возбуждение и самовозбуж­дение .

При независимом возбуждении для получения постоянного тока применяют возбудитель В (см. рис. 4.1), который располагается на одном валу с синхронной машиной и представляет собой генератор постоянного тока, мощность которого не превышает от мощности синхронной машины.

При самовозбуждении для питания обмотки возбуждения постоянным выпрямленным током, получаемым от генератора, используются выпрямители.

В случае возбуждения постоянными магнитами ротор не имеет обмотки возбуждения, а его полюсы представляют собой постоянный магнит. Это дает возможность получить машину без контактных колец, а, следовательно, повысить ее надежность и к. п. д.

На полюсных наконечниках явно выраженных полюсов ротора имеются пазы, в которых укладывают стержни демпферной (успокоительной) короткозамкнутой обмотки, выполняемой по типу короткозамкнутой обмотки ротора асинхронных машин (см. рис. 8.5, а). Эта обмотка служит для успокоения ротора (уменьшения качаний) в генераторах, а также для пуска в синхронных двигателях.

Синхронные машины небольшой мощности иногда выполняют обращенными (по типу машин постоянного тока). У таких машин обмотка переменного тока размещается в пазах ротора и выводится к трем контактным кольцам, а обмотка возбуждения размешается на явно выраженных полюсах статора. Мощными эти машины не делаются, так как при такой конструкции через контактные кольца приходится пропускать большой переменный ток (основной ток машины) при высоком напряжении, тогда как в машинах обычного исполнения через контактные кольца ротора проходит небольшой по величине ток возбуждения при напряжении до
440 В.

Синхронные двигатели малых мощностей весьма разнообразны по конструкции.

Электротехническим устройством специального использования, работающим в от механического двигателя, является синхронный генератор. Прибор нашел применение в частном хозяйстве. Он используется для выработки электротока промышленной частоты. Кроме того, изобретение работает как генератор тока Машина синхронного действия монтируется в дизельные и бензиновые электростанции.

Синхронный генератор. Устройство

Электрическая машина состоит из:

1. Статора.

2. Ротора.

3. Обмоток генератора.

4. Системы токового компаундирования.

5. Переключателя обмотки статора.

6. Выпрямителя сварочного тока.

7. Кабелей.

8. Сварочного устройства.

9. Обмоток ротора.

10. Регулируемого (постоянного).

Синхронный генератор используется в режимах: генератора тока 50 Гц., сварочного синхронного генератора, прибора с повышенной частотой. Изобретение дает возможность создавать малогабаритные электрические агрегаты универсального применения. Синхронный генератор приводит в действие оборудование в местах с отсутствием централизованных электросетей. Его можно использовать в фермерских хозяйствах вдали от населенных пунктов.

Характеристики синхронного генератора рассчитаны на создание электрогенератора с новыми потребительскими возможностями. Это значит, что при реализации данного изобретения, одно и то же устройство можно эксплуатировать как источник электропитания частотой 50 Гц и более, а также как поставщик тока, выпрямленного для дуговой сварки, он наделен круто подающей внешней характеристикой рабочей зоны. При этом обеспечиваются сварочные свойства, не уступающие трехобмоточным коллекторным сварочным генераторам постоянного тока.

Как работает синхронный генератор?

Принцип действия основан на электромагнитной индукции. Происходит преобразование в электрическую. Электромашина работает как генератор (в его режиме). При этом частоты вращений магнитных полей статора и ротора одинаковые. На обмотки ротора подается напряжение, образуется магнитное поле. Вращаясь, оно проникает через обмотку статора и образует в ней ЭДС.

Ротор бывает фазного и короткозамкнутого типа, в зависимости от вида обмотки. Вспомогательная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует магнитное поле на роторе, которое наводит ЭДС. В момент запуска электрической станции ротор создает слабого напряжения. С усилением оборотов, ЭДС в обмотке возбуждения увеличивается. Обмоточное напряжение проникает на ротор через авторегулировочный блок. Контроль над выходящим напряжением осуществляется за счет изменения магнитного поля. Стабильность обеспечивается изменением магнитного поля ротора регулированием тока в его обмотке. Такой метод регулировки обеспечивает стабилизацию выходного напряжения прибора.

Преимущества и недостатки синхронного генератора

К первым относится постоянство исходящего напряжения. Минусом является возможность перегрузки при повышенной нагрузке. Регулятор может повысить силу тока в обмотке ротора. К недостаткам генератора синхронного типа можно также причислить наличие щеточного устройства. С течением времени оно будет нуждаться в обслуживании. В наше время этот недостаток удалось устранить.

Современные генераторы синхронного типа выпускают без щеточного узла. Оборудование нового поколения имеет длительный срок службы, надежность в работе в трудных условиях производства. Встроенные датчики и электроника обеспечивают функционирование в режиме реального времени. Новейшие технологические решения обеспечивают синхронному генератору высокую эффективность. Продукцию используют в промышленности и в оборудовании судов.

При вращении якоря в магнитном поле в проводниках его обмотки индуктируется эдс, переменная по величине и направлению (рис.117). Если начало и конец одного витка обмотки припаять к двум медным кольцам, на кольца наложить щетки, соединенные с внешней цепью, то при вращении витка в магнитном поле, как показано на рис.117 а, в замкнутой цепи потечет переменный электрический ток (рис.117 б). На этом основано действие генератора переменного тока.

Если же начало и конец витка присоединить к двум медным полукольцам, изолированным друг от друга и называемым пластинами коллектора, и наложить на них щетки, то при вращении витка в магнитном поле (рис. 118а), в витке будет по- прежнему индуктироваться переменная эдс. Однако во внешней цепи будет протекать уже пульсирующий ток, переменный по величине, но постоянный по направлению (рис.118б).

Для установления этого обратимся теперь к рис.119а. Здесь показан якорь с одним витком. Начало витка (н ) припаяно к коллекторной пластине (а) , конец витка (к ) к пластине (б) . К коллекторным пластинам прижаты две неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью. Рассмотрим три характерных положения витка в пространстве между полюсами. В положении (рис.119 а) виток находится в зоне действия северного полюса. Учитывая направление вращения якоря, определим направление эдс в витке по правилу правой руки. Необходимо учесть,

что эдс индуктируется только в той части витка, которая лежит поверх якоря. Ток в данном положении направлен от начала витка к его концу. Через правую щетку ток пойдет во внешнюю цепь. Поэтому эту щетку можно назвать положительной. Пройдя нагрузку, ток притекает к левой щетке генератора, которую можно назвать отрицательной.

В положении (б) (рис.119б) виток находится на нейтральной линии. Нейтральной линией или геометрической нейтралью называется линия, проходящая через центр якоря и перпендикулярная оси полюсов. Активная часть витка в этом положении, скользит вдоль магнитных линий, не пересекая их. Поэтому эдс в витке не наводится, и ток равен нулю. Обычно ширина щетки больше толщины изоляционного слоя между коллекторными пластинами, и виток, находясь на нейтральной линии, замыкается в этот момент щетками накоротко.

В положении (в) (рис.119 в) виток находится в зоне действия южного полюса. Определяя направление эдс, индуктированной в витке, находим, что ток направлен от конца витка к его началу. Если бы коллекторная пластина (а) по - прежнему соприкасалась с левой щеткой, а пластина (б) с правой щеткой, то изменение направления тока в витке вызвало бы перемену тока во внешней цепи. Но этого теперь не случится, так как изменение направления тока в витке после перехода его через нейтральную линию совпадает с таким моментом, когда под правую щетку подошла пластина (а) и под левую щетку – пластина (б).

Сравнивая первое и третье положения видно (рис.119 а,в), что ток витка в обоих случаях притекает к правой, положительной щетке, проходит по внешней цепи и возвращается к левой, отрицательной щетке. Во внешней цепи направление тока не изменяется и ток является пульсирующим (рис. 118б).

Назначение коллектора . Пульсацию тока можно уменьшить путем увеличения числа коллекторных пластин (вместо двух полуколец), соответственно увеличив число витков якоря, которые разделяются на отдельные части – секции.

Расположим на якоре четыре катушки, сдвинутые на 90 0 друг относительно друга, и соединим их между собой последовательно (рис.120 а). Число коллекторных пластин также увеличим до четырех. Направление индуктированной эдс в катушках определяем по правилу правой руки.

На рис. 120 б показаны кривые эдс катушек 1 и 2 . так как катушки сдвинуты в пространстве на 90 0 , то кривые эдс также сдвинуты по фазе на 90 0 . Кривые эдс у катушек 3 и 4 имеют тот же характер, что и у катушек 1 и 2, с той лишь разницей, что эдс катушек 1 и 3, с одной стороны, и катушек 2 и 4, с другой, равны по величине, но противоположны по направлению. Поэтому для выяснения вопроса ограничимся рассмотрением кривых эдс катушек 1 и 2. Поскольку катушки соединены между собой последовательно, то мгновенная величина эдс е общ, создаваемая двумя катушками, равна сумме мгновенных значений эдс каждой катушки. На рис.121 а показано сложение мгновенных значений обоих катушек. Кривая суммарной эдс имеет меньшую

пульсацию, чем кривые эдс отдельных катушек. Суммарная эдс катушек, находящихся под другим полюсом, имеет ту же величину, но противоположна по направлению суммарной эдс верхних катушек. Обе эдс включены параллельно по отношению к щеткам генератора.

Восемь катушек, размещенных на якоре, при сложении их мгновенных эдс дадут, как показано на рис.121б, суммарную эдс е общ, пульсации которой будут еще меньше, чем в предыдущем случае. Таким образом, размещая на якоре большое число проводников, увеличивая соответственно число коллекторных пластин, можно получить от генератора эдс, пульсации которой станут так незначительны, что ток, практически можно считать постоянным. Так, например, уже при 16 катушках на якоре колебания эдс будут менее одного процента. В современных машинах число катушек на якоре бывает свыше ста.

Итак, коллектор в генераторах постоянного тока служит для преобразования переменной эдс, индуктируемой в обмотке якоря, в постоянную эдс на щетках генератора.

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),

Устройство и принцип действия Синхронные машины используют прежде всего в качестве генераторов Их устанавливают на электрических станциях для преобразования механической энергии в элек трическую

Синхронный генератор состоит из неподвижного статора 2 (рис. 196, а), на котором размещаются три обмотки (А - X, В У, С - Z), и вращающегося ротора 1 с полюсами, на которых находится обмотка возбуждения ОВ. Постоянный гок, поступающий в обмотку возбуждения, намагничивает ротор, а первичный двигатель вращает его с частотой п. При этом обмотки статора пересекаются магнитным полем и в них индуцируются переменные э. д. с., сдвинутые по фазе на угол 120 . Источником постоянного тока возбуждения 1 в является возбудитель небольшой генератор постоянного тока, мощность которого составляет 2-3% мощности грехфазного генератора. Якорь генератора постоянного тока соединен с валом синхронного генератора и приводится во вращение общим первичным двигателем.

При работе первичного двигателя (рис. 196, б) вращается вал ротора 1 и якорь 2. Ток возбуждения 1 в проходит от положительного полюса возбудителя через щетку Щ1 и кольцо 3, обмотку возбуждения синхронного генератора 6, кольцо 4, щетку Щ2 к отрицательному полюсу возбудителя.

В некоторых синхронных генераторах для создания магнитного потока используется самовозбуждение. В таких генераторах цепь возбуждения подключают к обмоткам статора 7 через специальный выпрямитель. При вращении ротора 5 в обмотках статора 7 возникает небольшой переменный ток за счет остаточной индукции. Этот ток выпрямляется и, поступая в обмотку возбуждения, усиливает магнитный поток ротора, а следовательно, и э. д. с. генератора. Ротор можно вращать паровой или водяной турбиной или двигателем внутреннего сгорания. В соответствии с этим синхронный генератор называется турбогенератором, гидрогенератором или дизель-генератором.

Частота 1 вырабатываемого тока прямо пропорциональна частоте вращения первичного двигателя п и числу пар полюсов ротора: 1 = - рп/60. Поэтому тихоходные генераторы, работающие совместно с водяными турбинами, имеют большое число явно выраженных полюсов. Генераторы с неявно выраженными полюсами работают совместно с паровыми турбинами и являются быстроходными.

В каждой обмотке статора наводится э. д. с.

Е =4,44/даФ К,

где да - число витков обмотки;

Ф - магнитный поток ротора;

К - постоянный коэффициент обмотки.

Э. д. с. и напряжение генератора регулируют реостатом в цепи обмотки возбуждения генератора постоянного тока. Если увеличить ток возбуждения этого генератора, то увеличатся его напряжение и ток возбуждения 1 в синхронного генератора, в результате чего возрастет магнитный поток Ф ротора и индуцируемая э. д. с. Е. К. п. д. синхронных генераторов большой мощности достигает 96-97%.

Синхронные генераторы применяют для резервного питания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Они входят

Рис. 197. Трехфазный синхронный генератор (дизель-генератор):

1 - корпус статора; 2 - сердечник статора; 3 - пазы сердечника статора; 4 -- трехфазиая обмотка статора; 5 - полюс ротора; 6 --- катушка обмотки возбуждения; 7 - генератор постоянного тока в комплект дизель-генераторных агрегатов (ДГА) (рис. 197), которые используют при неисправности питающих трансформаторных подстанций. При соединении обмоток статора звездой линейное напряжение таких генераторов 380 В, мощность - 12, 24 или 48 кВ А.

Дизель-генераторы снабжены аппаратурой системы самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения (рис. 198). Последовательно с нагрузкой включены первичные обмотки трансформатора 77, а параллельно нагрузке - первичные обмотки трансформатора Т2. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены параллельно и питают выпрямитель В, к которому подключена обмотка возбуждения ОВ синхронного генератора. Вторичный ток 1 г последовательного трансформатора зависит от тока нагрузки 1, вторичный ток 1 и параллельного трансформатора - от напряжения нагрузки и. Ток на входе выпрямителя 1^, равен геометрической сумме токов и и 1„, т. е. 1 - 1 г +

Ток возбуждения 1 в зависит не только от тока 1 и напряжения и нагрузки, но и от угла сдвига <р между ними.

Поэтому такую схему называют схемой фазового компаундирования.

Коэффициенты трансформации трансформаторов 77,

Т2 и индуктивности Ь включенных катушек выбирают так, чтобы при любом токе 1

Рис. 198. Схема синхронного генератора с автоматической регулировкой напряжения

и угле ф сохранялось постоянным напряжение генератора U. С возрастанием активной или активно-индуктивной нагрузки увеличиваются токи I t , 1__ 1„ и э. д. с. Е. В результате автоматически ком пенсируется действие возрастающего падения напряжения на обмотках статора. Самовозбуждение синхронных генераторов происходит так же, как и в генераторах постоянного тока, за счет остаточного магнетизма. Однако вследствие повышенного сопротивления выпрямителя при малых напряжениях э. д. с. от остаточного магнетизма недостаточна для самовозбуждения. Поэтому принимают ряд мер, улучшающих процесс самовозбуждения. Для этого параллельно выпрямителю В со стороны переменного тока включают резонансный контур, состоящий из конденсаторов. Емкость конденсаторов С выбирают такой, чтобы во время пуска, когда частота вращения ротора п < п„, наступил резонанс напряжений, при котором напряжение на конденсаторах и на входе выпрямителя повысилось. Благодаря этому снижается сопротивление выпрямителя, происходит самовозбуждение. При установившейся частоте вращения ротора п - п н условие резонанса нарушается и конденсаторы практически не влияют на работу схемы.

Характеристики. К основным характеристикам синхронного генератора относятся регулировочные, внешние и характеристики холостого хода. Характеристики снимают с помощью схемы, представленной на рис. 199.

Характеристика холостого хода (рис. 200, а) показывает зависимость э. д. с. Е обмотки статора от тока возбуждения 1 в при постоянной частоте вращения п и выключенной нагрузке, т. е. Е -- 1(/„) при п - const; 1 = const; I - 0.

Ток возбуждения синхронного генератора регулируется реостатом R (см. рис. 199), который включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ. Для измерения тока, напряжения и частоты на выходе генератора включены амперметры (РА1 - РАЗ), вольтметр PV и частотомер Hz. Характеристика холостого хода синхронного генератора подобна кривой намагничивания сердечника ротора.

Внешние характеристики (рис. 200, б) отображают зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки 1 при неизменных токе возбуждения, частоте вращения и коэффициенте мощности, т. е. U - f (I) при 1 в = const; п = const и cos ф =- const.

Рис. 199. Схема синхронного генератора

Если увеличивать нагрузку с преобладанием индуктивности на генераторе, то его напряжение резко снижается (кривая 1), Это объясняется увеличением падения напряжения на обмотках статора и реакцией статора. Реакцией статора называется взаимодействие вращающегося магнитного потока статора с магнитным потоком ротора, которые вращаются с одинаковой скоростью (синхронно). С увеличением нагрузки возрастает магнитный поток обмоток статора, направленный противоположно магнитному потоку ротора. В результате размагничивания ротора снижается э. д. с. и напряжение генератора. Если к генератору подключить только активную нагрузку, то магнитный поток статора будет сдвинут относительно ротора на угол 90°. Размагничивающее действие реакции статора несколько снижается и напряжение генератора изменяется по кривой 2. При нагрузке с преобладанием емкости магнитный поток статора направлен в одну сторону с магнитным потоком ротора. Поэтому напряжение генератора изменяется по кривой 3.

Регулировочные характеристики (рис. 200, в) при активно-индуктивной нагрузке 1, активной нагрузке 2, активно-емкостной нагрузке 3 показывают зависимость тока возбуждения генератора 1 в от тока нагрузки 1 при постоянном напряжении, частоте вращения и коэффициенте мощности, т. е. 1 в - f (/) при U const; п - const; cos