Возбуждение синхронных машин. Возбуждение синхронных машин

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Возбуждение синхронных машин

На роторе синхронного генератора расположен источ­ник МДС (индуктор), создающий в генераторе маг­нитное поле. С помощью приводного двигателя (ПД) ротор генератора приводится во вращение с синхронной частотой n1. При этом магнитное поле ротора также вращается и, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС.

Синхронные двигатели конструктивно почти не отличаются от синхронных генераторов. Они также состоят из статора с обмоткой и ротора. Поэтому независимо от режима работы любая синхронная машина нуждается в процессе возбуждения — наведения в ней магнитного поля.

Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения. При прохождении по этой обмотке постоянного тока воз­никает МДС возбуждения, которая наводит в маг­нитной системе машины магнитное поле.

До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения , называемые возбудителями В (рис. 19.1, а), обмотка возбуждения которого (ОВ) получала пи­тание постоянного тока от другого генератора (па­раллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ). Ротор синхронной машины и якоря возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щетки. 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 большой мощности — турбогене­раторах — иногда в качестве возбудителя приме­няют генераторы переменного тока индукторного типа . На выходе такого генератора включают полупроводниковый выпрямитель.

Р.ис. 19.1. Контактная (а) и бесконтактная (б) системы электромагнитного возбуждения синхронных генераторов

Pегулировка тока возбуждения синхронного генера­тора в этом случае осуществляется изменением возбуждения индукторного генератора.

Получила применение в синхронных генераторах бесконтакт­ная система электромагнитного возбуждения, при которой син­хронный генератор не имеет контактных колец на роторе.

В качестве возбудителя В в этом случае применяют генератор переменного тока (рис. 19.1, б), у которого обмотка 2, в которой наводится ЭДС (обмотка якоря), расположена на роторе, а об­мотка возбуждения 1 расположена на статоре. В результате обмотка якоря возбудителя и обмотка возбуждения синхронной машины оказываются вращающимися и их электрическое соеди­нение осуществляется непосредственно, без контактных колец и щеток. Но так как возбудитель является генератором перемен­ного тока, а обмотку возбуждения необходимо питать постоян­ным током, то на выходе обмотки якоря возбудителя включают полупроводниковый преобразователь 3, закрепленный на валу синхронной машины и вращающийся вместе с обмоткой возбуж­дения синхронной машины и обмоткой якоря возбудителя. Пи­тание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя осуществляется от подвозбудителя (ПВ) — генератора постоян­ного тока.

Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения син­хронной машины позволяет повысить ее эксплуатационную на­дежность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 19.2, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного гене­ратора через понижающий трансформатор и посредством выпря­мительного полупроводникового преобразователя (ПП) преобра­зуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода ма­шины

Рис. 19.2. Принцип самовозбуждения синхронных генера­торов

На рис. 19.2, 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 подается в обмотку возбуждения. Управление тиристорным пре­образователем осуществляется посредством автоматического ре­гулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на выходе СГ (через трансформатор напряже­ния ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту об­мотки возбуждения и тиристорного преобразователя ТП от пере­напряжений и токовой перегрузки.

В современных синхронных двигателях для возбуждения при­меняют тиристорные возбудительные устройства, включаемые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управ­ление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД тиристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно состав­ляет от 0,2 до 5 % полезной мощности машины (меньшее значе­ние относится к машинам большой мощности).

В синхронных машинах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, когда на роторе машины располагаются постоянные магниты. Такой способ воз­буждения дает возможность избавить машину от обмотки воз­буждения. В результате конструкция машины упрощается, ста­новится более экономичной и надежной. Однако из-за дефицит­ности материалов для изготовления постоянных магнитов с боль­шим запасом магнитной энергии и сложности их обработки при­менение возбуждения постоянными магнитами ограничивается лишь машинами мощностью не более нескольких киловатт.