С какой скоростью вращается ротор синхронного генератора
Принцип действия синхронного генератора
В синхронных машинах частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора и, следовательно, определяется частотой тока сети и числом пар полюсов, т. е. n = 60f/p и f = pn/60 .
Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обратима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем.
Электрическая энергия вырабатывается синхронными reнераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего cгорания.
| Схема генератора переменного тока: 1 и 2 — проводники, 3 — кольца |
Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудителя, который представляет собой генератор постоянного тока.
Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной, и мощность его составляет малую величину, порядка 1 — 5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им.
При небольшой мощности часто используются схемы питания обмоток возбуждения синхронных машин от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.
Простейшим генератором может быть виток из провода 1 и 2 , вращающийся в магнитном поле (изо). Магнитное поле возбуждается током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N — S .
При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитное поле, созданное между полюсами N — S , вследствие чего в витке будет индуктироваться эдс.
Концы витка соединены с кольцами 3 , вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энергии, пойдет электрический ток под действием эдс.
Полученная в таком простейшем генераторе эдс будет непрерывно изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. Когда проводники 1 и 2 находятся под осями полюсов (см. изо), то при вращении витка они пересекают в единицу времени наибольшее число линий магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в витке эдс будет иметь наибольшее значение.
В дальнейшем при повороте витка изменится число линий магнитного поля, пересекаемых в единицу времени проводниками 1 и 2 . При повороте витка на 90° в пространстве проводники будут перемещаться в вертикальном направлении, совпадающем с направлением магнитных линий поля. Следовательно, проводники 1 и 2 не пересекают магнитных линий и эдс в витке равна нулю.
При повороте витка на угол, больший 90° , изменится направление перемещения этих проводников в магнитное поле, а следовательно, и направление эдс, индуктируемой в витке.
Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равномерно, то эдс будет меняться во времени синусоидально. За один оборот витка в пространстве эдс, индуктируемая в нем, претерпевает один период изменения.
Если виток вращается при помощи какого-либо первичного двигателя с постоянной частотой вращения n в минуту, то в этом витке индуктируется переменная эдс с частотой f = n/60 .
Устройство синхронного генератора
Возникновение эдс в проводниках возможно как при перемещении этих проводников в неподвижном магнитном поле, так и при перемещении магнитного поля относительно неподвижных проводников.
В первом случае полюсы, т. е. индуктирующая часть машины, возбуждающая магнитное поле, помещаются на неподвижной части машины (на статоре), а индуктируемая часть (якорь), т. е. проводники, в которых создается эдс, — на вращающейся части машины (на роторе).
Во втором случае полюсы помещаются на роторе, а якорь — на статоре.
Выше мы рассмотрели принцип действия синхронного генератора c неподвижными полюсами и вращающимся якорем. В таком генераторе энергия, вырабатываемая им, передается приемнику энергии посредством скользящих контактов — контактных колец и щеток.
Скользящий контакт в цепи большой мощности создает значительные потери энергии, а при высоких напряжениях наличие такого контакта крайне нежелательно. Поэтому генераторы с вращающимся якорем и неподвижными полюсами выполняют только при невысоких напряжениях (до 380/220 В ) и небольших мощностях (до 15 кВА ).
Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь — на статоре.
Ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения, которая представляет собой последовательно соединённые катушки, помещенные на полюсы ротора.
Концы обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами, которые крепятся на валу машины. На кольцах помещаются неподвижные щетки, посредством которых в обмотку возбуждения подводится постоянный ток от постороннего источника энергии — генератора постоянного тока, называемого возбудителем.
Устройство синхронного генератора:
1 — синхронный генератор; 2 — возбудитель
На изо показан общий вид синхронного генератора с возбудителем. Устройство статора синхронного генератора аналогично устройству статора асинхронной машины.
Ротор синхронных генераторов выполняют либо с явно выраженными (выступающими) полюсами, либо с неявно выраженными полюсами, т. е. без выступающих полюсов.
В машинах с относительно малой частотой вращения (при большом числе полюсов) роторы должны быть с явно выраженными плюсами (изо, а ), равномерно расположенными по окружности ротора.
Полюс состоит из сердечника 1, полюсного наконечника 2 и катушки обмотки возбуждения 3, помещаемой на сердечнике полюса.
Ротор синхронной машины:
а — с явно выраженными полюсами, б — с неявно выраженными полюсами;
1 — сердечник, 2 — полюсный наконечник, 3 — катушка обмотки возбуждения
Первичные двигатели синхронных генераторов с явно выраженными полюсами обычно представляют собой гидравлические турбины, являющиеся тихоходными машинами.
При большой частоте вращения такое устройство ротора не может обеспечить нужной механической прочности и поэтому у высокоскоростных машин роторы выполняют с неявно выраженными полюсами (изо, 6 ).
Сердечники роторов с неявно выраженными полюсами обычно изготовляют из цельных поковок, на поверхности которых фрезеруются пазы. После укладки обмоток возбуждения на роторе пазы его забиваются клиньями, а лобовые соединения обмотки возбуждения укрепляются стальными бандажами, помещенными на торцовых частях ротора. При такой конструкции ротора допускаются большие частоты вращения.
Для генераторов с неявно выраженными полюсами первичными двигателями обычно являются паровые турбины, принадлежащие к числу быстроходных машин.
С какой скоростью вращается ротор синхронного генератора?
А) С той же скоростью, что и круговое магнитное поле токов статора б) Со скоростью, большей скорости вращения поля токов статора
в) Со скоростью, меньшей скорости вращения поля токов статора г) Скорость вращения ротора определяется заводом — изготовителем
Голосование за лучший ответ
Он потому и называется синхронным, что скорость ротора совпадает с круговым полем .
абсолютно верно
ГЕНЕРАТОР. Скорость ротора задается приводным устройством (турбиной). Больше всего подходит п. г). Скорость поля статора в этом случае определяется скоростью ротора.
Ротор вращается со скоростью привода генератора — мотора, гидротурбины, ветряка и пр.
Т. е., определяется конструктором, заводом-изготовителем.
Ротор синхронного генератора вращается с той скоростью, с которой его вращают.
Они синхронизируются и включаются в сеть.
Устройство и принцип работы синхронного генератора
Синхронный генератор – агрегат, назначением которого является преобразование любой энергии (тепловой, солнечной, механической) в электрическую. Отличается простым принципом работы и надежным конструктивным исполнением. Особенность – вращение ротора и магнитного поля статора с одинаковой частотой. СГ с мощностью до нескольких тысяч мегаватт используются практически на всех типах электростанций во всем мире. Агрегаты обратимы, они могут как работать электрогенераторами, так и выполнять функции электромоторов.
Особенности конструкции синхронных генераторов
В устройство синхронных генераторов входят следующие компоненты: статор, ротор, обмотки, система охлаждения.
Статор
Статор – неподвижная часть, состоящая из корпуса и сердечника, собираемого из тонких листов. Между собой листы разделяются изоляционными материалами, например, лаковыми составами. В пазы сердечника укладывается трехфазная обмотка. Качество генерируемого электротока зависит от того, какие листы используются в сердечнике, – цельные или сборные.
Статор имеет вид цельного или набранного из сегментов цилиндра. Статоры мощных машин состоят из двух частей, которые можно разделить вдоль оси ротора. Такой конструктивный вариант облегчает транспортировку, установку, монтаж СГ.
В моделях с самовозбуждением присутствует обмотка возбуждения статора. В дорогих системах ее изготавливают из медного эмаль-провода, в более дешевых – из алюминиевого проводника. В бесщеточных СГ обмотки статора расположены таким образом, что их сердечники совпадают с выступами магнитных полюсов ротора. Электроток снимается непосредственно со статорных обмоток.
В мощных электромашинах всегда устанавливаются только обмотки с независимым возбуждением. Для их электропитания востребованы генераторы постоянного электротока невысокой мощности.
Ротор
Ротор – вращающаяся часть СГ, в которой располагается сердечник с обмоткой возбуждения или магниты. Роторы изготавливаются явно и неявнополюсными. Устройства первого типа востребованы в синхронных машинах, совмещенных с ДВС с низкочастотным валом. В генераторах высокой мощности и частоты устанавливаются роторы второго типа, часто монтируемые на одном валу с паровыми турбинами. СГ такой конструкции называют турбогенераторами.
Система охлаждения
Тепло от статора и ротора отводят с помощью систем охлаждения. В электромашинах невысокой мощности эта проблема решается с помощью вентиляторов. В крупных устройствах предусмотрена водородная система охлаждения.
Преимущества и недостатки синхронных генераторов
Популярность синхронным генераторам обеспечивают следующие технические характеристики:
- возможность поддерживать постоянное напряжение на выходе;
- возможность синхронной работы нескольких синхронных машин, что позволяет оперативно повышать мощность в часы пик подключением резервных генераторов;
- низкая чувствительность к коротким замыканиям;
- возможность управлять загрузкой СГ.
К минусам этого технического решения относят:
- ненадежность щеточного узла (есть и бесщеточные конструкции);
- сложность конструктивных элементов;
- в крупных электромашинах – дорогое обслуживание.
Виды синхронных генераторов
В соответствии с конструктивным исполнением СГ разделяют на типы:
- Гидрогенераторы. В их конструкции предусмотрены роторы с выраженными полюсами. Востребованы в ситуациях, не требующих высоких оборотов.
- Турбогенераторы. В таких агрегатах выраженные полюса отсутствуют. Машины, собранные из нескольких турбин, значительно повышают число оборотов ротора.
- Синхронные компенсаторы. Востребованы на производственных объектах для получения качественного электротока и стабилизации напряжения.
Синхронные генераторы могут работать в режиме электромоторов: на входе присутствует электроэнергия, на выходе – механическая энергия. Обмотка статора подсоединяется к централизованной сати электроснабжения, а ротора – к источнику постоянного электротока. Синхронные электромоторы обычно используются в электроустановках с мощностью более 50 кВт.
Принцип работы СГ
В синхронной электромашины, используемой в режиме электрогенератора, первичной является механическая энергия, вращающая вал.
Принцип работы синхронного генератора переменного тока:
- Первичный двигатель вращает ротор-индуктор. Магнитное поле вращается вместе с ротором, что и обеспечило название такой электрической машине.
- При вращении ротора магнитный поток пересекает статорную обмотку, в результате чего в ней по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС. Индуктированная ЭДС прямо пропорциональна магнитному полю электромашины и скорости вращения ротора. Частота переменного тока напрямую зависит от частоты вращения ротора.
- При необходимости параметры магнитной индукции установкой дополнительных реостатов или электронных блоков.
Где применяются синхронные генераторы переменного тока
Трехфазные СГ востребованы в:
- транспортных средствах, переменный ток выпрямляют в полупроводниковых блоках;
- строительстве – на площадках, где отсутствует центральное электроснабжение или его параметры не соответствуют запланированным задачам;
- местах ведения геологоразведочных и добывающих работ;
- мощных ГЭС и ТЭС, мобильных станциях и на объектах атомной энергетики;
- гибридных автомобилях, в этом случае в ТС устанавливают ДВС и синхронный электромотор.
СГ могут использоваться и в других областях, в которых требуются постоянные параметры напряжения и тока на выходе, устойчивость к перегрузам при подключении нагрузок с активной и реактивной мощностью.
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.
Консультация
Заполните заявку, мы перезвоним в течение 30 минут и ответим на все ваши вопросы