СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН

Системы возбуждения синхронных машин

Синхронные машины используют несколько систем возбуждения.

Система возбуждения электрической машины с генератором постоянного тока

Системы возбуждения делятся на два типа — прямые и непрямые. В системах прямого возбуждения намагничивающий якорь соединен с валом синхронной машины. В системах непрямого намагничивания намагничивание приводится в действие двигателем, который питается от вспомогательных рельсов к силовой установке или вспомогательному генератору. Вспомогательный генератор может быть подключен к валу синхронной машины или работать автономно. Прямые системы более надежны, так как при аварийных ситуациях в энергосистеме намагничивающий ротор продолжает вращаться вместе с ротором синхронной машины, и обмотка возбуждения не отключается сразу.

Классическая система намагничивания синхронных машин состоит из намагничивания в виде параллельного генератора намагничивания на общем валу с синхронной машиной (возбудителем электрической машины). В тихоходных машинах мощностью до 5000 кВт для уменьшения массы и стоимости намагничивания последнюю иногда соединяют с валом синхронной машины с помощью клинового ремня. Гидрогенераторы также обычно имеют возбудитель на том же валу, что и генератор.

Для гашения магнитного поля используется машина пожаротушения (АГП), состоящая из контакторов К1,К2 и сопротивление гашению (разряду РП. Заполнение поля выполняется в следующем порядке. Когда контактор включен К1 контактор включается К2, замкнуть обмотку возбуждения на сопротивление , где РБ — сопротивление обмотки возбуждения. Затем контактор размыкается К1 , а ток в цепи обмотки возбуждения генератора начинает уменьшаться (затухать) с постоянной времени (
ФУНТ — индуктивность обмотки возбуждения) в соответствии с уравнение.

Ток возбуждения можно свести к нулю, отключив только один контактор К

Ток возбуждения в этом случае исчез бы почти мгновенно. Но мгновенный обрыв цепи возбуждения недопустим, так как из-за большой индуктивности обмотки возбуждения в ней будет индуцироваться большая ЭДС самоиндукции, превышающая номинальное напряжение в несколько раз, в результате чего произойдет пробой цепи возбуждения. Возможна изоляция этой обмотки. Кроме того, контактор высвободил бы большое количество энергии, запасенной в магнитном поле обмотки возбуждения, и из-за большой дуги контакты разрушились бы. Для больших машин гашение тока возбуждения происходит при наличии гасящего резистора с постоянной времени примерно 1 с.

Возбуждение осуществляется шунтирующим резистором РШ1 включены в цепь намагничивания намагничивания.

Однако мощные тихоходные генераторы с np = 60-150 об/мин, габариты и стоимость возбудителя из-за его значительной мощности и малого числа оборотов велики. Кроме того, тихоходные возбудители из-за больших размеров имеют большую электромагнитную инерцию, что снижает эффективность автоматического управления и мощность возбуждения.

Поэтому системы возбуждения применяют и в виде отдельного быстродействующего блока ( нет= 750-1500 об/мин), состоящий из асинхронного двигателя и генератора постоянного тока. В этом случае асинхронный двигатель получает питание от специального вспомогательного синхронного генератора, расположенного на том же валу, что и основной водородный генератор, а в некоторых случаях и от вспомогательных палуб гидростанции или от выходов основного водородного генератора.

В последнем случае возбудительный блок подвергается влиянию аварий в энергосистеме (короткие замыкания и др.), в связи с чем для повышения надежности асинхронные двигатели изготавливают с повышенным максимальным моментом (Mmax​​≥ 4 Мн),
а иногда эти агрегаты еще и с маховиками. Резервные блоки намагничивания электростанций также выполняются в виде отдельных блоков намагничивания, которые служат для резервирования собственных блоков намагничивания генераторов при авариях и неисправностях.

Турбогенераторы мощностью до Рн= 100 МВт также обычно имеют на валу возбудители в виде генераторов постоянного тока. Однако при Pn > 100 МВт мощность намагничивания становится настолько высокой, что их характеристики при np = 3000-3600 об/мин, по условиям надежности переключения оказывается затруднительным или даже невозможным. В этом случае используются разные растворы.

Например, возбудители со скоростью вращения нет = 750 — 1000 об/мин, соединенных с валом турбогенератора посредством редуктора, а также возбудительных агрегатов с асинхронными двигателями, приводимыми от сборных шин станции или от выходов генератора.

Мощность возбудителя обычно равна 0,3-3% от мощности синхронного генератора. Он приводится в движение валом синхронного генератора. Ток возбуждения большой синхронной машины I

В относительно велико и составляет несколько сотен и даже тысяч ампер. Поэтому его регулируют с помощью реостатов, установленных в цепи возбуждения возбудителя. Возбуждение возбудителя осуществляется по схеме самовозбуждение  или независимое возбуждение от специального генератора постоянного тока, называемого вспомогательный возбудитель.

Составная система возбуждения с возбудителем постоянного тока

В современных системах возбуждения широко используется принцип композиции, т е автоматическое изменение намагничивающей силы возбуждения при изменении тока нагрузки синхронного генератора. Поскольку в обмотке якоря синхронной машины течет переменный ток, а в обмотке возбуждения 2 — постоянный ток, в композиционных цепях синхронных машин применяют полупроводниковые выпрямители.

 

Рис. 4. Система возбуждения с токовой рецептурой

Совокупный эффект расположения на рис. 4 зависит только от величины тока нагрузки и не зависит от его фазы. Поэтому при индуктивной нагрузке это действие слабее, чем при резистивной нагрузке. Такой состав называется составом тока, а при этом постоянная напряжения U

Переменное напряжение этой обмотки через выпрямительный мост, установленный на валу машины, преобразуется в постоянное напряжение и подается непосредственно (без колец) на обмотку возбуждения основного генератора. Обмотка возбуждения возбудителя расположена на статоре и получает питание от вспомогательного возбудителя или регулятора напряжения.

Синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов.

Одной из особенностей этих машин является то, что они используют постоянные магниты для создания магнитного поля возбуждения. На ротор чаще всего ставят постоянные магниты, что делает машину бесконтактной. Синхронные машины с постоянными магнитами широко используются в качестве генераторов малой мощности и микродвигателей.

Преимуществами машин с постоянными магнитами являются простота конструкции, отсутствие скользящего контакта, высокий КПД и меньший нагрев за счет отсутствия потерь в обмотке: возбуждение и скользящий контакт. Большим преимуществом этих машин является также отсутствие источника постоянного тока для их возбуждения.

К недостаткам таких машин можно отнести сложность регулирования магнитного потока, высокую стоимость, низкий предел мощности (из-за малой механической прочности ротора с постоянными магнитами), а также повышенную массу машин средней мощности.

Синхронные генераторы на постоянных магнитах выпускаются мощностью, не превышающей нескольких десятков киловатт. Широко используются синхронные двигатели с постоянными магнитами и асинхронным пуском. Роторы таких двигателей сочетают в себе элементы синхронного двигателя – постоянные магниты и асинхронного двигателя – необходимую для пуска короткозамкнутую клетку.

4. Синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов

Одной из особенностей этих машин является то, что они используют постоянные магниты для создания магнитного поля возбуждения. На ротор чаще всего ставят постоянные магниты, что делает машину бесконтактной. Синхронные машины с постоянными магнитами широко используются в качестве генераторов малой мощности и микродвигателей.

Преимуществами машин с постоянными магнитами являются простота конструкции, отсутствие скользящего контакта, высокий КПД и меньший нагрев за счет отсутствия потерь в обмотке: возбуждение и скользящий контакт. Большим преимуществом этих машин является также отсутствие источника постоянного тока для их возбуждения.

К недостаткам таких машин можно отнести сложность регулирования магнитного потока, высокую стоимость, низкий предел мощности (из-за малой механической прочности ротора с постоянными магнитами), а также повышенную массу машин средней мощности.

Синхронные генераторы на постоянных магнитах выпускаются мощностью, не превышающей нескольких десятков киловатт. Широко используются синхронные двигатели с постоянными магнитами и асинхронным пуском. Роторы таких двигателей сочетают в себе элементы синхронного двигателя – постоянные магниты и асинхронного двигателя – необходимую для пуска короткозамкнутую клетку.

Постоянные магниты могут иметь радиальное и осевое расположение на роторе. В первом случае магнит 1 имеет форму звезды (рис. 7), на него напрессован кольцевой пакет 2 из стали, в пазах которого размещены беличьи щетинки.

Рис. 7. Синхронный двигатель с радиальным расположением постоянных магнитов на роторе: 1 — постоянные магниты; 2 — роторный пакет; 3 — статор

В стали кольцевого пакета выполнены межполюсные прорези для уменьшения токов утечки магнитов. Во втором случае на валу размещается ротор 2 по типу ротора асинхронного двигателя, а постоянные магниты 1 размещаются с одной или обеих сторон этого пакета. В этом случае также имеется тормозной момент (генератор). Тормозной момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля возбужденных полюсов ротора с индуцируемыми им токами в обмотке статора.

Принцип работы

Вращаясь с определенной частотой, создаваемой ротором, поток возбуждения пересекает витки обмотки статора, он индуцирует по фазам переменную ЭДС, которая изменяется с частотой, определяемой по формуле:

f1=pn2/60.

Когда статор подключен к нагрузке, ток в обмотке создает магнитное поле, которое вращается с той же скоростью, что и ротор. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения и статора и возникающее в результате вращающееся магнитное поле создают чистый магнитный поток.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного двигателя требуется дополнительное поле, независимо от влияния со стороны сети. При этом на этапе запуска запуск является асинхронным процессом до тех пор, пока устройство не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь в обмотках возникает ток и в железе ротора возникает ЭДС, вызывающая асинхронное движение до тех пор, пока обмотки возбуждения не будут находиться под напряжением.

Еще одним распространенным вариантом запуска является использование дополнительных генераторов, которые могут размещаться на оси или устанавливаться отдельно. Этот метод обеспечивает дополнительную пусковую мощность за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видно на рисунке 9, первый оборот двигателя М осуществляет генератор Г, который предназначен для вывода агрегата на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически путем установки рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения на обмотку возбуждения.

Кроме того, на практике применяется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рис. 10 показан метод тиристорного преобразователя и с установкой поворотных выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае пуск синхронного двигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD тиристоры VS открываются. В цепь обмотки возбуждения введен резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона двигателя ЭДС скольжения будет пропорционально уменьшаться и стабилитроны VD будут заблокированы, цепь будет заблокирована, а обмотка возбуждения будет питаться постоянным напряжением через UD.

Конструктивные особенности явнополюсного ротора

Выдающийся стержневой ротор

В первом случае ротор имеет два и более ярко выраженных полюса. Стержни (катушки) закрепляются в пазах с помощью клиньев из немагнитного изоляционного материала.

Стержни выполняют функцию обмоток возбуждения. Сердечник изготовлен из электротехнической стали. Полюсные наконечники содержат стержни обмотки, предназначенные для запуска, они изготовлены из латуни, которая отличается высоким удельным сопротивлением.

Аналогичная обмотка, «беличья клетка», имеющая в своей конструкции медные витки, используется для генераторов, она выполняет демпфирующую роль и действует как демпфер, т к способствует уменьшению неустойчивости ротора, возникающей при переходном режиме.

Прекращение колебаний происходит после возникновения вихревых токов, возникающих при коротких замыканиях в роторе с полюсами значительной массы.

Ротор с невыступающими полюсами используется в конструкции синхронных агрегатов большой мощности. Они отличаются высокими скоростными характеристиками. Число оборотов на валу может достигать предела прибл. 3000 об/мин.

Этот параметр делает невозможным использование явнополюсного ротора в быстроходных машинах из-за сложности крепления полюсов и обмотки возбуждения при малом числе пар полюсов.

Магнитопровод ротора выполнен как единое целое с валом машины и изготовлен из единой поковки. Комплект изготовлен из прочной легированной стали, в дорожках сформирована обмотка из медных проводников с добавкой серебра, это сделано для повышения термостойкости.

27.Преимущества и недостатки синхронного двигателя.

Синхронный двигатель имеет ряд преимуществ перед асинхронным двигателем:

1. Высокий коэффициент мощности cosФ=0,9.

2. 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 достигается за счет снижения потерь в меди и больших CosФ.

4. Имеет большую прочность, обусловленную увеличенным воздушным зазором.

момент синхронного двигателя прямо пропорционален напряжению первой мощности. Это означает, что синхронный двигатель будет менее чувствителен к изменению величины сетевого напряжения.

Недостатки синхронного двигателя:

1. Сложность стартовой аппаратуры и дороговизна.

2. Синхронные двигатели применяют для привода машин и механизмов, не нуждающихся в изменении скорости, а также для механизмов, у которых скорость остается постоянной при изменении нагрузки: (насосы, компрессоры, вентиляторы.)

Ввиду отсутствия у синхронного двигателя пускового момента для его пуска применяют следующие способы:

1. Запустите вспомогательный двигатель.

2. Запуск асинхронного двигателя.

1. Запустите вспомогательный двигатель.

Пуск синхронного двигателя с помощью вспомогательного двигателя может осуществляться только без механической нагрузки на вал, т.е практически на холостом ходу. В этом случае на период пуска двигатель временно становится синхронным генератором, если ротор приводится в движение небольшим вспомогательным двигателем. Статор этого генератора подключается параллельно к сети с соблюдением всех необходимых условий для этого подключения. После подключения статора к сети вспомогательный двигатель отключается механически. Этот метод пуска сложен и также имеет вспомогательный двигатель.

Читайте также: Масло для бензопилы: какое заливать, в каком соотношении с бензином, какое для цепей, а какое для звезд.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По типу генераторы делятся на турбинные, дизельные и гидравлические в зависимости от способа приведения их во вращение.

Они также используются в качестве электродвигателей, выдерживающих значительные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторы, компрессоры, силовые агрегаты и другое оборудование. Отдельная категория электродвигателей используется в прецизионном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Видео версия

Синхронные машины высокой мощности – конструктивные особенности

Из-за использования значительной величины тока синхронная установка подвергается значительным механическим воздействиям, а также электромагнитным воздействиям, в результате чего происходит значительный нагрев различных частей машин, для чего необходимо проводить интенсивное охлаждение машины.

Для соблюдения определенных габаритных размеров, для достижения необходимого значения мощности машины изготавливают с различными функциями, что диктует разделение машин на несколько типов, это: турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели.

Турбогенераторы

Конструкция машины выполнена с горизонтальной осью и работает с помощью турбины, ротор обязательно имеет невыступающую полюсную конструкцию. Скорость вращения вала изменяется с максимально возможным числом оборотов и составляет 3000 об/мин.

Благодаря тому, что станок имеет только два полюса, его конструктивная часть отличается уменьшенными габаритами и массой. При использовании такого устройства на АЭС применяют машины с частотой вращения вала 1500 об/мин, с 4 полюсами, диаметр ротора меньше длины его активной части. Система, используемая для охлаждения, использует поверхностное и непрямое принудительное воздушное охлаждение, иногда с косвенным водородным или водяным и масляным охлаждением.

Гидрогенераторы

Работа генератора водорода осуществляется с помощью гидротурбины с малым числом оборотов вала от 50 до 500 об/мин. Выдающийся полюсный ротор отличается наличием большого количества пар полюсов. Диаметр некоторых типов водородных генераторов может достигать 16 м, а длина всего 1,75 м. Мощность достигает 640 МВт*А.

Вал может располагаться вертикально. Гидрогенератор и турбина объединены одним валом ротора, также он может быть снабжен возбудителем, вспомогательным возбудителем и синхронным генератором, приводящим в действие электродвигатели, предназначенные для регулирования турбины. Основное усилие машины приходится на опорный подшипник, он способен выдержать вес роторов всего оборудования, динамические силы и давление воды, прикладываемые к лопаткам турбины.

Система охлаждения в агрегатах этого типа осуществляется за счет промывки капсулы, содержащей элементы синхронного агрегата, объединенные валом.

Синхронный компенсатор

Машина вырабатывает реактивную мощность и работает в режиме холостого хода с использованием резистивной сетевой нагрузки. Выдающийся стержень обычно имеет до восьми пар стержней. Ротор выполнен легким, так как на валу нет нагрузки. Часто используется герметичная конструкция машины, без демонтажа компенсационного вала, система охлаждения работает за счет использования водорода, закачиваемого под высоким давлением внутрь.

Системы бесщеточные диодные (СБД)

Бесщеточные диодные системы (БД) предназначены для привода обмотки возбуждения турбогенераторов с выпрямленным регулируемым током — рис.5.4а,б Бесщеточный возбудитель представляет собой инвертированный синхронный генератор, якорь которого с обмоткой переменного тока и диодным выпрямителем представляет собой жестко связан с ротором возбуждаемого турбогенератора. Обмотка возбуждения для намагничивания расположена на статоре.

Основным преимуществом бесщеточных возбудителей является отсутствие токосъемных колец и щеточного контакта в цепи обмотки ротора турбогенератора и уменьшение длины машины.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

Это позволяет возбуждать мощные машины, токи возбуждения которых превышают 5500А, характерные для системы СТН — рис. 5.2. Выпрямленное номинальное напряжение до 600В, выпрямленный номинальный ток до 7800А. Система охлаждения поворотного диодного выпрямителя — естественная воздушная.

Регулирование возбуждения генератора осуществляется за счет управления током обмотки возбуждения инвертированного возбудителя. Типовой комплект системы включает ограничитель поля, тиристорный разрядник и два канала регулирования преобразования (АВР-1, АВР-2) с автоматическими регуляторами возбуждения для основного и резервного каналов соответственно. Один из каналов (AVR-1) находится в активном режиме, другой (AVR-2) находится в горячем резерве. В частном случае основной канал управления питается от выпрямительного трансформатора, подключенного к сборной шине генератора, а резервный канал питается через выпрямительный трансформатор от вспомогательных шин электростанции.

Рис. 5.5. Бесколлекторная диодная система (БДС) с тиристорным возбуждением (ТВ-1, ТВ-2) обмотки намагничивания (ОВВ). СГ — синхронный генератор; ОВГ — обмотка возбуждения генератора; ДСВ — диодный синхронный возбудитель; ДВ — вращающийся диодный выпрямитель; Б — инвертированный синхронный возбудитель и его обмотка возбуждения ОВВ; ТВ-1, ТВ-2 — тиристорные выпрямители первого и второго каналов для питания ОВК; ВТ-1, ВТ-2 — выпрямительные трансформаторы первого и второго каналов; АРВ-1, АРВ-2 — автоматические регуляторы возбуждения первого и второго каналов; П1, П2, П3, П4 — разъединители; ТТ1, ТТ2, ТН1, ТН2 – измерение трансформаторов тока и напряжения для первого и второго каналов; ТА11, ТА12 – датчики тока намагничивания; АГП — машина полевого пожаротушения; ТР — тиристорный разрядник.

Рис. 5.6. Система бесколлекторного диодного (БД) возбуждения дизель-генератора. СГ — синхронный дизель-генератор; ОВГ — обмотка возбуждения; ДВ — диодный выпрямитель; Т — тиристор; АРВ — автоматический регулятор возбуждения; ИТТ, ИТН — измерение трансформаторов тока и напряжения; ТСТ с МШ представляет собой трехобмоточный суммирующий трансформатор с магнитным шунтом.

Бесщеточная диодная система возбуждения (SBD) имеет более медленный отклик по сравнению с тиристорными системами (STS и STN). Так, время нарастания напряжения возбуждения до максимального значения при снижении напряжения прямой последовательности в контрольной точке на 5 % от номинального значения составляет не более 50 мс, а в тиристорных системах — не более 25 мс.

В схеме на рис. 5.4а обмотка возбуждения диодного возбудителя питается от магнитоэлектрического вспомогательного возбудителя с постоянными магнитами, а в схеме на рис. 5.4б, от выпрямительного трансформатора, подключенного к каналу тока генератора возбуждаемой машины. В обоих случаях для возбуждения обмотки возбуждения (ОВВ) перевернутого намагничивания (Б.

Рис. 5.7. Система бесколлекторного диодного (БД) возбуждения дизель-генератора. СГ — синхронный генератор; ОВГ — обмотка возбуждения генератора; ДСВ — диодный синхронный возбудитель; ДВ — вращающийся диодный выпрямитель; Б — инвертированный синхронный возбудитель; ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя; ПВ — магнитоэлектрический субвозбудитель с постоянными магнитами; АРВ — автоматический регулятор возбуждения; ТВ — тиристорный выпрямитель для питания ОВиК.

В качестве одного из современных вариантов схемы рис. 5.4б с выпрямительным трансформатором (БТ) на рис. 5.5 показана бесколлекторная диодная система (БДС) с тиристорным питанием по двум каналам (от сети СН через VT-2 и от сети токопровод генератора через ВТ-1) обмотки намагничивания (ОВВ).

Независимое возбуждение генераторов

Независимое возбуждение генераторов наиболее распространено. Основное преимущество этого метода состоит в том, что возбуждение синхронного генератора не зависит от режима электрической сети и поэтому является наиболее надежным.

На генераторах до 100 МВт включительно в качестве намагничивания обычно используется генератор постоянного тока, соединенный с валом синхронного генератора (рис. 2).

Рис.2. Принципиальная схема независимого электрического возбуждения машины от генератора

Возбуждение самого возбудителя осуществляется по схеме самовозбуждения (обмотка возбуждения возбудителя ЛГЭ питается от якоря самого возбудителя). Управление возбуждением намагниченности осуществляется вручную шунтреостатом РР, установленным в цепи ЛГЭ, или автоматически регулятором возбуждения АРВ.

Читайте также: Как проверить соленоид АКПП: на что обратить внимание

Недостатки системы возбуждения с генератором постоянного тока в основном определяются недостатками самого возбудителя. Одним из недостатков является относительно небольшой прирост возбуждения, особенно в намагничивающих элементах гидрогенераторов, имеющих малую скорость вращения (V=1-2 1/с).

Другой недостаток рассматриваемой системы возбуждения характерен для турбогенераторов с высокой частотой вращения. Это связано со снижением надежности генератора постоянного тока из-за вибраций и жестких условий работы щеток и коллектора (условия коммутации).

Для турбогенераторов мощностью более 165 МВт эффект возбуждения становится настолько значительным, что становится затруднительно сделать надежно функционирующий генератор постоянного тока с частотой вращения 3000 об/мин по условиям включения.

Для уменьшения скорости вращения намагничивания для повышения надежности работы намагниченность иногда соединяют с валом генератора через редуктор. Такая система применялась на ряде турбогенераторов, в том числе на генераторах ТГВ-300 и ТВМ-300. Недостатком данной системы возбуждения является наличие дополнительного механического редуктора.

Для возбуждения крупных генераторов в СССР применяют системы возбуждения с полупроводниковыми выпрямителями.

В системе возбуждения с помощью полупроводниковых выпрямителей к валу турбогенератора подключается вспомогательный генератор, напряжение которого выпрямляется и поступает на обмотку ротора турбогенератора (рис. 3).

Рис.3. Принципиальная схема высокочастотного возбуждения турбогенератора

В качестве вспомогательного используется высокочастотный генератор индукторного типа. Такой генератор не имеет обмотки на вращающемся роторе, что повышает надежность в работе. Повышенная частота (500 Гц) позволяет уменьшить габариты и увеличить быстродействие системы намагничивания.

Индуктивный высокочастотный намагничивающий генератор ВГТ имеет три обмотки возбуждения, размещенные вместе с трехфазной обмоткой переменного тока на неподвижном статоре. Первый из них ЛГЭ1 включен последовательно с обмоткой ротора основного генератора ГГ и обеспечивает основное возбуждение ВГТ. За счет включения ЛГЭ1 последовательно с обмоткой ротора основного генератора происходит резкое увеличение возбуждения ВГТ при коротких замыканиях в энергосистеме из-за бросков тока в роторе.

Обмотки ИГЭ2 и ЛГЭЗ питаются от высокочастотных вспомогательных возбудителей GEA через выпрямители. С валом турбогенератора соединен субвозбудитель (высокочастотная машина 400 Гц с постоянными магнитами), а также дополнительный генератор ВГТ.

Регулирование тока в ЛГЭ2 и ЛГЭ3 осуществляется с помощью двух устройств — соответственно регуляторов электромагнитного типа АРВ (автоматический намагничивающий регулятор) и УБФ (бесконтактный намагничивающий силовой прибор).

АРН поддерживает напряжение генератора в нормальном режиме за счет изменения тока в обмотке ЛГЭ2. Блок УБФ обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при падении напряжения более чем на 5%.

Высокочастотная система возбуждения дает kf=2 и скорость нарастания напряжения возбуждения не менее 2 1/с.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обратной конструкции устройства расположение якоря и индуктора противоположно, то есть первый расположен на роторе, а второй на статоре. Этот вариант используется криогенными синхронными машинами, где в состав обмоток возбуждения входят материалы со сверхпроводящими свойствами.

При запуске двигателя он разгоняется до частоты, близкой к той, при которой магнитное поле вращается в зазоре. Только после этого он переходит в синхронный режим. В этой ситуации магнитные поля якоря и индуктора пересекаются. Этот момент называется входом в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата или в коротком замыкании, аналогично асинхронным машинам. Для пуска в этом режиме ротор снабжен короткозамкнутой обмоткой, которая также является демпфирующей обмоткой, позволяющей устранить колебания ротора при синхронизации. После приближения скорости к номинальной на дроссель подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель является не только двигателем, но и своего рода генератором, так как у них одинаковая конструкция. Компоновка двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключена к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения подается постоянный ток от внешнего источника. Вращающееся магнитное поле, создаваемое трехфазной обмоткой, и поле, создаваемое обмоткой возбуждения, взаимодействуют друг с другом. Это вызывает появление электромагнитного момента, который заставляет ротор вращаться.

Для двигателей, в которых установлены постоянные магниты, используются специальные двигатели с внешним ускорением. В отличие от асинхронных устройств ускорение ротора в синхронном двигателе должно достигать скорости вращения магнитного поля. Это связано с подачей тока в обмотку ротора от внешнего источника, а не индуцируется в ней под действием магнитного поля статора, поэтому на него не влияет частота вращения вала.

В результате синхронный двигатель переменного тока получает постоянную скорость вращения ротора независимо от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств сказался на их пуске и регулировании скорости.