Синхронная машина

Синхронная машина — электрическая машина переменного тока с частотой вращения ротора равной частоте вращения магнитного поля в зазоре, разделяюще ротор и статор (воздушный зазор). Особенностью СМ является их возможность работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.

Конструкция и принцип работы синхронных машин (далее СМ)

Конструктивно эти электромеханические устройства представляют собой совокупность основных частей: якоря - обмотка (несколько обмоток) переменного тока, в которой наводится ЭДС и индуктора (или обмотки возбуждения), состоящей из постоянных магнитов и магнитов постоянного тока.

Обмотка индуктора в СМ, чаще всего бывает расположена на статоре, а якорная - на роторе (рис. 2). В машинах с вращающимся якорем подключение нагрузки или подачи питающего напряжения используются расположенные на валу и изолированные от него и друг от друга контактные кольца. Однако, существуют машины с якорной обмоткой, расположенной на статоре и индукторной на роторе (рис. 1).

В зависимости от конструкции ротора различают машины с явнополюсным и неявнополюсным ротором. Первый используют в СМ с 4-мя и более полюсами, вторые - в мощных СМ с 2-мя и 4-мя полюсами с частотой вращения n=1500-3000 об/мин.

В двигательном режиме преобразование электроэнергии осуществляется взаимодействием магнитного поля, вызываемого токами в якоре с полем обмотки возбуждения (поле реакции якоря). Для перехода двигателя в синхронный режим работы необходим его разгон до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Для достижения синхронного режима может быть использован пуск с изменением частоты или внешний электродвигатель ("разгонный") - такой пуск применяют для СМ с постоянными магнитами. Также, для пуска СМ может быть использован асинхронный режим - замыкание накоротко или через внешнее сопротивление обмотки возбуждения. Несмотря на большие пусковые токи, данный способ пуска СМ достаточно надежен и прост, поэтому является более распространенным.

Особенностью синхронных двигателей является постоянство частоты вращения, привязанной к частотой сети f, определяемое отношением к числу пар полюсов p: 60f/p.

В генераторном режиме преобразование энергии осуществляется индуцированием электродвижущей силы в статорной обмотке, возникающей в результате взаимодействия магнитного потока индуктора с фазами статорной обмотки. Якорь в генераторах обычно бывает расположен на статоре (рис. 1). Частота этой ЭДС определяется отношением np/60.

Применение СМ

Свойство обратимости данных машин позволяет использовать их как в качестве двигателей, так и генераторов. Могут использоваться как двигатели в местах, где востребовано свойство постоянства частоты вращения и отсутствует необходимость регулирования частоты.

Однако, чаще всего СМ применяются в качестве промышленных и бытовых электростанций, что во многом обусловлено их надежностью и высоким качеством вырабатываемой электроэнергии (стабильностью напряжения).