Синхронный генератор. Исполнитель

Синхронный генератор.

Принцип работы синхронного генератора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который в наиболее общем виде устанавливает, что ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока, пронизывающего контур проводника:

{spoiler=Подробнее}

e = -dФ/dt.

             Ф

                                   е

                                   V

             dx

Рис. Схема наведения ЭДС в подвижно проводнике.

Синхронный генератор переменного тока состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Обычно ротор выполняется в виде электромагнитов, обмотки которых называются обмотками возбуждения. Эти обмотки получают питание от источника постоянного тока через кольца и щетки (рис). В пазах статора, выполненного из стальных листов, находятся проводники, соединенные между собой последовательно. При вращении ротора в каждом проводнике индуктируется ЭДС

e₁ = BlV

Длина проводника l и угловая скорость V не изменяются, а магнитная индукция В изменяется по значению и направлению.

                           +                          ●                      Ø a

                                  S         N

                                  N         S   

                           ●                         +                      Ø b

Рис. Условная схема СГ.

Для получения синусоидальной ЭДС необходимо чтобы распределение магнитной индукции было синусоидальным. Так как проводники соединены последовательно, то ЭДС на зажимах а, b равно сумме ЭДС, наводимых на каждом проводнике. За один оборот ротора в каждом проводнике происходит два полных периода изменения ЭДС, так как на роторе расположены две пары полюсов.

Частота переменного тока:

f = pn/60                           

n (мин ^-1) – вращение ротора.

Трехфазный генератор отличается тем, что на статоре его расположены три обмотки. Каждая из них сдвинута относительно другой в пространстве на 120⁰. Мощный синхронный генератор представляет собой сложное сооружение.

Синхронный двигатель.

 Обмотками статора создается вращающееся магнитное поле, которое для наглядности можно рассматривать в виде вращающегося магнита (рис).

       N                 S                 N              S                   двигатель не работает.

                                           N

       N                                  б                  S

                                 S

Рис. Пояснение принципа работы СД.

а и б – совпадение и не совпадение направлений магнитных полей статора и ротора соответственно.

Если ось магнитного поля ротора смещается на угол б, то с правилом Фарадея силовые линии магнитного поля стремятся сократиться по длине и вызывает появление вращающего момента.

 Асинхронный двигатель.

В конструктивном отношении АД- представляет собой неподвижный статор, в обмотках которого трехфазным током создается вращающееся магнитное поле, и подвижный ротор, выполненный из электропроводящего материала. На роторе обычно располагаются замкнутые обмотки. При вращении магнитного поля подвижный проводящий диск (или цилиндр) также вращается, увлекаясь магнитным полем.

                                                                       ω

             N                                                S

            ω

Рис. Пояснение принципа работы АД.

Относительная разность между скоростью магнитного поля статора и скоростью ротора называется скольжением.

S = (ωст – ωрот)/ωcт.

Вращающий момент, развиваемый ротором зависит от скольжения (рис.). При одинаковых угловых скоростях, полей статора и ротора (S=0) ЭДС в роторе не индуцируется, следовательно токи в нем отсутствуют и вращающий электромагнитный момент равен нулю. При неподвижном роторе (S=1) двигатель должен развивать пусковой момент Мпуск, больший механического Ммех1, для того чтобы быть запущенным в работу.

           М

                                                              Ммех2

     Ммех1                                

                                                       Мпуск

                    S₀₁      S₀₂                              S=1    S

Рис. Характеристика вращающего момента АД.

Динамическое равновесие, при котором угловая скорость ротора двигателя постоянна, определяется равенством Ммех=Мвр.

При увеличении механического (тормозного) момента Ммех2 уменьшается частота вращения ротора асинхронного двигателя (S₀₁-S₀₂).

Трансформаторы. Широкое распространение переменного тока в электроэнергетике обусловлено возможностью получения наиболее простых конструкций электрических машин, работа которых основывается на наведении ЭДС переменным магнитным потоком. Еще одно преимущество переменного тока - простота преобразования напряжения, что важно для передачи электрической энергии на расстояние. Изменение напряжения и тока производится в трансформаторах. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода, на котором расположены две обмотки с различными числами витков

ω₁ и ω₂ (рис). Изменяющийся в сердечнике магнитный поток наводит в катушках ЭДС, значения которых пропорциональны числам витков:

e₁ = - ω₁dФ/dt; e₂ = - ω₂dФ/dt.

                      Ф

                                                    i₂ 

       i₁

                                                            U₂

U₁

      ω₁

                                                   ω₂

Рис. Схема трансформатора. 

{/spoilers}