Синхронные машины

1. Важное место в теории синхронных машин зани­мает работа синхронной машины, присоединенной к се­ти, которая питается мощными генераторами. Исходят из предположения, что общая мощность этих генерато­ров несоизмеримо велика по сравнению с мощностью рассматриваемой синхронной машины (сеть большой мощности). В соответствии с этим считают, что любое изменение режима работы рассматриваемой машины не в состоянии оказать заметного влияния на электрическое состояние сети, которое может, таким образом, считать­ся неизменным.

2. Синхронная машина, присоединенная к сети, мо­жет работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В обоих режимах вращение ротора происхо­дит с синхронной скоростью без каких-либо устройств для поддержания синхронизма.

3. Изучение процессов, имеющих место в синхрон­ной машине, существенно облегчается, если воспользо­ваться своего рода механической моделью. Трехфазная система токов в обмотке якоря создает вращающееся магнитное поле. Это поле может быть заменено полюс­ной системой, скользящей вдоль внутренней поверхно­сти статора с постоянной скоростью, равной скорости вращения магнитного поля. Две вращающиеся полюс­ные системы — ротора и воображаемая, эквивалентная вращающемуся магнитному полю,— неподвижны одна относительно другой. Между ними возникают силы маг­нитного притяжения, которые могут быть уподоблены упругим связям, соединяющим обе системы. Благодаря этим связям достигается синхронность вращения ротора и магнитного поля.

4. Если будет превышен известный предел нагрузки машины, то произойдет разрыв упругих связей. После этого скорость вращения ротора становится уже не за­висящей от скорости вращения магнитного поля. Это явление называется выпадением из синхронизма. Рабо­та синхронной машины в таком режиме невозможна.

5. Упругие связи между двумя вращающимися по­люсными системами могут появиться только в том слу­чае, если обе системы вращаются синхронно, а их по­люса расположены надлежащим образом: N— полюс одной системы, против S— полюса другой системы. По этой причине пуск синхронного двигателя не может быть произведен прямым включением в сеть. Синхронный двигатель пускается как асинхронный и только после до­стижения ротором скорости, близкой к синхронной, пе­реводится в синхронный режим. Усложнение процесса пуска является существенным недостатком синхронного двигателя.

6. Очень важную роль в синхронной машине играет реакция якоря, т. е. воздействие намагничивающей силы якоря на основное магнитное поле, создаваемое намаг­ничивающей силой обмотки возбуждения ротора. Ампли­тудное значение магнитного потока в синхронной маши­не задается величиной напряжения в сети (так же как в трансформаторе и асинхронном двигателе). Магнит­ный поток создается намагничивающей силой, которая складывается из намагничивающей силы обмотки возбуж­дения и намагничивающей силы обмотки якоря. Для неизменности амплитудного значения магнитного потока необходимо, чтобы результирующая намагничивающая сила также оставалась неизменной. Всякое изменение тока в обмотке возбуждения ротора влечет за собой из­менение величины и фазы тока в якоре и соответствен­ное изменение намагничивающей силы якоря. В частно­сти, если вследствие увеличения тока в обмотке возбуж­дения э. д.с. якоря станет (по модулю) больше, чем напряжение в сети («перевозбуждение»), то синхронная машина, работающая в режиме двигателя, принуждает­ся к потреблению из сети тока, опережающего по фазе напряжение в сети. Иначе говоря, синхронный двигатель в этих условиях представляет собой активно-емкостную нагрузку.