в результате взаимодействия вращающихся прямого и обратного магнитных полей с токами в обмотке ротора создаются противоположно направленные вращающие моменты

М„р = СФщ, 4 щ, cos г|)2 щ, и Мобр = СФр /а обр cos бр,

где ajJanp и гобр - углы сдвига фаз между токами в роторе и ЭДС, вызывающими эти токи

Результирующий вращающий момент двигателя определится

разностью моментов, создаваемых прямым и обратным полем, т. е. Мр=Л1пр-ЛГобр.

Прн вращении ротора частота тока в нем, созданного прямым магнитным полем, уменьшается, что уменьшает угол сдвига фаз фгпр и увеличивает момент от прямого поля, тогда как момент, развиваемый обратным полем /2 обр уменьшается, так как уменьшается созт)2обр за счет увеличения частоты тока в роторе /2 обр, созданного обратным полем. Таким образом, при вращении ротора результирующий момент не равен нулю, т. е. двигатель развивает вращающий момент.

Работа однофазного асинхронного двигателя подобна работе двух одинаковых трехфазных двигателей, соединенных валами и создающих противоположно направленные моменты. Вращающий момент, создаваемый прямым полем при изменении скольжения

от 5пр=0 ( 2= 1пр) до 5пр=2(п2=- 1пр = 1обр), определяется такой же зависимостью, как и в обычном трехфазном двигателе (рис. 3.16). Той же зависимостью представится момент, развиваемый обратным полем.

Моменты Мпр и Мобр на графике отложены по обе стороны от горизонтальной оси, так как они направлены встречно. При неподвижном роторе 5пр=5обр=1 и Мпр==Мобр, т. е. результирующий момент не равен нулю. При этом однофазный двигатель развивает одинаковый вращающий момент при вращении как в одном, так и в другом направлении, т. е. направление вращения ротора такого двигателя зависит только от направления действия силы, выводящей двигатель из неподвижного состояния.

Рис. 3 16. Вращающий момент в зависимости от скольжения для однофазного асинхронного двигателя

Глава четвертая.

Синхронные машины

4.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО СИНХРОННОГО

ГЕНЕРАТОРА

В настоящее время электрическая энергия неременного тока в основном вырабатывается с помощью трехфазных синхронных генераторов.

Принцип действия синхронного генератора основан на использовании явления электромагнитной индукции. На рис. 4.1 показана простейшая трехфазная обмотка, состоящая из трех катушек, сдвинутых на 120°, и помещенная на роторе. Эти три катушки соединяются звездой или треугольником и подключаются к трем контактным кольцам, изолированным от вала машины и друг от друга. При вращении ротора в магнитном поле неподвижных полюсов в катушках индуцируются переменные во времени ЭДС, равные по амплитуде и сдвинутые по фазе на 2я/3. Частота / ЭДС, индуктируемой в обможах якоря (якорем называется часть машины, в которой происходит процесс преобразования энергии, т. е. индуцируется ЭДС), зависит от скорости вращения якоря и числа пар полюсов р: f=pnl60.

В синхронных генераторах поле создается обмоткой возбуждения, по которой течет постоянный ток. Обмотка якоря выполняется распределенной и с укороченным шагом (для уменьшения высших гармонических в кривой ЭДС).

Нагрузка подключается с помощью неподвижных щеток, которые накладываются на контактные кольца.

Синхронные генераторы выполняются с обмоткой якоря на роторе только при сравнительно небольшой мощности (до 15 кВА) и невысокого напряжения (до 380/220 В).

Недостатком генераторов такой конструкции является наличие скользящего контакта в цепи большой мощности. Современные

Рис. 4Л|. Принцип дейст-магнитное вия синхронного генератора

синхронные генераторы изготовляются на высокое линейное напряжение до 16 кВ (иногда и выше), при котором изоляция контактных колец и щеток весьма сложна. Для устранения этого недостатка обмотка якоря помещается на неподвижной части (на статоре), а полюсная система с обмоткой возбуждения - на вращающейся части машины.

Обмотка возбуждения получает питание через контактные кольца. В этом случае скользящий контакт находится в цени небольшой мощности и напряжение в цепи обмоткн возбуждения невелико (не более 500 В).

Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудителя, т. е. генератора постоянного тока параллельного возбуждения, находящегося на одном валу с рабочей машиной. Мощность возбудителя составляет малую величину (1-5% мощности синхронной машины). При небольшой мощности широко используется питание обмоток возбуждения синхронных машин от обмоток якоря через выпрямители. .За вре.мя запуска генератора с таким возбуждением при вращении ротора магнитные линии потока остаточного намагничивания пересекают проводники обмотки якоря и индуцируют в них ЭДС. Вызванный этой ЭДС ток выпрямителем преобразуется в постоянный и протекает через обмотку возбуждения. Вследствие этого магнитное поле генератора и его возбуждение усиливаются до номинальных величин.

Статор синхронной машины имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины.

В зависимости от устройства ротора различают две конструкции синхронных машин: с явно выраженными и с неявно выраженными полюсами.

В машинах с относительно малой скоростью вращения роторы выполняются с явно выраженными полюсами. На роторе (рис. 4.2а) равномерно помещаются явно выраженные полюса, состоящие из полюсного сердечника 1, на котором помещается катущка обмотки возбуждения 3, удерживаемая полюсным наконечником 2. Такое устройство ротора облегчает выполнение обмотки воз-

Рис. 4 2. Устройство ротора синхронного генератора с полю# ;, а) явно выраженными; 6) с неявно выраженными