Трансформаторы и электрические машины
Подождите немного. Документ загружается.
81
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
ãäå m ÷èñëî ôàç îáìîòêè ÿêîðÿ;
ÝÌ
P
ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü.
 ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ, îñîáåííî â ìàøèíàõ áîëüøîé è ñðåäíåé
ìîùíîñòåé, ïîòåðè ìîùíîñòè â îáìîòêå ñòàòîðà î÷åíü ìàëû ïî
ñðàâíåíèþ ñ ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòüþ. Òîãäà ìîæíî ïîëàãàòü, ÷òî
ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü ìàøèíû
PP
ÝÌ
= .
Åñëè àêòèâíàÿ ìîùíîñòü, îòäàâàåìàÿ ñèíõðîííûì ãåíåðàòîðîì,
,cos
ϕ
mUIP =
(3.22)
òî, ïðåíåáðåãàÿ àêòèâíûìè ïîòåðÿìè â ãåíåðàòîðå è ïðèðàâíèâàÿ åãî
àêòèâíóþ ìîùíîñòü ê ýëåêòðîìàãíèòíîé, ïîëó÷èì âûðàæåíèå äëÿ
ìîìåíòà ÷åðåç àêòèâíóþ ìîùíîñòü:
./cos
ωϕ
UIM =
(3.23)
Åñëè ìàøèíà ðàáîòàåò â ðåæèìå ãåíåðàòîðà, òî ðàçâèâàåìûé åþ
ìîìåíò ïðîòèâîäåéñòâóåò âðàùåíèþ ðîòîðà, ò.å. áóäåò òîðìîçíûì.
Âûðàæåíèå (3.23) ñïðàâåäëèâî è äëÿ ñëó÷àÿ ðàáîòû ìàøèíû â äâèãà-
òåëüíîì ðåæèìå, íî òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå ìîìåíò Ì ñòàíîâèòñÿ äâèæóùèì.
Íà ðèñ. 3.13 ïðèâåäåíà âåêòîðíàÿ äèàãðàììà äëÿ íåÿâíîïîëþñíîé
ìàøèíû, ïîñòðîåííàÿ ïðè
0=
a
R
. Èç äèàãðàììû ñëåäóåò, ÷òî
./sincos
0
CH
XEI
θϕ
= (3.24)
Èòàê, àêòèâíàÿ ìîùíîñòü ñèíõðîííîé íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû
.sin)/(cos
θϕ
σ
CH
XmUEUIP
==
(3.25)
Ïîäñòàâëÿÿ (3.25) â (3.23), ïîëó÷èì ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò äëÿ
íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû:
,sinsin
max
0
θθ
ω
M
X
mUE
M
CH
==
(3.26)
ãäå
CH
X
mUE
M
ω
0
max
= ìàêñèìàëüíûé ìîìåíò. Ñëåäîâàòåëüíî, ñîãëàñíî
(3.25) è (3.26) àêòèâíàÿ ìîùíîñòü è âðàùàþùèé ìîìåíò ñèíõðîííîé
íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû ïðîïîðöèîíàëüíû ñèíóñó óãëà íàãðóçêè
θ
.
Äëÿ íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû çàâèñèìîñòü
)(
θ
f
M =
ïðè íåèçìåííîì
òîêå âîçáóæäåíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèíóñîèäó (ðèñ. 3.14), ïðè÷åì
îáëàñòè I ñîîòâåòñòâóþò óñòîé÷èâîìó ðåæèìó ïðè ðàáîòå ìàøèíû â
82
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà II è äâèãàòåëÿ III. Òàê êàê ìîùíîñòü
ÝÌ
P
ïðîïîðöèîíàëüíà ìîìåíòó Ì, àíàëîãè÷íûé âèä (â äðóãîì ìàñøòàáå)
áóäóò èìåòü çàâèñèìîñòè
)(
θ
f
P
ÝÌ
= è
)
(
θ
f
P
=
ïðè
0=∆
àýë
P
.
Õàðàêòåðèñòèêè
)(
θ
f
M =
è
)(
θ
f
P
ÝÌ
= ïîëó÷èëè íàçâàíèå óãëîâûõ.
Ðèñ. 3.13 Ðèñ. 3.14
3.4. Ðàáîòà ñèíõðîííîé ìàøèíû â ðåæèìå äâèãàòåëÿ
Ñèíõðîííàÿ ìàøèíà îáðàòèìà, è êîíñòðóêöèÿ ñèíõðîííîãî
äâèãàòåëÿ ïðèíöèïèàëüíî íå îòëè÷àåòñÿ îò êîíñòðóêöèè ñèíõðîííîãî
ãåíåðàòîðà. Åñëè ê âàëó ðîòîðà ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî
ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, ïðèëîæèòü òîðìîçíîé ìîìåíò, òî ìàøèíà íà÷íåò
ïîòðåáëÿòü èç ñåòè àêòèâíóþ ìîùíîñòü, â ðåçóëüòàòå ÷åãî âîçíèêíåò
ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò, íàïðàâëåííûé â ñòîðîíó âðàùåíèÿ, ò.å.
ìàøèíà àâòîìàòè÷åñêè ïåðåéäåò â äâèãàòåëüíûé ðåæèì, ïðè÷åì ÷àñòîòà
âðàùåíèÿ ðîòîðà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé.
Ðàáîòó ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ îáðàçíî ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå
ñëåäóþùåé ìåõàíè÷åñêîé àíàëîãèè: ïîëþñû ðîòîðà ñâÿçàíû ñ
âðàùàþùèìèñÿ ïîëþñàìè ïîëÿ ñòàòîðà êàê áû óïðóãèìè íèòÿìè
(ëèíèÿìè ìàãíèòíîãî ïîëÿ), ñîçäàþùèìè íåîáõîäèìîå íàòÿæåíèå,
êîòîðûå ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè ìîãóò ðàñòÿãèâàòüñÿ, íå îáðûâàÿñü.
Ñîãëàñíî (3.26), ñèíõðîííûé äâèãàòåëü ìîæåò ðàáîòàòü ïðè óñëî-
83
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
âèè, åñëè ìîìåíò íàãðóçêè íå ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíîãî ìîìåíòà
max
M
, êîòîðûé ìîæåò ðàçâèòü äâèãàòåëü. Åñëè æå ìîìåíò íàãðóçêè
áîëüøå ìàêñèìàëüíîãî ìîìåíòà äâèãàòåëÿ, òî íåâîçìîæíî ïîääåðæè-
âàòü ñèíõðîííîé ÷àñòîòó âðàùåíèÿ ðîòîðà è äâèãàòåëü âûïàäàåò èç
ñèíõðîíèçìà. Ïðàêòè÷åñêè ñèíõðîííûé äâèãàòåëü ðàáîòàåò, êîãäà
ìîìåíò íàãðóçêè ìåíüøå
max
M
, ò.å. ïðè óãëå íàãðóçêè
2/
πθ
<
.
3.4.1. Âåêòîðíûå äèàãðàììû ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ
 çàâèñèìîñòè îò êîíñòðóêöèè ðîòîðà ðàññìàòðèâàþò âåêòîðíûå
äèàãðàììû ÿâíîïîëþñíîé èëè íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû. Âåêòîðíûå
äèàãðàììû ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ àíàëîãè÷íû âåêòîðíûì äèàãðàììàì
ãåíåðàòîðà, ïîýòîìó ñîãëàñíî (3.18) ìîæíî ïîñòðîèòü âåêòîðíóþ
äèàãðàììó äëÿ íåÿâíîïîëþñíîãî äâèãàòåëÿ, ïîäñòàâèâ âìåñòî
íàïðÿæåíèÿ ãåíåðàòîðà
U
&
íàïðÿæåíèå ñåòè
C
U
&
.
0
CHC
XIjEU
&&&
−=−
(3.27)
Íà ðèñ. 3.15,à ïîêàçàíà âåêòîðíàÿ äèàãðàììà äëÿ íåäîâîçáóæäåí-
íîé (
C
UE
<
0
), à íà ðèñ. 3.15,á äëÿ ïåðåâîçáóæäåííîé (
C
U
E
>
0
)
ìàøèí. Íà âåêòîðíûõ äèàãðàììàõ ó÷òåíî, ÷òî â äâèãàòåëüíîì ðåæèìå
äëÿ ñèíõðîííîé ìàøèíû
θ
< 0.
Èç âåêòîðíûõ äèàãðàìì âèäíî, ÷òî äëÿ ïåðåâîçáóæäåííîé ìàøèíû
òîê
I
ÿâëÿåòñÿ îïåðåæàþùèì ïî îòíîøåíèþ ê íàïðÿæåíèþ ñåòè, à äëÿ
íåäîâîçáóæäåííîé îòñòàþùèì. Äëÿ âûïîëíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ðàáîòû
Ðèñ. 3.15
84
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
ðåæèì âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëÿ íå èìååò çíà÷åíèÿ, òàê êàê ïðè
íåäîâîçáóæäåíèè èëè ïåðåâîçáóæäåíèè äâèãàòåëü îäèíàêîâî
îáåñïå÷èâàåò íåîáõîäèìûé âðàùàþùèé ìîìåíò. Îäíàêî ñ ýíåðãåòè÷åñ-
êîé òî÷êè çðåíèÿ ðåæèì âîçáóæäåíèÿ èìååò âàæíîå ïðàêòè÷åñêîå
çíà÷åíèå. Òàê êàê ñèíõðîííûå äâèãàòåëè îáû÷íî ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ñåòè,
îò êîòîðîé ïèòàþòñÿ è äðóãèå ïîòðåáèòåëè (îñíîâíóþ ÷àñòü èç êîòîðûõ
ñîñòàâëÿþò àñèíõðîííûå äâèãàòåëè, ïîòðåáëÿþùèå òîê, îòñòàþùèé ïî
ôàçå îò íàïðÿæåíèÿ ñåòè), òî ñïîñîáíîñòü ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé
ðàáîòàòü ñ îïåðåæàþùèìè òîêàìè âåäåò ê ïîâûøåíèþ êîýôôèöèåíòà
ìîùíîñòè (
ϕ
cos
) ýíåðãåòè÷åñêèõ ñèñòåì.
Ðàññìîòðèì ðàáîòó ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïðè èçìåíåíèè àêòèâ-
íîé íàãðóçêè (íàãðóçî÷íîãî, èëè òîðìîçíîãî, ìîìåíòà
T
M
) è ïîñòîÿí-
íîì òîêå âîçáóæäåíèÿ, äëÿ ÷åãî âîñïîëüçóåìñÿ âåêòîðíîé äèàãðàì-
ìîé íåÿâíîïîëþñíîãî äâèãàòåëÿ (ðèñ. 3.16). Ñ èçìåíåíèåì íàãðóçêè
ìåíÿåòñÿ óãîë
θ
ìåæäó âåêòîðàìè
0
E
&
è
C
U
&
−
, òàê êàê ñîãëàñíî (3.26)
âðàùàþùèé ìîìåíò
T
MM
=
ïðîïîðöèîíàëåí
θ
sin
. Ïðè ýòîì ñ èçìå-
íåíèåì íàãðóçêè êîíåö âåêòîðà
0
E
&
ïåðåìåùàåòñÿ ïî îêðóæíîñòè ðà-
äèóñîì, ðàâíûì
0
E
, òàê êàê ïðè
constI
B
=
è
constU
C
= ÝÄÑ
0
E
ïî-
ñòîÿííà. Îäíîâðåìåííî ñ âåêòîðîì
0
E
&
ïîâîðà÷èâàåòñÿ âîêðóã òî÷êè Î
âåêòîð òîêà ÿêîðÿ
I
, ðàñïîëàãàÿñü ïðè ýòîì ïåðïåíäèêóëÿðíî âåêòîðó
CH
XIj
&
−
. Òàê êàê ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè
θ
ðàñòåò, à ñóìåíüøåíèåì
íàãðóçêè
θ
óìåíüøàåòñÿ, òî ïðè îïðåäåëåííîì çíà÷åíèè íàãðóçêè äâè-
Ðèñ. 3.16
85
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
ãàòåëü áóäåò ðàáîòàòü ïðè
1cos =
ϕ
. Åñëè íàãðóçêó íà äâèãàòåëü óìåíü-
øèòü ïî ñðàâíåíèþ ñ òîé, ïðè êîòîðîé îí èìååò
1cos =
ϕ
, òî
θ
óìåíü-
øèòñÿ è òîê äâèãàòåëÿ
I
áóäåò èìåòü îïåðåæàþùóþ ðåàêòèâíóþ (åìêîñ-
òíóþ) ñîñòàâëÿþùóþ (â íàøåì ñëó÷àå òîê
2
I
). Ñëåäîâàòåëüíî, ñ èçìå-
íåíèåì àêòèâíîé ìîùíîñòè ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ìåíÿåòñÿ
ϕ
cos
.
Åñëè èçìåíÿòü òîê âîçáóæäåíèÿ ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïðè ïî-
ñòîÿííîé àêòèâíîé ìîùíîñòè, òî áóäåò ìåíÿòüñÿ åãî
ϕ
cos
, ò.å.
ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü. Íà ðèñ. 3.17 ïðèâåäåíà âåêòîðíàÿ äèàãðàììà
äâèãàòåëÿ äëÿ äàííîãî ñëó÷àÿ, ò.å. êîãäà
constMM
T
==
. Òàê êàê ïðè
ýòîì àêòèâíàÿ ìîùíîñòü ÿâëÿåòñÿ íåèçìåííîé, òî ìîæíî çàïèñàòü
.cossin)/(
0
constmUIXmUEPP
ÑÍÝËÝÌ
====
ϕθ
Ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè íà äâèãàòåëå ñïðàâåäëèâû óñëîâèÿ
constE =
θ
sin
0
,
constI =
ϕ
cos
. Ýòè óñëîâèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ãåîìåò-
ðè÷åñêîå ìåñòî êîíöîâ âåêòîðîâ
0
E
&
è
I
&
ïðè èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäå-
íèÿ åñòü ïðÿìûå (ðèñ. 3.17, ïðÿìàÿ ÀÂ äëÿ âåêòîðîâ
0
E
&
, ïðÿìàÿ ÑD
Ðèñ. 3.17
86
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
äëÿ êîíöîâ âåêòîðîâ
I
&
). Òðåì âåêòîðàì äèàãðàììû
I
&
, èçîáðàæåí-
íûì íà ðèñ. 3.17, ñîîòâåòñòâóþò ðàçëè÷íûå òîêè âîçáóæäåíèÿ (ÝÄÑ
0
E
).
Èçìåíåíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ âûçûâàåò èçìåíåíèå ôàçîâîãî óãëà
ϕ
.
Òîê â ñòàòîðå èìååò íàèìåíüøåå çíà÷åíèå, êîãäà åãî ðåàêòèâíàÿ
ñîñòàâëÿþùàÿ ðàâíà íóëþ (
ϕ
= 0).  íàøåì ñëó÷àå íàèìåíüøèì òîêîì
áóäåò
2
I
, òàê êàê
2
ϕ
= 0.
3.4.2. U-îáðàçíûå õàðàêòåðèñòèêè ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ
Äëÿ êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè èçìåíåíèÿ ðåàêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé
òîêà ñòàòîðà ñ ïîìîùüþ ðåãóëèðîâàíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëåé
èñïîëüçóþò U-îáðàçíûå õàðàêòåðèñòèêè, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé
çàâèñèìîñòü
)(
B
IfI
=
ïðè ïîñòîÿííîì òîðìîçíîì ìîìåíòå íà âàëó
constM
T
=
(ðèñ. 3.18). Ýòè õàðàêòåðèñòèêè ìîãóò áûòü ñíÿòû
ýêñïåðèìåíòàëüíî èëè ïîñòðîåíû íà îñíîâå ãðàôîàíàëèòè÷åñêèõ
ðàñ÷åòîâ ïî âåêòîðíîé äèàãðàììå, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 3.17. U-
îáðàçíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïîäîáíû õàðàêòåðèñòèêàì
ãåíåðàòîðà. Ñèíõðîííûå ìàøèíû, ðàáîòà êîòîðûõ õàðàêòåðèçóåòñÿ
ïðàâîé âåòâüþ U-îáðàçíîé êðèâîé ïðè Ì = 0, ïîëó÷èëè íàçâàíèå
ñèíõðîííûõ êîìïåíñàòîðîâ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïðè áîëüøèõ
çíà÷åíèÿõ òîêà âîçáóæäåíèÿ
B
I
íà÷èíàåòñÿ íàñûùåíèå ìàãíèòíîé öåïè
ìàøèíû, áëàãîäàðÿ ÷åìó ïðàâûå âåòâè U-îáðàçíûõ õàðàêòåðèñòèê
ñòàíîâÿòñÿ áîëåå ïîëîãèìè èç-çà íàðóøåíèÿ ëèíåéíîñòè çàâèñèìîñòè
ìàãíèòíîãî ïîòîêà
0
Φ è ÝÄÑ
0
E
îò òîêà âîçáóæäåíèÿ
B
I
.
Ðèñ. 3.18
Íà ðèñ. 3.19 ïðåäñòàâëåíà ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñèíõðîí-
íîãî äâèãàòåëÿ
)(M
f
n =
. Ýòà õàðàêòåðèñòèêà ó ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé
87
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
ÿâëÿåòñÿ àáñîëþòíî æåñòêîé, òàê êàê ÷àñòîòà âðàùåíèÿ íå çàâèñèò îò
ìîìåíòà íàãðóçêè è ðàâíà ñèíõðîííîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ
0
n
.
Ðèñ. 3.19
3.4.3. Ïóñê ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ
Ïóñê ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ îáû÷íîãî èñïîëíåíèÿ ïóòåì
íåïîñðåäñòâåííîãî âêëþ÷åíèÿ â ñåòü íåâîçìîæåí, òàê êàê ïðè ýòîì
÷àñòîòà âðàùåíèÿ ïîëþñîâ âðàùàþùåãîñÿ ïîëÿ ñòàòîðà îòíîñèòåëüíî
íåïîäâèæíûõ ïîëþñîâ ðîòîðà óâåëè÷èâàåòñÿ. Äëÿ òîãî ÷òîáû
ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò ìîã çàñòàâèòü ðîòîð âðàùàòüñÿ, íåîáõîäèìî,
÷òîáû ïîëþñû ïîëÿ ñòàòîðà ïåðåìåùàëèñü îòíîñèòåëüíî ïîëþñîâ
ðîòîðà ìåäëåííî. Äëÿ ýòîãî ïåðåä ïîäêëþ÷åíèåì ñèíõðîííîãî
äâèãàòåëÿ ê ñåòè åãî íåîáõîäèìî ðàñêðóòèòü äî ñèíõðîííîé ÷àñòîòû.
Ñ ýòîé öåëüþ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñïåöèàëüíûå ðàçãîííûå äâèãàòåëè,
êîòîðûå ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþùèõ óñòðîéñòâ ïîäñîåäèíÿþò ê
ñèíõðîííîìó äâèãàòåëþ íà ïåðèîä ïóñêà.
Äëÿ ðàçãîíà ñîâðåìåííûõ ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ÷àùå ïðèìåíÿ-
þò àñèíõðîííûé ïóñê (ïðîöåäóðà ðàçãîíà ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ñ
èñïîëüçîâàíèåì ñïåöèàëüíîé ïóñêîâîé îáìîòêè ñòàòîðà), êîòîðûé ñî-
ñòîèò â òîì, ÷òî â íà÷àëå ïóñêà äâèãàòåëü ðàçãîíÿþò êàê àñèíõðîííûé.
Äëÿ ýòîãî ðîòîðû ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ñíàáæàþò ñïåöèàëüíîé ïóñ-
êîâîé îáìîòêîé, ïîäîáíîé êîðîòêîçàìêíóòîé îáìîòêå àñèíõðîííîãî
äâèãàòåëÿ. Ïðè àñèíõðîííîì ïóñêå îáìîòêó ñòàòîðà ñèíõðîííîãî äâè-
ãàòåëÿ ïîäñîåäèíÿþò ê ñåòè, à îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ (ðîòîðà) çàìûêàþò
íà äîáàâî÷íûé ðåçèñòîð ñ ñîïðîòèâëåíèåì
äîá
r
è ïîñòîÿííûé òîê â
íåå â ïåðâîíà÷àëüíûé ìîìåíò íå ïîäàåòñÿ.  òàêîì ðåæèìå äâèãàòåëü
íà÷èíàåò ðàáîòàòü êàê àñèíõðîííûé è ðàçãîíÿåòñÿ äî ñîîòâåòñòâóþùåé
÷àñòîòû, íåñêîëüêî ìåíüøåé ñèíõðîííîé. Ïîñëå òîãî êàê ÷àñòîòà âðà-
ùåíèÿ äâèãàòåëÿ óñòàíîâèòñÿ, îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ îòêëþ÷àþò îò
äîá
r
88
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
è ïîäêëþ÷àþò ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî
òîêà, âñëåäñòâèå ÷åãî äâèãàòåëü ñàì âõî-
äèò â ñèíõðîíèçì. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî
àñèíõðîííûé ïóñê äâèãàòåëÿ îñóùåñòâëÿòü
ïðè ðàçîìêíóòîé îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ
íåëüçÿ, òàê êàê â íà÷àëüíûé ìîìåíò ïóñêà
ïðè s=1 âðàùàþùèìñÿ ìàãíèòíûì ïîëåì
â íåé èíäóöèðóåòñÿ çíà÷èòåëüíàÿ ÝÄÑ, êî-
òîðàÿ èç-çà áîëüøîãî ÷èñëà âèòêîâ îáìîò-
êè âîçáóæäåíèÿ ìîæåò ñòàòü íàñòîëüêî
áîëüøîé, ÷òî ïðîèçîéäåò ïðîáîé èçîëÿ-
öèè. Ïîýòîìó ïðè ïóñêå îáìîòêó âîçáóæ-
äåíèÿ ïîäêëþ÷àþò ê äîáàâî÷íîìó ðåçèñ-
òîðó, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî â 8 12 ðàç
ïðåâûøàåò àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå
B
r
îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. Ïðèíöèïèàëüíàÿ
ñõåìà àñèíõðîííîãî ïóñêà ñèíõðîííîãî
äâèãàòåëÿ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3.20.
Ñèíõðîííûå äâèãàòåëè èìåþò áîëåå
ñëîæíóþ êîíñòðóêöèþ, ÷åì àñèíõðîííûå
äâèãàòåëè ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì.
Äëÿ íèõ íàðÿäó ñ ñåòüþ ïåðåìåííîãî òîêà
íåîáõîäèìî èìåòü èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî
òîêà. Ïóñê ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ñëîæ-
íåå, ÷åì àñèíõðîííûõ. Âìåñòå ñ òåì ñèíõðîííûå äâèãàòåëè ìîãóò
ðàáîòàòü ñ
1cos =
ϕ
íåçàâèñèìî îò íàãðóçêè äâèãàòåëÿ. Îíè ìåíåå
÷óâñòâèòåëüíû ê êîëåáàíèÿì íàïðÿæåíèÿ ñåòè, äëÿ íèõ õàðàêòåðíî
ñòðîãîå ïîñòîÿíñòâî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ íåçàâèñèìî îò íàãðóçêè íà âàëó.
Ñîïîñòàâëåíèå äîñòîèíñòâ è íåäîñòàòêîâ ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé
ïîêàçûâàåò, ÷òî èõ áîëåå âûãîäíî ïðèìåíÿòü, ÷åì àñèíõðîííûå äâè-
ãàòåëè, ïðè áîëüøèõ ìîùíîñòÿõ (íà÷èíàÿ ñ 100 êÂò è âûøå).
4. ÌÀØÈÍÛ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ
4.1. Íàçíà÷åíèå, óñòðîéñòâî è ïðèíöèï äåéñòâèÿ ìàøèí
ïîñòîÿííîãî òîêà
Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì áîëåå ïðîñòûõ â èçãîòîâëåíèè è îáñëóæè-
âàíèè äâèãàòåëåé ïåðåìåííîãî òîêà ÿâëÿþòñÿ òðóäíîñòè ðåãóëèðîâàíèÿ
èõ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ. Ïîýòîìó åñëè â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè òðåáóåòñÿ
ïëàâíî ðåãóëèðîâàòü ÷àñòîòó âðàùåíèÿ äâèãàòåëåé â øèðîêèõ ïðåäåëàõ,
òî ïðèìåíÿþò ýëåêòðîäâèãàòåëè ïîñòîÿííîãî òîêà. Íàðÿäó ñ äâèãàòå-
Ðèñ. 3.20
89
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
ëÿìè íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå è ãåíåðàòîðû ïîñòîÿííîãî òîêà.
Îñíîâíîé íåäîñòàòîê ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà ýòî áîëåå ñëîæíàÿ,
äîðîãàÿ è ìåíåå íàäåæíàÿ êîíñòðóêöèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ áåñêîëëåêòîð-
íûìè ìàøèíàìè ïåðåìåííîãî òîêà. Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ
ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà çàâèñèò îò èõ íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè, è ñ åå
âîçðàñòàíèåì ÊÏÄ óâåëè÷èâàåòñÿ. Äëÿ ìèêðîìàøèí îáû÷íî ÊÏÄ ~60%,
äëÿ ìàøèí ìîùíîñòüþ ñâûøå 100 êÂò ÊÏÄ ïðåâûøàåò 90%.
Ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà, êàê äâèãàòåëè, òàê è ãåíåðàòîðû,
óñòðîåíû îäèíàêîâî (ðèñ. 4.1). Èõ îñíîâíûìè ÷àñòÿìè ÿâëÿþòñÿ ñòàòîð
ñ ìàãíèòíûìè ïîëþñàìè (ãëàâíûìè 2 è äîáàâî÷íûìè 5) è ðîòîð. Íà
ãëàâíûõ ïîëþñàõ ñòàòîðà ðàñïîëîæåíà îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ 3, ÷åðåç
êîòîðóþ ïðîõîäèò ïîñòîÿííûé òîê
B
I
, ñîçäàþùèé ìàãíèòíîå ïîëå
âîçáóæäåíèÿ
B
Φ . Íà ðîòîðå ðàñïîëîæåíà îáìîòêà, â êîòîðîé ïðè åãî
âðàùåíèè íàâîäèòñÿ ÝÄÑ, ïîýòîìó ðîòîð ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà
ÿâëÿåòñÿ ÿêîðåì. Äåòàëè ìàøèíû êðåïÿòñÿ íà ñòàíèíå 1. Íà äîáàâî÷íûå
ïîëþñû íàñàæåíû îáìîòêè 6. Ìåæäó ïîëþñàìè íà âàëó ìàøèíû 7
âðàùàåòñÿ áàðàáàííûé ÿêîðü 8, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé öèëèíäð,
îáû÷íî íàáðàííûé èç ëèñòîâ ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè. Âäîëü âíåøíåé
ïîâåðõíîñòè öèëèíäðà ÿêîðÿ èìåþòñÿ ïàçû, â êîòîðûå óêëàäûâàþòñÿ
ïðîâîäíèêè îáìîòêè ÿêîðÿ 9. Âûâîäû îáìîòêè ÿêîðÿ ñîåäèíåíû ñ
êîëëåêòîðîì 11 (êîëëåêòîð ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà ÷àñòü ÿêîðÿ,
îáðàçîâàííàÿ èç îòäåëüíûõ (èçîëèðîâàííûõ äðóã îò äðóãà) ìåäíûõ
ïëàñòèí êëèíîâèäíîé ôîðìû, ñîåäèíåííûõ ñ ñåêöèÿìè îáìîòêè),
Ðèñ. 4.1
90
Ñîâðåìåííûé Ãóìàíèòàðíûé Óíèâåðñèòåò
êîòîðûé çàêðåïëåí íà âàëó. Ê êîëëåêòîðó ñ ïîìîùüþ ïðóæèí
ïðèæèìàþòñÿ ùåòêè 10, êîòîðûå ðàñïîëîæåíû â ùåòêîäåðæàòåëÿõ.
Ùåòêè, ïðèìåíÿåìûå â ìàøèíàõ ïîñòîÿííîãî òîêà, áûâàþò ãðàôèòíûìè,
óãîëüíî-ãðàôèòíûìè èëè ìåäíî-ãðàôèòíûìè. Ñ ïîìîùüþ êîëëåêòîðà è
ùåòîê âðàùàþùàÿñÿ îáìîòêà ÿêîðÿ ìàøèíû ñîåäèíÿåòñÿ ñ âíåøíåé
ýëåêòðè÷åñêîé öåïüþ.
4.1.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ãåíåðàòîðîâ ïîñòîÿííîãî òîêà îñíîâàí íà
èñïîëüçîâàíèè ÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè. Åñëè ÿêîðü âðàùàòü
ïåðâè÷íûì äâèãàòåëåì ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå (ñì. ðèñ. 4.1), òî âî âñåõ
åãî ïðîâîäíèêàõ, íàõîäÿùèõñÿ â ðàññìàòðèâàåìûé ìîìåíò âðåìåíè â
çîíå ñåâåðíîãî ïîëþñà, èíäóöèðóþòñÿ ÝÄÑ, íàïðàâëåííûå, ñîãëàñíî
ïðàâèëó ïðàâîé ðóêè, îò íàáëþäàòåëÿ, à â ïðîâîäíèêàõ, íàõîäÿùèõñÿ â
çîíå þæíîãî ïîëþñà, íàïðàâëåííûå ê íàáëþäàòåëþ. Ñëåäîâàòåëüíî,
ïðè çàäàííîì íàïðàâëåíèè âðàùåíèÿ ÿêîðÿ íàïðàâëåíèå íàâåäåííûõ
ÝÄÑ â ïðîâîäíèêàõ çàâèñèò îò òîãî, ïîä êàêèì ïîëþñîì íàõîäèòñÿ â
äàííûé ìîìåíò ïðîâîäíèê, ïðè÷åì â ïðîâîäíèêàõ, ðàñïîëîæåííûõ
âûøå ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè (ëèíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé îñè
ïîëþñîâ), ÝÄÑ âñåãäà íàïðàâëåíà â îäíó ñòîðîíó, à â ïðîâîäíèêàõ,
ëåæàùèõ íèæå ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè, â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó.
Òàê êàê ìàøèíà óñòðîåíà ñèììåòðè÷íî, òî êîëè÷åñòâî ïðîâîäíèêîâ,
íàõîäÿùèõñÿ ïîä êàæäûì ïîëþñîì, áóäåò ïîñòîÿííûì, à çíà÷èò, è
ñóììàðíàÿ ÝÄÑ, íàâîäèìàÿ â íèõ è ïðèõîäÿùàÿñÿ íà îäèí ïîëþñ, òàêæå
ïîñòîÿííà ïî ïîëÿðíîñòè è ïðèìåðíî îäèíàêîâàÿ ïî çíà÷åíèþ.
Ïðîâîäíèêè ÿêîðÿ, íàõîäÿùèåñÿ íà ëèíèè ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè,
íå ïåðåñåêàþò ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ, à ñêîëüçÿò âäîëü íèõ, ïîýòîìó
ÝÄÑ â íèõ ðàâíà íóëþ.
Ìàãíèòíûé ïîòîê ãëàâíûõ ïîëþñîâ, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç ñåðäå÷íèê
ÿêîðÿ, ðàñïðåäåëÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ìàãíèòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ íà
åãî ïóòè. Äëÿ òîãî ÷òîáû ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ ðàñïðåäåëÿëàñü ïî
ïîëþñàì áîëåå ðàâíîìåðíî è îõâàòûâàëà áîëüøóþ ÷àñòü ïîâåðõíîñòè
ÿêîðÿ, ïîëþñû ìàøèíû ñíàáæàþò ïîëþñíûìè íàêîíå÷íèêàìè (ðèñ. 4.2,à).
Êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè (ðèñ. 4.2,á) áëèçêà ê òðàïåöåèäàëüíîé
è ìîæåò áûòü èçìåíåíà â íåêîòîðûõ ïðåäåëàõ çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ
øèðèíû ïîëþñíîãî íàêîíå÷íèêà è ðàçìåðà âîçäóøíîãî çàçîðà δ ìåæäó
íàêîíå÷íèêîì è ÿêîðåì. Ïðè âðàùåíèè â êàæäîì ïðîâîäíèêå ÿêîðÿ
íàâîäèòñÿ ïåðèîäè÷åñêàÿ ÝÄÑ, ïåðèîä êîòîðîé ðàâåí âðåìåíè
äâèæåíèÿ ïðîâîäíèêà âäîëü äâóõ ñîñåäíèõ ïîëþñíûõ äåëåíèé
)2/( pD
πτ
= , ãäå
D
äèàìåòð ÿêîðÿ;
p
÷èñëî ïàð ïîëþñîâ.
Íàïðèìåð, ïðè
p
= 1 ïåðèîä
T
ñîîòâåòñòâóåò îäíîìó îáîðîòó ÿêîðÿ,
ïðè
p
= 2 ïîâîðîòó ÿêîðÿ íà 1/2 îáîðîòà è ò. ä.