imported>Tucvbif: Некорректное прочтение источника

2025-09-06T07:53:12Z

Некорректное прочтение источника

Новая страница

[[Файл:Synchronous motor-generator set for AC to DC conversion (Rankin Kennedy, Electrical Installations, Vol II, 1909).jpg|мини|Синхронный [[Генератор-двигатель|двигатель-генератор]], использовавшийся как [[выпрямитель]] (1909)]]
[[Файл:3phase-rmf-320x240-180fc.gif|мини|Типичная синхронная машина — [[Трёхфазный двигатель|трёхфазный электродвигатель]]]]
'''Синхро́нная машина''' — '''Синхронная машина''' — это [[электрическая машина]] [[переменный ток|переменного тока]], [[частота]] вращения [[ротор (техника)|ротора]] которой равна частоте вращения [[магнитное поле|магнитного поля]] в воздушном зазоре. Синхронная машина обратима, и может работать как [[Генератор переменного тока|генератор]] и как [[Электрический двигатель|электродвигатель]].

== Устройство==
[[File:GS-501AU2.jpg|thumb|Синхронный главный генератор тепловоза [[2ТЭ25К#2ТЭ25КМ|2ТЭ25КМ]]: 1 — щётка, 2 — контактное кольцо, 3 — вал ротора, 4 — полюс ротора, 5 — статор]]
Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения). Как правило, якорь располагается на статоре, а на отделённом от него зазором роторе находится индуктор — таким образом, по принципу действия синхронная машина представляет собой как бы «вывернутую наизнанку» машину постоянного тока, переменный ток для обмотки якоря которой не получается с помощью [[Щёточно-коллекторный узел|коллектора]], а подводится извне.

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора и называется поэтому также ''полем реакции якоря''. В генераторах поле реакции якоря создаётся переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — [[электромагнит]]ов постоянного тока<ref>Обычно ток возбуждения является постоянным, но иногда он может иметь более сложную зависимость от времени (когда, например, хотят искусственно обеспечить устойчивость машины или создать какой-нибудь сложный режим работы).</ref> или [[постоянный магнит|постоянных магнитов]] (в [[Электрическая микромашина|микромашинах]]). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами [[машина постоянного тока|машины постоянного тока]]. При не явнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин [[Асинхронная машина#Асинхронный двигатель с фазным ротором|с фазным ротором]], с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый ''большой зуб''). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока, применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную (набранную из отдельных листов) конструкцию из [[Электротехническая сталь|электротехнической стали]].

== Принцип действия==
Как всякая электромашина (кроме [[Гистерезисный двигатель|гистерезисного двигателя]]), синхронная машина может работать в режимах двигателя и генератора.

=== Генераторный режим ===
[[File:VS-PSG-25KM.jpg|thumb|Однофазный синхронный [[Возбуждение (электротехника)|возбудитель]] тепловоза [[2ТЭ25К#2ТЭ25КМ|2ТЭ25КМ]], 8 — статор, 9 — контактные кольца, 10 — щётки]]
Обычно синхронные генераторы выполняют с силовыми обмотками, расположенными на статоре для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой со статора (0,3...2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения на якорь с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции: при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочерёдно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространённом случае применения трёхфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещённых друг относительно друга на 120 градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трёхфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Частота индуцируемой ЭДС <math>f\,\!</math> [Гц] связана с частотой вращения ротора <math>n\,\!</math> [об/мин] соотношением:

:<math>f = \frac{n \cdot p}{60}</math>,

где <math>p\,\!</math> — число пар полюсов.

Часто синхронные генераторы используют вместо [[машина постоянного тока|коллекторных машин]] для генерации постоянного тока, подключая их обмотки якоря к [[Выпрямитель#Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»)|трёхфазным выпрямителям]] — на [[тепловоз]]ах (например, [[ТЭП70]], [[2ТЭ116]]), [[Электрооборудование автомобиля#Источники питания|автомобилях]], [[Летательный аппарат|летательных аппаратах]]. Это сделано из-за намного больших надёжности и межремонтного ресурса синхронных машин.<ref name="AO">{{книга|заглавие=Авиационное оборудование|ссылка=http://lib.mexmat.ru/books/47278|ответственный=под ред. [[Доброленский|Ю. П. Доброленского]]|место=М.|издательство=Военное издательство|год=1989|страниц=248|isbn=5-203-00138-3|archive-date=2021-12-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20211203133600/http://lib.mexmat.ru/books/47278}}</ref><ref name="500-66">Устройство и эксплуатация автомобилей МАЗ-500А и ГАЗ-66: Учебное пособие — М., ДОСААФ, 1981, Калишев Г. В., Комаров Ю. Н., Романов В. М., ББК 39.335.4</ref>

=== Двигательный режим ===
Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щётка-кольцо), в маломощных, к примеру, в двигателях [[Жёсткий диск|жёстких дисков]] — постоянные магниты. Существует ''обращённая'' конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются [[сверхпроводник]]и).

'''Запуск двигателя.''' Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора: если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора) — это явление называется «вход в синхронизм».

Для разгона обычно используется асинхронный режим<ref name="Nasosy">{{книга|ссылка=https://www.sealib.com.ua/engineering/svm/karelin.html|автор=Карелин В. Я., Минаев А. В.|заглавие=Насосы и насосные станции|издание=2-е|место=М.|издательство=Стройиздат|год=1986|archive-date=2018-12-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20181227041656/https://www.sealib.com.ua/engineering/svm/karelin.html}}</ref>, при котором обмотки индуктора замыкаются через [[реостат]] или накоротко как в [[асинхронная машина|асинхронной машине]], для такого режима запуска в машинах на роторе делается короткозамкнутая обмотка, которая также выполняет роль успокоительной обмотки, устраняющей "раскачивание" ротора при синхронизации. После выхода на скорость, близкую к номинальной (> 95% — так называемая подсинхронная скорость), индуктор запитывают постоянным током.

В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель либо [[Частотно-регулируемый привод|частотно-регулируемый пуск]], также частотное регулирование применяют на всех типах СД в рабочем режиме — например, на тяговых двигателях скоростного электропоезда [[TGV]]. Двигатели старых [[Электропроигрывающее устройство|электропроигрывателей]] требовали ручного пуска — прокрутки пластинки рукой, позже в проигрывателях стали применяться асинхронные двигатели.

Иногда на валу крупных машин ставят небольшой генератор (постоянного тока или переменного тока с выпрямлением), т.н. возбудитель, который питает обмотку возбуждения. В некоторых случаях (например, на тепловозах) возбудитель установлен отдельно и приводится через повышающий редуктор.<ref name="2TE116">{{книга|ссылка=http://www.pomogala.ru/books_4_teplovoz/teplovoz_2te116_1996.html|автор=Филонов С. П.|заглавие=Тепловоз 2ТЭ116|издание=2-е|место=М.|издательство=[[Транспорт (издательство)|Транспорт]]|год=1985|isbn=5-277-02012-8|ref=Тепловоз 2ТЭ116|archive-date=2018-12-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20181212153645/http://www.pomogala.ru/books_4_teplovoz/teplovoz_2te116_1996.html}}</ref>

Частота вращения ротора <math>n\,\!</math> [об/мин] остаётся неизменной, жёстко связанной с частотой сети <math>f\,\!</math> [Гц] соотношением:

:<math>n = \frac{60f}{p}</math>,

где <math>p\,\!</math> — число пар полюсов статора, в зависимости от нагрузки машины меняется лишь угол нагрузки (угол [[тета]]) — [[Электрический градус|электрический угол]] отставания или опережения поля [[Возбуждение (электротехника)|возбуждения]] по отношению к полю якоря. При угле нагрузки более 90 электрических градусов машина выпадает из синхронизма — останавливается, если вал перегружен тормозным моментом, либо уходит на повышенные обороты, если машина работает в режиме генератора и недогружена электрической нагрузкой.

[[Файл:500_kV_Zlatoust_synchronous.jpg|thumb|260px|Синхронный компенсатор на [[Электрическая подстанция|подстанции]] 500 кВ «Златоуст»]]
Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют [[Коэффициент мощности|косинус фи]] с ёмкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт (воздуходувки, водоперекачивающие и нефтеперекачивающие насосы), к примеру, типа СТД, при меньших мощностях обычно применяется более простой (и надёжный), в том числе в запуске, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

== Разновидности синхронных машин ==
[[Файл:Selsyn-NS-404-VL80.jpg|260px|right|thumb|Однофазные индикаторные сельсины [[электровоз]]а ''[[ВЛ80]]'']]
[[Гидрогенератор]] — явнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической [[турбина|турбины]] (при низких скоростях вращения, 50 — 600 [[Оборот в минуту|мин<sup>–1</sup>]]).

[[Турбогенератор]] — неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины при высоких скоростях вращения ротора — 6000 (редко), 3000, 1500 об/мин.

[[Компенсирующие устройства|Синхронный компенсатор]] — синхронный двигатель, предназначенный для выработки реактивной мощности, работающий без нагрузки на валу (в режиме холостого хода); при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения коэффициента мощности или в режиме стабилизации напряжения. Дает индуктивную нагрузку.

[[Машина двойного питания]] (в частности [[Асинхронизированная синхронная машина|АСМ]]) — синхронная машина с питанием обмоток ротора и статора токами разной частоты, за счёт чего создаются несинхронные режимы работы.

[[Ударный генератор]] — синхронный генератор (как правило, трёхфазного тока), предназначенный для кратковременной работы в режиме короткого замыкания (КЗ).

[[Сельсин]] — маломощная синхронная машина, используемая как датчик угла поворота либо в паре с другим сельсином для передачи угла поворота без прямой механической связи.

Также существуют безредукторные, шаговые, индукторные, гистерезисные, бесконтактные синхронные двигатели.

=== Бесконтактная синхронная машина ===
[[Файл:Agregats-NK-8-2U.jpg|thumb|260px|Бесконтактный синхронный генератор ГТ40ПЧ6 (поз. 9) на авиадвигателе [[НК-8]]]]
В классической синхронной машине имеется слабое место — контактные кольца со щётками, изнашивающиеся быстрее других частей машины из-за [[Износ (техника)|электроэрозии]] и простого механического износа. Кроме того, искрение щёток может стать причиной взрыва. Поэтому сначала в [[Авиация|авиации]], а позже и в других областях (в частности, на автономных [[Дизельная электростанция|дизель-генераторах]]) получили распространение бесконтактные трёхмашинные синхронные генераторы. В корпусе такого агрегата размещены три машины — подвозбудитель, возбудитель и генератор, их роторы вращаются на общем валу. Подвозбудитель — синхронный генератор с возбуждением от вращающихся на роторе постоянных магнитов, его напряжение подаётся в блок управления генератором, где выпрямляется, регулируется и подаётся в обмотку статора возбудителя. Поле статора наводит в обмотке возбудителя ток, выпрямляемый размещённым на валу блоком вращающихся выпрямителей (БВВ) и идущий в обмотку возбуждения генератора. Генератор уже вырабатывает ток, идущий к потребителям.

Такая схема обеспечивает как отсутствие иных механических частей в двигателе, кроме подшипников, так и автономность работы генератора — всё время, пока генератор вращается, подвозбудитель даёт напряжение, которое может быть использовано для питания цепей управления генератором.

== Примечания ==
<references />

== См. также ==
* [[Асинхронная машина]]
* [[Вентильный электродвигатель]]
* [[Вентильный реактивный электродвигатель]]
* [[Машина постоянного тока]]
* [[Цифровые системы возбуждения]]

== Ссылки ==
* [http://electricalschool.info/main/electroshemy/208-tipovye-skhemy-puska-sinkhronnykh.html Синхронные электродвигатели — типовые схемы пуска ]
* [https://web.archive.org/web/20101218075000/http://motor-remont.ru/books/book1/book1p44.htm Гидрогенераторы ]
* [http://laborant.ru/eltech/01/0/4/08-00.htm Двигатели синхронные серии СТД мощностью 630-12 500 кВт]

{{Двигатели|state5=expanded}}

[[Категория:Электромеханика]]
[[Категория:Синхронные машины]]
[[Категория:Электродвигатели]]
[[Категория:Трёхфазная система электроснабжения]]

Синхронная машина - История изменений

imported>Tucvbif: Некорректное прочтение источника