Энергетическая диаграмма синхронного генератора.

Коэффициент полезного действия синхронного генератора , где  - механическая мощность приводного двигателя на валу СГ,  - электрическая полезная мощность нагрузки.

Преобразование энергии в СГ связано с потерями энергии. На рис. 3.15 показана энергетическая диаграмма СГ.

P1

∆P0

P2=3UIcosφ

Pэм

∆Pмех

∆Pм

∆Pвозб

∆Pдоб

∆Pэ1

Рис. 3.15. Энергетическая диаграмма СГ

Механические потери  - потери на трение в подшипниках, трение щеток о контактные кольца, трение о воздух, сопротивление вентилятора, охлаждающего генератор.

Магнитные потери  - потери в стали статора на гистерезис и вихревые токи. Потери на возбуждение  - электрические потери в обмотке возбуждения  плюс потери в возбудителе, который сочленен с валом ротора. Эти потери составляют потери холостого хода . Добавочные потери  - потери, вызванные пульсациями поля, которые вызваны зубчатостью поверхностностей статора и ротора плюс потери из-за рассеяния магнитного поля.

Электрические потери , в обмотках статора.

Суммарные потери:

Электромагнитная мощность

Полезная мощность , где и  - фазные значения тока и напряжения обмоток статора.

У синхронных генераторов большой мощности свыше 500 кВА КПД может достигать 95 – 99 %.

Работа синхронной машины в режиме двигателя

Принцип действия.

В режиме двигателя обмотка возбуждения подключается к сети постоянного тока, как и в режиме генератора, а обмотка статора – к трехфазной сети. Трехфазный ток обмотки статора создает вращающееся магнитное поле. На рис. 3.16 магнитное поле статора условно изображено постоянными магнитами.

Рис 3.16 Режим двигателя СМ: а – холостой ход; б – под нагрузкой

При отсутствии механической нагрузки на валу двигателя (режим холостого хода) в соответствии с принципом работы электромагнитных устройств общий магнитный поток будет максимальным, если магнитное поле, образованное током возбуждения, и вращающееся магнитное поле статора будут направлены в одну сторону. При этом ротор должен вращаться с той же частотой, что и поле статора. Между полюсами возникает электромагнитная сила, стремящаяся уменьшить воздушный зазор, так что ротор будет испытывать растягивающее усилие, а статор – сжимающее (см. рис. 3.16а). В этом случае электромагнитный момент, действующий на ротор, будет отсутствовать, так как плечо между этими силами равно нулю.

Под нагрузкой в результате действия тормозного момента сопротивления М_с ротор приотстанет от поля статора на угол θ (см. рис 3.16 б). Но при этом между электромагнитными силами возникает плечо и, таким образом, создается вращающий момент, который должен уравновесить тормозной момент. Чем больше механическая нагрузка, тем больше величина угла θ, тем больший создается вращающий момент. Ниже показано, что электромагнитный вращающий момент пропорционален синусу угла θ между осями магнитных потоков: М = М_махsinθ.