Рабочие характеристики синхронного двигателя

Это зависимости . Их примерный вид изображен на рис.3.32.

СД может работать с . Обычно СД рассчитывают для работы с опережающим . При этом СД не потребляет, а отдает реактивную мощность в сеть. На холостом ходу СД потребляет в основном реактивный опережающий ток и его весьма мал. При этом может существенно улучшается сети, на которую работают асинхронные двигатели, так как их реактивная мощность уменьшается ввиду ее компенсации СД.

 

3 .6.5. Пуск в ход синхронного двигателя

СД не имеет начального пускового момента, так как в течение одного полупериода его ротор, в силу значительной инерции, не может разогнаться до частоты вращения поля . Поэтому не возникает электромагнитного взаимодействия между ротором и полем. Чтобы это взаимодействие возникло, необходимо ротор разогнать до частоты близкой к синхронной частоте вращения.

Наиболее широко применяется асинхронный пуск СД. С этой целью на роторе СД помещается короткозамкнутая обмотка, выполненная по типу беличьей клетки (рис. 3.33). Стержни этой обмотки размещаются в полюсных наконечниках и замыкаются с торцов кольцами.

При асинхронном пуске обмотка статора включается в сеть. Вращающиеся поле наводит в стержнях короткозамкнутой обмотки ЭДС и токи. В результате взаимодействия последних с магнитным полем возникает момент и ротор разгоняется до подсинхронной скорости.

При асинхронном пуске возможно применение двух схем (рис. 3.34).

При пуске по схеме (рис. 3.34,а) после включения обмотки статора СД приходит во вращение. В процессе разбега обмотка возбуждения СД замыкается на активное сопротивление . Это делается с целью предотвращения пробоя обмотки возбуждения под действием значительной ЭДС индуктируемой в данной обмотке вращающимся полем. При подходе к подсинхронной скорости вращения сопротивление отключается и обмотка возбуждения (ОВ) подключается к зажимам возбудителя (В). Возбудителем является генератор постоянного тока параллельного возбуждения. В обмотке возбуждения (ОВ) появляется ток возбуждения и СД под действием синхронизирующего момента входит в синхронизм.

При асинхронном пуске по схеме (рис. 3.34,б), обмотка возбуждения СД в процессе разбега наглухо подключена к зажимам возбудителя (В). Так как сопротивление обмотки якоря возбудителя мало, то обмотка возбуждения СД оказывается примерно замкнутой накоротко. В процессе разбега, при частоте вращения , начинает возбуждаться возбудитель, находящийся на одном валу с ротором СД. В обмотке возбуждения (ОВ) появляется ток возбуждения , который увеличивается по мере приближения частоты вращения к подсинхронной. Далее СД автоматически втягивается в синхронизм.

Пуск по схеме (рис. 3.34,б) имеет существенные недостатки.

1. В процессе разбега возбудитель возбуждается слишком рано, и возникающий ток вызывает дополнительный тормозной момент;

2. Приходится считаться с возможностью возникновения одноосного включения.

Этот эффект был рассмотрен выше при изучении работы АД с не симметричным сопротивлением ротора. В рассматриваемом случае вращающееся поле статора наводит в однофазной обмотке возбуждения СД переменную ЭДС частоты . Под действием этой ЭДС в однофазной обмотке возбуждения возникает переменный ток той же частоты, который создает пульсирующее поле. Как известно, пульсирующее поле можно представить двумя вращающимися в противоположные стороны полями с частотой вращения . Прямое поле ротора вращается с частотой вращения , где – частота вращения ротора. Таким образом, прямое поле ротора вращается с той же частотой и в ту же сторону, что и поле статора. Другими словами, эти поля неподвижны относительно друг друга и обуславливают асинхронный момент, как в обычных АД (Рис.3.35, кривая 1). Что касается обратного поля ротора, то оно вращается с частотой . При это поле вращается в сторону противоположную вращению ротора, а при – в ту же сторону. При поле неподвижно.

Обратное поле обуславливает знакопеременный момент (см. рис. 3.35, кривая 2). Результирующий момент (кривая 3) будет иметь провал при или при . Наличие этого провала может вызвать затруднение пуска.

С целью увеличения начального пускового момента, активное сопротивление короткозамкнутой обмотки следует выбирать по возможности максимальным. Но при этом уменьшается момент входа в синхронизм, то есть наибольший нагрузочный момент при котором СД, доведенный до подсинхронной частоты вращения, способен еще войти в синхронизм.

Достоинства СД.

1. СД способен работать при . Перевозбужденный СД потребляет из сети опережающий ток, что способствует улучшению коэффициента мощности сети.

2. На СД оказывает меньшее влияние колебания напряжения сети, чем на АД. Действительно, у СД , а у АД .

3. Строго постоянная частота вращения независимо от режима работы.

 

 

Недостатки СД.

1. Более сложна конструкция. Необходимость в источнике постоянного тока для возбуждения.

2. Относительная сложность пуска СД.

3. Трудность регулирования частоты вращения.

Тем не менее, при мощностях более 200…300 кВт СД более предпочтителен, если не требуется регулировка частоты вращения.

 

3 .6.6. Синхронный компенсатор

Синхронным компенсатором (СК) называют СД, работающий без нагрузки на валу, т.е. в режиме холостого хода. СК применяются для улучшения сети и для поддержания нормального уровня напряжения сети в местах подключения потребителей.

Нормальный режим СК – режим перевозбуждения, используемый для улучшения коэффициента мощности сети. СК потребляет из сети опережающий ток, т.е. он вырабатывает реактивную мощность, отдавая ее в сеть. Его нередко называют генераторами реактивной мощности.

Поясним принцип улучшения коэффициента мощности сети с помощью перевозбужденного СК. Пусть такой СК включен в сеть, где работают два асинхронных двигателя (АД1 и АД2) (рис. 3.36).

Активная составляющая тока СК очень мала, так как потребляемая активная мощность идет только на покрытие потерь холостого хода.

СК может использоваться и в режиме недовозбуждения. В этом режиме он используется для поддержания напряжения сети в период отключения нагрузок потребителей. Напряжение сети стремится, в это время, возрасти. Включенный в это время недовозбужденный СК уменьшает напряжение сети до нормального уровня, так как недовозбужденный СК эквивалентен индуктивности и потребляет отстающий ток.

Номинальная мощность СК является его мощность в перевозбужденном режиме .