U – образные характеристики синхронного двигателя

U – образные характеристики показывают зависимость линейного тока I_л и коэффициента мощности cos φ синхронного двигателя от его тока возбуждения при , .

 

 

Рис. 3. U – образные характеристики синхронного двигателя.

 

Известно, что если ток I_В меньше нормального, двигатель недовозбужден и работает как индуктивная нагрузка. Линейный ток I_Л1 отстает по фазе от напряжения на угол φ .

 

 

Рис. 4. Векторная диаграмма токов синхронного двигателя.

 

При нормальном возбуждении линейный ток I_Л совпадает с напряжением и имеет минимальное значение, cos φ = 1. При дальнейшем увеличении тока возбуждения двигатель перевозбужден и работает, как емкостная нагрузка. Линейный ток I_Л2 опережает напряжение на угол φ₂, cos φ уменьшается, а линейный ток I_Л2 растет.

 

 

Компенсация реактивной мощности

Большинство приемников электрической энергии обладают индуктивным сопротивлением (асинхронные двигатели, трансформаторы и др.). Если параллельно приемнику электрической энергии, например, асинхронному двигателю, включить синхронный двигатель, работающий в режиме перевозбуждения (рис. 5), индуктивная составляющая тока асинхронного двигателя и емкостная составляющая тока синхронного двигателя – соответственно и реактивные мощности будут взаимно компенсироваться и на данном участке цепи повысится cos φ. (рис. 6).

 

 

Рис. 5. Упрощенная однолинейная схема параллельного включения асинхронного и синхронного двигателей.

М₁ – асинхронный двигатель, АД;

М₂ – синхронный двигатель, СД;

Р_А, Р_С – активные мощности двигателей.

 

 

Рис. 6. Векторная диаграмма токов при параллельной работе асинхронного и синхронного двигателей.

 

Результирующий cos φ будет зависеть от разности реактивных составляющих токов АД и СД – соответственно и реактивных мощностей.

,

где – активные мощности, потребляемые соответственно асинхронным и синхронным двигателями;

– реактивные мощности соответственно асинхронного и синхронного двигателей.

Эффективность повышения коэффициента мощности путем использования синхронного двигателя по сравнению со статическими конденсаторами состоит в том, что синхронная машина одновременно используется как двигатель, имеющий нагрузку на валу, и как конденсатор, генерирующий реактивную мощность, величину которой можно легко изменить.

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой установки, собранной на стенде, согласно рис. 7.

Рис. 7. Схема включения синхронного и асинхронного двигателей.

 

2. Ознакомиться с расположением оборудования и записать технические данные электроизмерительных приборов и электродвигателей согласно табл. 1.

Таблица 1.

Название прибора	Условное обозначение	Система (марка)	Предел измерения	Класс точности

 

3. Подготовить схему к пуску синхронного двигателя.

4. Автоматы должны находиться в положении «выкл».

5. Поставить движки реостатов в крайнее левое положение, которому соответствует наибольшее сопротивление реостатов.

6. Асинхронный пуск синхронного двигателя:

Включить автомат на распределительном щите. Записать величину линейного напряжения.

Нажать кнопку «ПУСК». Ротор двигателя начинает вращаться, о подходе ротора к синхронной частоте вращения можно судить по амперметру , стрелка которого будет колебаться с уменьшающейся частотой. Через 4 – 5 сек. включить автомат , ротор двигателя втягивается в синхронизм и процесс пуска закончен. Снять показания вольтметра рV_Л.

7. Снятие U – образных характеристик синхронного двигателя при Нм.

Для того чтобы нагрузить синхронный двигатель, необходимо включить автомат электромагнитного тормоза. С помощью резистора установить на шкале моментов Нм.

Снять U – образные характеристики синхронного двигателя, т.е. изменения линейного тока в статорной цепи I_Л и коэффициента мощности – cos φ_C синхронного двигателя в зависимости от тока возбуждения I_В. Данные измерений записать в таблицу 2.

Таблица 2.

Установить	, А	3.0	4.0	5.0		6.0	7.0
Измерить					1.0
, А

 

Ток возбуждения определить определить при cos φ = 1,0.

 

8. Исследование режима параллельной работы синхронного и асинхронного двигателей.

Установить ток возбуждения синхронного двигателя Двигатель нагружен моментом сопротивления Нм.

Включить автомат и произвести пуск асинхронного двигателя АД.

Снять U – образную характеристику при параллельной работе синхронного и асинхронного двигателей. Результаты эксперимента занести в табл. 3.

 

Таблица 3.

Установить	, А	3.0	4.0	5.0	6.0	7.0
Измерить
, А

 

9. Отключить установку в указанной ниже последовательности:

Поставить движки реостатов в исходное положение.

Отключить автоматы

Нажать кнопку «СТОП», а затем отключить автомат .

 

Обработка результатов

1. Вычертить в отчете принципиальную схему установки.

2. По данным табл. 2 и 3 построить в одних осях координат U – образные характеристики и

3. По данным табл. 3 построить в масштабе векторную диаграмму токов совместной работы СД и АД для случая Iв, заданного преподавателем.

Из векторной диаграммы определить ток асинхронного двигателя, а также асинхронного двигателя.

Рассчитать активные, реактивные и полные мощности обоих двигателей по следующим формулам:

Для асинхронного двигателя:

, Вт,

, вар,

, В А.

 

Для синхронного двигателя:

, Вт,

, вар,

, В А.

 

При совместной параллельной работе АД и СД:

, Вт,

, вар,

, В А.

 

 

Контрольные вопросы

1. Как устроен и работает синхронный двигатель?

2. Почему нельзя пускать синхронный двигатель без дополнительного разгона ротора?

3. Как осуществляется асинхронный пуск синхронного двигателя?

4. Как зависит и синхронного двигателя от тока возбуждения?

5. Как зависит линейный ток от коэффициента мощности синхронного двигателя при и ?

6. Основные достоинства и недостатки синхронного двигателя.

7. Область применения синхронных двигателей.

 

Лабораторная работа №13