Синхронные машины

Г Л А В А СЕМНАДЦАТАЯ СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ 17.1 Принцип действия СМ Явнополюсная машина. Обмотка возбуждения создает магнитный поток возбуждения СМ (рис.17.1), который сцепляется с обмоткой якоря и индуктирует в ней ЭДС . При нагрузке обмотка якоря СМ она создает собственное магнитное поле, которое называется полем реакции якоря. В отличие от МПТ в СМ влияние реакции якоря на магнитный поток весьма значительно. Это обусловлено прежде всего тем, что в СМ в общем случае возникает также значительная продольная реакция якоря, усиливающая или ослабляющая поток полюсов. Кроме того, поле поперечной реакции якоря СМ также индуктирует значительную ЭДС в обмотке якоря. Поэтому реакция якоря СМ оказывает весьма существенное влияние на характеристики и поведение СМ. 17.2 Характеристики СГ Характеристика холостого хода. Определяет зависимость U=f(if ) при I=0 и f = fн. (рис.17.2, кривая 1). Характеристика короткого замыкания. Определяет зависимость I=f(if ) при U=0 и f = fн. (рис.17.2, кривая 2). Характеристика снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки якоря накоротко. Внешняя характеристика определяет зависимость U = f( I ) при if = const, cos =const f = fн. и показывает как изменяется напряжение CМ при изменении нагрузки и неизменном токе возбуждения (рис.17.3). Регулировочная характеристика определяет зависимость if = f(I) при U = const и f = const и показывает как нужно регулировать ток возбуждения СГ, чтобы при изменении нагрузки его напряжение осталось неизменным (рис.17.4). Нагрузочная характеристика определяет зависимость U = f(if ) при I = const и f = const и показывает как изменяется напряжение генератора с изменение тока возбуждения при условии постоянства тока нагрузки и коэффициента мощности рис.17.5). 17.3 Параллельная работа СМ Благодаря наличию параллельно работающих генераторов достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера. Все параллельно работающие СГ должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты. Поэтому они должны вращаться синхронно. Условия синхронизации СГ. При включении СГ на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на х.х. Перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора. 1. Напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети или уже работающего генератора. 2. Частота генератора должна быть равна напряжению сети. 3. Чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково. 4. Напряжение генератора и сети должны быть в противофазе. 17.3 Синхронные двигатели СД имеют по сравнению с АД преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током могут работать с коэффициентом мощности равным единицы и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях. Максимальный момент СД пропорционален напряжению, а у АД – квадрату напряжения. Поэтому при понижении напряжения СД сохраняет большую перегрузочную способность. Кроме того, использование возможности увеличения тока возбуждения в СД позволит увеличивать надежность их работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом. С другой стороны, конструкция СД сложнее, чем АД с кзр, и кроме того, СД должны иметь возбудитель или иное устройство для питания ОВ постоянным током. Вследствие этого СД дороже АД с кзр. Пуск и регулирование СД также сложнее, чем АД. Тем не менее, преимущество СД настолько велико, что при мощностях более 300 кВт их целесообразно применять всюду, где не требуются частых пусков и регулирования частоты вращения. Способы пуска СД. В большинстве случаев, при наличии короткозамкнутой обмотки, применяется асинхронный пуск. Кроме этого пуска применяют прямой пуск и пуск с помощью приводного двигателя. 17.4 Механическая и угловая характеристики синхронных двигателей ~ + – rв M Iв Рис.17.6. Схема включения синхронного двигателя Наличие источника постоянного тока приводит к усложнению и удорожанию установок, целесообразно применение синхронных двигателей только большой мощности. Основным свойством синхронных двигателей является то, что они работают с постоянной частотой вращения  0 2  f / p генераторный режим  0 двигательный режим М Мн Рис.17.7. Механическая характеристика синхронного двигателя Для определения развиваемого двигателем электромагнитного момента и перегрузочной способности двигателя используют угловую характеристику, под которой понимается зависимость между электромагнитным моментом двигателя М и углом пространственного смещения между осями полей статора (определяется вектором U) и ротора (определяется вектором ЭДС холостого хода ) E0  • Можно считать, что электромагнитный момент синхронной машины M M max sin  где M max . – постоянная величина при данном токе возбуждения I в В двигательном режиме ротор отстает от поля статора. Мы принимаем в этом режиме угол  положительным, т.е. и М  0 ; при отсутствии нагрузки:М 0 и  0 ; в тормозном (генераторном) режиме:   0 и соответственно М  0 . Максимум электромагнитного момента наступает при  90 • Таким образом, устойчивая работа двигателя возможна при   90 . 0 М max М двигательный режим Мн  1800  900    н 90 180 тормозной режим Рис.17.8. Угловая характеристика синхронного двигателя