Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

4-8. Синхронный двигатель

Рис. 4-75. Диаграмма явнополюсного двигателя, работающего с опережающим током.

женного исследования можно также использовать упрощенные диаграммы.

На рис. 4-75 представлена диаграмма явнополюсного синхронного двигателя, работающего с опережающим током. Здесь фаза тока определяется относительно фазы напряжения сети.

Справа на рис. 4-75 показаны векторы составляющих приложенного к двигателю напряжения, компенсирующих падения напряжения или уравновешивающих соответствующие э. д. с. в обмотке статора; слева показаны векторы этих э. д. с. Их построение производится так же, как для генератора, и должно быть понятно без особых пояснений. При практическом построении диаграммы ограничиваются построением лишь правой ее части. На рис. 4-76 представлена диаграмма явнополюсного двигателя, работающего с отстающим током. В этой диаграмме, как и в дальнейших, индекс с у вектора напряжения опущен.

Мы здесь не будем приводить диаграммы неявнополюсного двигателя. Их построение производится в том же порядке, что и для неявнополюсного генератора.

в) Электромагнитная и синхронизирующая мощности синхронного двигателя. Под электромагнитной мощностью синхронного двигателя понимается мощность, которая передается вращающимся полем со статора ротору. Она преобразуется в механическую мощность, развиваемую ротором. Часть этой мощности расходуется на покрытие механических потерь, добавочных потерь в стали и на возбуждение, если возбудитель приводится во вращение синхронным двигателем. Остальная часть механической мощности, разви-

Рис. 4-76. Диаграмма явнополюсного двигателя, работающего с отстающим током.

Рис. 4-79. Диаграмма двигателя при различных возбуждениях.

обмотки статора, магнитными и механическими потерями. Соответствующие построения приведены на рис. 4-79, из которого видно, что при перевозбуждении синхронный двигатель работает с опережающим током (потребляет опережающий ток), а при недовозбуждении — с отста ю-щим током (потребляет отстающий ток).

При более точном определении V-образной кривой надо обратиться к диаграммам явнополюсной или не-явнополюсной машины, которые должны быть построены с учетом насыщения для различных токов I при Icosφ = const и U=const. Потерями и в этом случае обычно пренебрегают.

V-образные кривые двигателя представлены на рис. 4-80. Они могут быть также сняты опытным путем.

д) Пуск в ход синхронного двигателя. Синхронные двигатели долгое время находили себе применение лишь в редких случаях вследствие тех затруднений, которые создавались при пуске их в ход.

Электромагнитный вращающий момент М_эм будет все время направлен в одну сторону только при синхронной скорости вращения ротора. Если же двигатель приключить к сети переменного тока, когда его ротор неподвижен, а в обмотке возбуждения имеется постоянный ток, то электромагнитный момент, получающийся от взаимодействия неподвижного поля полюсов и перемещающихся с синхронной скоростью по окружности статора токов, будет в течение периода дважды изменять свое направление (над северным, например, полюсом ротора будут иметь место токи то одного направления, то, спустя полпериода, дру-

гого направления). Двигатель не придет во вращение, так как электромагнитный момент не сможет в течение полпериода разогнать ротор до синхронной скорости из-за его инерции.

Следовательно, для того чтобы электромагнитный вращающий момент в синхронном двигателе был направлен все время в одну сторону, необходимо до приключения синхронного двигателя к сети развернуть его каким-нибудь посторонним двигателем до синхронной скорости. После этого включение рубильника или масляного выключателя должно быть произведено в определенный момент времени, который устанавливается при помощи синхроноскопа. Способы включения здесь те же, что и для генератора.

Пуск синхронного двигателя при помощи постороннего двигателя, называемого разгонным или пусковым, обладает рядом крупных недостатков, которые и препятствовали широкому распространению синхронных двигателей.

При помощи разгонного двигателя, мощность которого обычно составляла 5—15% от номинальной мощности синхронного двигателя, последний можно было пускать только при малой нагрузке на валу. Установка к тому же получалась громоздкой и неэкономичней.

В качестве разгонного двигателя обычно использовался асинхронный двигатель с числом полюсов на два меньшим, чем число полюсов синхронного двигателя.

В настоящее время пуск в ход при помощи разгонного двигателя на практике почти не применяется; он иногда находит себе применение главным образом для мощных синхронных компенсаторов (см. § 4-8,ж).

В последние годы почти во всех случаях практики применяется так

Рис. 4-80. V-образные кривые двигателя.

называемый асинхронный пуск в ход. Синхронный двигатель при этом пускается как асинхронный. Его ротор должен быть снабжен специальной пусковой обмоткой, выполняемой так же, как продольно-поперечная успокоительная обмотка (рис. 4-46). Она мало отличается от короткоза-мкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя. Стержни пусковой обмотки закладываются в 'пазы полюсных наконечников и соединяются на торцах пластинами, образующими короткоза-мыкающие кольца (рис. 4-81). Вместо пусковой клетки иногда используются массивные полюсные наконечники, которые на торцах также должны быть соединены пластинами.

Рис. 4-81. Ротор синхронного двигателя с пусковой (успокоительной) обмоткой.

Принципиальная схема асинхронного пуска в ход синхронного двигателя приведена на рис. 4-82.

После включения двигателя в нем образуется вращающееся поле. Взаимодействие его с токами, наведенными в пусковой клетке, создает вращающий момент, так же как в короткоза-мкнутом асинхронном двигателе.

Обмотка возбуждения при этом должна быть замкнута, так как в противном случае в ней наводилась бы вращающимся полем большая э. д. с, опасная не только для изоляции обмотки, но и для обслуживающего персонала. Ее замыкают для увеличения пускового момента на сопротивление, приблизительно в 8—12 раз большее сопротивления самой обмотки возбуждения¹ (переключатель на рис. 4-82 должен быть включен вверх).

Синхронный двигатель, вращаясь как асинхронный, доходит почти до

¹ При отсутствии пусковой клетки и при замкнутой накоротко обмотке возбуждения наблюдается "явление одноосного включения" (см. § 3-21, д).

Рис. 4-82. Схема синхронного двигателя (при асинхронном пуске в ходе).

синхронной скорости. Получающееся при этом скольжение зависит от нагрузки на валу и от параметров электрических цепей ротора. Вхождение в синхронизм достигается после включения постоянного тока в обмотку возбуждения под действием возникающего при этом синхронизирующего момента (переключатель на рис. 4-82 должен быть включен вниз).

При асинхронном пуске в ход синхронных двигателей они обычно непосредственно приключаются к сети, если мощность сети достаточно велика и для нее допустимы большие пусковые токи, которые достигают в начале пуска 5—6-кратных значений по сравнению с номинальными. Если же необходимо уменьшить пусковые токи, то пуск производится при пониженном напряжении, так же как мощных асинхронных короткозамкнутых двигателей.

Здесь также применяется пуск при переключении обмотки статора со звезды на треугольник, что дает уменьшение фазного напряжения при пуске в √3 раз, а линейного тока — примерно в 3 раза. Чаще для понижения напряжения при пуске используется автотрансформатор или реактор (реактивная катушка). Сооответствующие принципиальные схемы пуска представлены на рис 4-83.

Автотрансфор маторный пуск производится по схеме рис. 4-83,а, причем порядок пусковых

Рис. 4-84. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

Применение нормальных синхронных двигателей только для улучшения cosφ (для работы в режиме компенсатора) в обычных случаях нецелесообразно, так как при такой работе и при допустимом (номинальном) токе возбуждения ток статора получается меньше номинального и, следовательно, машина не полностью используется.

Синхронные двигатели обычно выполняются с возбудителем, посаженным на один с ними вал. Поэтому при малых мощностях они менее выгодны, чем асинхронные двигатели. Но, начиная со 100 квт, а при низких скоростях вращения и с меньшей мощности, синхронные двигатели в ряде случаев следует предпочесть асинхронным двигателям. Применение в системах возбуждения полупроводниковых выпрямителей вместо машинных возбудителей позволяет получить достаточно экономичные синхронные двигатели и и при сравнительно небольших мощностях.

Основное преимущество синхронного двигателя, как уже отмечалось, его высокий cosφ. Это преимущество приводит не только к повышению использования всей электрической установки, но и к уменьшению размеров синхронного двигателя по сравнению с асинхронным (при прочих равных условиях). Последнее объясняется тем, что размеры электрической машины определяются ее кажущейся мощностью, а не активной. Кажущаяся мощность синхронного двигателя при cosφ=l меньше, чем асинхронного, в отношении 1:cosφ. Это особенно заметно при сравнении тихоходных двигателей, так как cosφ_а тихоходного асинхронного двигателя имеет относительно небольшое значение.

Из других важных преимуществ синхронного двигателя отметим здесь возможность получить большой максимальный момент М_эм.м за счет увеличения воздушного зазора, так как при этом уменьшается синхронное сопротивление х_d. Увеличение максимального вращающего момента асинхронного двигателя за счет увеличения воздушного зазора привело бы к значительному ухудшению его cosφ. К тому же максимальный вращающий момент синхронного двигателя зависит от напряжения в первой степени, тогда как тот же момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения.

ж) Синхронный компенсатор. Как указывалось, синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу и предназначенный для компенсации сдвига фаз тока и напряжения или для регулирования напряжения в конце и в промежуточных точках линии электропередачи.

Рис. 4-85. Зависимость cosφ от нагрузки при различных возбуждениях.

Последнее достигается путем регулирования тока возбуждения синхронного компенсатора, что приводит к изменению реактивной составляющей тока линии электропередачи. Обычно синхронный компенсатор работает с перевозбуждением, потребляя из сети опережающий ток, как конденсатор. Поэтому его иногда называют синхронным конденсатором.

Пуск в ход синхронного компенсатора осуществляется при помощи разгонного двигателя, причем включение его в сеть на подстанциях Советского Союза довольно часто производится по методу самосинхронизации. В последние годы широко применяется также асинхронный пуск в ход при пониженном напряжении.

Заводами Советского Союза изготавливаются синхронные компенсаторы мощностью от 1000 до 75000 ква.

Их номинальная мощность соответствует режиму работы с опережающим напряжение током (практически на 90°). Ток возбуждения при этом режиме работы является номинальным током возбуждения. Для его уменьшения синхронные компенсаторы обычно выполняются с меньшим воздушным зазором, чем синхронные двигатели. Вследствие этого их синхронное сопротивление по продольной оси x_d*

[д. е.] нередко достигает значений 2— 2,2.

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий