Категории
Электротехника
U–образные и рабочие характеристики синхронного двигателя просмотров - 804
U-образные характеристики. В процессе работы синхронного двигателя в его обмотке статора наводятся ЭДС, сумма которых [см. (20.29)] приблизительно равна подведенному к обмотке статора напряжению сети
. Эта сумма ЭДС эквивалентна результирующему магнитному полю, вызванному действием двух магнитодвижущихся сил: возбуждения
и статора
.
При неизменном напряжении сети результирующее магнитное поле постоянно. По этой причине при изменении МДС возбуждения
(изменении тока возбуждения
) МДС статора
изменяется таким образом, чтобы их совместное действие оставалось неизменным, т. е. чтобы оставалось неизменным результирующее магнитное поле синхронного двигателя. Это изменение МДС
может происходить только за счет изменения величины и фазы тока статора
, т. е. за счет изменения реактивной составляющей тока статора
.
К примеру, при увеличении тока возбуждения начиная от наименьшего его значения
возрастает МДС ротора, при этом МДС статора уменьшается. Это уменьшение МДС происходит при уменьшении индуктивной (по отношению к напряжению сети
) составляющей тока статора
, которая оказывает на магнитную систему подмагничивающее влияние.
При этом полный ток статора уменьшается, а коэффициент мощности двигателя
, увеличивается. При некотором значении тока возбуждения
индуктивная составляющая тока статора падает до нуля. При этом ток статора достигнет минимального (при данной нагрузке) значения, так как станет чисто активным
, а коэффициент мощности,
= 1.
Увеличение тока возбуждения сверх значения , т. е. перевозбуждение двигателя, вызовет увеличение тока
, но теперь данный ток будет опережающим (емкостным) по отношению к напряжению
. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при недовозбужденш
синхронный двигатель работает с отстающим током, а при перевозбуждении
— с опережающим. Зависимость тока статора от тока возбуждения для синхронного двигателя представлена U-образными характеристиками (рис. 22.5). Ток возбуждения
соответствует работе синхронного двигателя при коэффициенте мощности
= 1. При перевозбуждении двигателя в цепи статора появляется опережающий ток.
Иначе говоря, синхронный двигатель является генератором реактивного тока: индуктивного по отношению к напряжению сети при недовозбуждении и емкостного при перевозбуждении. Указанная способность синхронных двигателей является их ценным качеством, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ используют для повышения коэффициента мощности электрических установок.
Асинхронные двигатели, являющиеся наиболее распространенными потребителями электроэнергии, работают с < 1, создавая в сетях значительные индуктивные токи. В случае если же параллельно группе асинхронных двигателей включить один или несколько синхронных двигателей, работающих с перевозбуждением, то возникающая в сети емкостная составляющая тока будет частично или полностью компенсировать индуктивную составляющую тока, обусловленную работой асинхронных двигателей. При этом электрическая система, разгруженная от реактивных токов, будет работать, с
, что способствует уменьшению потерь электроэнергии. Необходимо, однако, отметить, что при перевозбуждении синхронный двигатель потребляет значительный ток статора. По этой причине синхронные двигатели, предназначенные для работы с перевозбуждением, имеют несколько большие габариты, а их КПД меньше, чем у двигателей, предназначенных для работы с
= 1, когда ток статора и потери двигателя имеют минимальные значения.
Аналогично синхронному генератору, включенному на параллельную работу с сетью (см. § 21.6), синхронный двигатель имеет предел устойчивости при минимальном токе возбуждения (штриховая линия в левой части рис. 22.5).
Рабочие характеристики. Рабочие характеристики синхронного двигателя представляют собой зависимость частоты вращения ротора , потребляемой мощности
, полезного момента
, коэффициента мощности
, и тока в обмотке статора
от полезной мощности двигателя
(рис. 22.
). Частота вращения ротора
всегда равна синхронной частоте
, в связи с этим график
имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Полезный момент на валу синхронного двигателя
. Так как рабочие характеристики снимают при условии
, то график
имеет вид прямой, выходящей из начала координат. Мощность на входе двигателя
. С ростом нагрузки на валу двигателя увеличиваются также и потери
, в связи с этим потребляемая мощность
растет быстрее полезной мощности
и график
имеет несколько криволинейный вид.
Рис. 22.5 U-образные характеристики синхронного двигателя
Рис. 22.6. Рабочие характеристики синхронного двигателя
Вид графика зависит от вида настройки тока возбуждения: если в режиме х. х. ток возбуждения установлен таким, что
= 1, то с ростом нагрузки коэффициент мощности снижается, если же установить
=1 при номинальной нагрузке, то при недогрузке двигатель будет забирать из сети реактивный опережающий ток, а при перегрузке — отстающий. Обычно устанавливают ток возбуждения таким, чтобы
=1 при средней нагрузке (рис. 22.
). В этом случае коэффициент мощности во всем диапазоне нагрузок остается достаточно высоким. Если же установить ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя таким, чтобы
=1 был при нагрузке несколько превышающей номинальную, то при номинальной нагрузке
и двигатель будет потреблять из сети опережающий по отношению к напряжению сети ток, что приведет к повышению коэффициента мощности этой сети. В этом отношении синхронные двигатели выгодно отличаются от асинхронных, работающих с отстающим по фазе током (особенно при недогрузке двигателя) и снижающих энергетические показатели питающей сети.
Ток в обмотке статора двигателя . Из этого выражения видно, что ток
с увеличением нагрузки на валу двигателя растет быстрее, чем потребляемая мощность
, вследствие уменьшения
.
Так как ротор синхронного двигателя вращается в ту же сторону, что и поле статора, то направление вращения ротора определяется порядком следования фаз линейных проводов, подведенных к обмотке статора, и порядком расположения фаз обмотки статора. Для изменения направления вращения трехфазного синхронного двигателя крайне важно переключить два линейных привода, подведенных из сети к выводам обмотки статора (см. § 9.3).
В заключение крайне важно отметить, что синхронные двигатели по сравнению с асинхронными имеют преимущество, заключающееся в том, что они могут работать с = 1, не создавая в щей сети индуктивных токов, вызывающих дополнительные потери энергии. Более того, при работе с перевозбуждением синхронные двигатели создают в сети емкостный ток, чем способствуют повышению коэффициента мощности энергосистемы в целом. Другое достоинство синхронных двигателей состоит в том, что, как это следует из (21.11), основная составляющая электромагнитного момента пропорциональна напряжению сети
, а у асинхронных двигателей электромагнитный момент пропорционален
[см. (13.14)]. По этой причине при понижении напряжения в сети синхронные двигатели сохраняют большую перегрузочную способность, чем асинхронные.
К недостаткам синхронных двигателей относятся их более сложная конструкция и повышенная стоимость по сравнению с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Вместе с тем, для работы синхронного двигателя требуется устройство для питания постоянным током обмотки возбуждения.
Опыт эксплуатации показал, что применение синхронных двигателей общего назначения наиболее целесообразно при мощности 200 кВт и более в установках, не требующих частых пусков и регулирования частоты вращения (мощные насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.).
Читайте также
Population density is the number of inhabitants per a unit of area. Population density depends on a number of factors: 1) natural conditions. Favorable climate, fertile soil and sea attract population. 80 of every 100 inhabitants live in lowland, i.e. lower than 500 meters above the sea level; 2) historical factor; 3) demographic factor. High or low natality can influence population density of a territory. 4) social and economic factors.These include occupational structure of... [читать подробенее]
III. Атрезия трехстворчатого клапана А. Встречаемость: 2-5% больных с синими пороками сердца. Б. Анатомия. 1. Присутствуют четыре основные аномалии: 1) атрезин трехстворчатого клапана, 2) ДМПП, 3) гипоплазия ПЖ, 4) ДМЖП. Кровь обычно поступает в ПЖ через ДМЖП. 2. У 30% больных... [читать подробенее]