Как видно из диаграммы, в режиме перевозбуждения ток генератора опережает напряжение сети на угол 90º, т.е. по отношению к сети является емкостным.
Как видно из диаграммы, в режиме недовозбуждения ток генератора отстает от напряжения сети на угол 90º, т.е. по отношению к сети является индуктивным.
Следовательно, при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока якоря, т.е. изменяется реактивная мощность.
Таким образом, при регулировании тока возбуждения можно изменять . Обычно синхронный генератор эксплуатируют в режиме перевозбуждения, т.к. при этом он генерирует реактивную мощность.
Зависимость тока генератора от тока возбуждения называется U образной характеристикой.
28. Электромагнитный момент синхронной машины
В синхронных машинах большой и средней мощности потери мощности в обмотке якоря малы по сравнению с электрической мощностью Р, отдаваемой или потребляемой обмоткой якоря. Следовательно, если пренебречь величиной ΔРаэл, то можно считать что электромагнитная мощность машины Рэм = Р.
Электромагнитный момент пропорционален мощности Рэм, поэтому для неявнополюсной и явнополюсной машин соответственно:
,
где θ – угол между векторами МДС статора и ротора.
Зависимость момента на валу синхронной машины от угла θ называют угловой характеристикой.
При неявнополюсной машине зависимость представляет собой синусоиду, симметричную относительно осей координат.
В явнополюсной машине угловая характеристика несколько отличается от синусоиды из-за наличия реактивного момента, возникающего вследствие неодинаковой магнитной проводимости по продольной и поперечной осям.
29. Устойчивость работы синхронной машины
Под статической устойчивостью синхронной машины, работающей параллельно с сетью, понимают ее способность сохранять синхронное вращение при изменении внешнего момента на валу.
Статическая устойчивость обеспечивается только при углах θ < π/2.
Возрастание угла θ больше π/2 может привести к выпадению из синхронизма, когда ротор начинает вращаться с частотой, отличающейся от частоты вращения магнитного поля статора.
Выпадение из синхронизма является аварийным режимом, так как сопровождается прохождением по обмотке якоря больших токов. Это объясняется тем, что ЭДС генератора и напряжение сети при указанном режиме могут складываться по контуру "генератор-сеть", а не вычитаться, как при нормальной работе.
Синхронные машины обычно работают с θ=20-300, что соответствует двукратному или несколько большему запасу по моменту.
Устойчивость работы синхронной машины зависит от тока возбуждения. При увеличении тока возбуждения увеличивается ЭДС Е0, а следовательно и максимальный момент, что увеличивает устойчивость машины.
Обычно синхронные машины работают с некоторым перевозбуждением. Это позволяет увеличить перегрузочную способность машины и генерировать реактивную мощность, т.е. компенсировать реактивную мощность других потребителей, уменьшая нагрузку на энергосистему.
30. Пуск синхронного двигателя
Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление, т.е. средний момент за период равняется нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как его ротор, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения.
Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронный.
В настоящее время чаще всего применяют следующие способы пуска:
1. Асинхронный пуск.
При этом способе синхронный двигатель пускают как асинхронный, для чего его снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу "беличья клетка". Чтобы увеличить сопротивление стержней, клетку изготавливают из латуни. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, на обмотку возбуждения подается напряжение и постоянный ток, проходящий по ней, создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм.
2. Пуск при помощи вспомогательного двигателя.
Ротор возбужденного двигателя приводится во вращение до синхронной скорости и с помощью синхронизирующего устройства подключается к сети. После этого вспомогательный двигатель отключают.
В качестве пускового двигателя обычно используют асинхронный двигатель с числом полюсов на два меньше, чем у синхронного.
Недостатком данного способа является невозможность пуска двигателя под нагрузкой, так как нерационально иметь пусковой двигатель большой мощности.
3. Частотный пуск.
При частотном пуске синхронного двигателя частота питающего напряжения плавно изменяется от нуля до номинальной. При этом ротор вращается синхронно с магнитным полем статора.
Недостатками частотного пуска являются высокая стоимость преобразователя частоты, а также необходимость реализации сложных законов регулирования исходного напряжения и частоты в процессе разгона двигателя. Частотный пуск синхронных двигателей применяется в приводах специальных установок.
31. Достоинства и недостатки синхронных двигателей
Синхронные двигатели имеют следующие достоинства:
1. Возможность работы при cos φ=1; это приводит к улучшению cos φ сети, а также к сокращению размеров двигателя, так как его ток меньше тока асинхронного двигателя той же мощности. При работе с опережающим током синхронные двигатели служат генераторами реактивной мощности, поступающей в асинхронные двигатели, что снижает потребление этой мощности от генераторов электростанций.
. Обычно синхронный генератор эксплуатируют в режиме перевозбуждения, т.к. при этом он генерирует реактивную мощность.
,
представляет собой синусоиду, симметричную относительно осей координат.
