15.15. U-образная характеристика синхронного двигателя

Значение тока возбуждения влияет не только на запас устойчивости синхронного двигателя, но и на его реактивный ток. Чтобы проанализировать эту зависимость, воспользуемся векторной диаграммой фазы синхронного двигателя, подключенного к системе большой мощности (U = const), приведенной на рис. 15.16. При постоянном тормозном моменте на валу синхронного двигателя M_тор = M_эм его мощность Р = M_эмω_р постоянна, следовательно, из (15.18) и (15.19) значения произведений сомножителей

и

всегда постоянны и не зависят от тока возбуждения. На рис. 15.17 приведена совокупность векторных диаграмм фазы синхронного двигателя с постоянным тормозным моментом M_тор = const при различных токах возбуждения I_в = var. При уменшении тока возбуждения I_в (потокосцепления возбуждения 40) угол 8 возрастает до тех пор, пока синхронный двигатель не потеряет устойчивость.

Из векторных диаграмм следует, что значение и характер тока статора синхронного двигателя İ = İ _а + İ _р зависят от тока возбуждения I_в. При токах возбуждення, меньших (больших) некоторого граничного значения

ток статораI имеет индуктивную I_pL, (емкостную I_pс) реактивную составляющую φ > 0 (φ < 0) . Следовательно, при недовозбуждении (перевозбуждении) реактивная мощность синхронного двигателя имеет индуктивный Q_L = 3UI_{p L} (емкостный Q_c = 3UI_{p c}) характер.

В соответствии с этим фазу синхронного двигателя, подключенного к электрической системе большой мощности, можно представить в виде эквивалентной схемы замещения, состоящей из параллельного соединения эквивалентного резистивного элемента, сопротивление которого зависит от тормозного момента r = U/I_a = F(M_тор), к эквивалентного индуктивного (емкостного) элемента, индуктивность (емкость)которого зависит от тормозного момента и тока возбуждения:

Если тормозной момент двигателя равен нулю (М_тор = 0), то в эквивалентной схеме замещения фазы синхронного двигателя, подключенного к системе большой мощности, резистивный элемент отсутствует, а значение параметра индуктивного (емкостного) элемента зависит только от тока возбуждения.

Зависимость тока статора, подключенного к системе большой мощности (U = const), от тока возбуждения I (I_в) при постоянном тормозном моменте на валу Mтор = const называется U-образной характеристикой синхронного двигателя (рис. 15.18).

Если на валу двигателя нет тормозного момента (М_тор = 0), то, пренебрегая всеми видами потерь, можно считать ток статора синхронного двигателя только реактивным (рис. 15.18, Р= 0):

15.16. Регулирование активной и реактивной мощностей синхронного двигателя

Изменение активной мощности синхронного двигателя Р_мех = Р = ЗUI_a = = ω_рМ_тор, подключенного к системе большой мощности (U = const), происходит при изменении значения тормозного момента на валу (М_тор = =var). При увеличении тормозного момента мощность синхронного двигателя возрастает, одновременно увеличивается и угол θ, что понижает запас устойчивости двигателя π/2 — θ. Для того чтобы синхронный двигатель не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо одновременно увеличивать ток возбуждения. Синхронные двигатели большой мощности снабжены специальной регулирующей аппаратурой, с помощью которой при изменении активной мощности двигателя обеспечивается требуемый уровень запаса устойчивости.

Реактивная мощность синхронного двигателя Q = 3UIsinφ>, подключенного к системе большой мощности (U = const), при постоянной активной мощности Р регулируется изменением тока возбуждения I_в.

При токе возбуждения I_в < I_в,_гр(Р) (I_в > I_в,_гр) реактивная мощность двигателя имеет индуктивный характер Q = 3UI_pL (емкостный характер Q_c = 3U1 _pс).

Обычно режим возбуждения синхронного двигателя соответствует емкостной реактивной мощности, что позволяет компенсировать индуктивную реактивную мощность асинхронных двигателей и этим разгрузить электрическую систему от реактивного тока.

Практический интерес представляет использование синхронного двигателя в режиме регулируемого емкостного элемента (рис. 15.18, Р = 0) — синхронного компенсатора. Синхронные, компенсаторы позволяют улучшить коэффициент мощности cos φ электрической системы (см. § 2.20).