43.Влияние тока возбуждения на коэффициент мощностей. V- образные кривые. Синхронный компенсатор.

Синхронный двигатель позволяет регулировать реактивную мощность, отдаваемую в сеть, что является для электроэнергетики очень ценным качеством.

Пусть двигатель работает с неизменной механической нагрузкой на валу, т. е. М_с = const при U = const. При изменении тока возбуждения I_в будут изменяться противоЭДС E₀ и ток якоря I_я, однако вращающий момент М и активная мощность двигателя в установившемся режиме останутся неизменными. Это означает, что изменение тока I_в не изменяет для вектора E₀ его горизонтальной проекции E₀sinθ на рис. 13.5, б, т. е. приводит к перемещению вершины вектора E₀ по вертикальной прямой b₁-b₂. Аналогично изменение тока I_в не изменяет для тока якоря вертикальной проекции I_яcosφ, т. е. приводит к перемещению вершины вектора İ_я по горизонтальной прямой а₁-а₂. На рис. 13.5, б вектор E₀ находится в точке b₁. При этом вектор İ_я, ортогональный вектору jX_снİ_я, отстает от вектора на угол φ₁ (φ₁ > 0). Такой режим называют режимом недовозбуждения, в этом режиме двигатель для сети представляет активно – индуктивную нагрузку и отдает в сеть положительную реактивную мощность Q = UI_яsinφ₁ < 0.

Увеличив ток I_в до значения, при котором вершина вектора E₀ находится на одной горизонтали с вершиной вектора U, т.е. в точке b₀, получим номинальный режим (I_в = I_в,ном). В этом режиме вектор İ_я находится в точке а₀ и совпадает по фазе с напряжением U (φ₀ = 0), двигатель является чисто активной нагрузкой с коэффициентом мощности cosφ₀ = 1. Продолжим увеличение тока I_в. Пусть I_в>I_в.ном. Этому значению тока соответствует положение вершины вектора E₀ в точке b₂. Такой режим называют режимом перевозбуждения. Точке b₂ соответствует положение вершины вектора İ_я в точке а₂. Таким образом, в режиме перевозбуждения ток якоря опережает по фазе напряжение U на угол │φ₂│, φ₂ < 0. Это означает, что двигатель в перевозбужденном режиме представляет для сети активно – емкостную нагрузку и отдает в сеть отрицательную реактивную мощность Q = UIsinφ₂ < 0. Эта отрицательная мощность может использоваться для компенсации положительной реактивной мощности других потребителей в сети (например, асинхронных двигателей). В итоге можно значительно повысить суммарный коэффициент мощности всех потребителей. Изменяя ток I_в и пользуясь диаграммой на рис. 13.5, б, можно получить зависимость I_я = f(I_в) для разных значений M_c. Эти зависимости называют V-образными характеристиками (рис. 13.7).

Сделаем некоторые выводы по V-образным характеристикам. При значительных токах I_в > I_в.ном рост тока якоря замедляется в связи с насыщением магнитной цепи. Пунктирная линия cosφ₀ = 1 показывает, что с ростом момента сопротивления M_c для сохранения номинального режима нужно увеличивать ток возбуждения. Чем меньше ток I_в в режиме недовозбуждения, тем ближе двигатель к границе устойчивости (выпадение из синхронизма).

Рис. 13.7. V-образные характеристики синхронного двигателя

Режим перевозбуждения выгоден и тем, что увеличивает запас К_м по моменту, так как уменьшается угол нагрузки θ (это хорошо прослеживается на рис. 13.5, б). Поскольку в режиме перевозбуждения рост I_в ведет к росту I_я, то при номинальной нагрузке двигателя (М_с = М_ном) возможность введения перевозбуждения ограничена, так как оно приводит к перегреву обмоток двигателя. Для увеличения резерва перевозбуждения нужно снижать М_с. В наибольшей мере эта возможность реализована в синхронных компенсаторах. Синхронный компенсатор – синхронная машина облегченной конструкции, работающая без нагрузки на валу в перевозбужденном режиме. По отношению к сети он практически эквивалентен конденсатору и используется для повышения коэффициента мощности за счет компенсации положительной реактивной мощности асинхронных двигателей.