50. Пуск синхронного двигателя. Синхронный компенсатор.

Синхронный двигатель без принятия специальных мер запуститься не может, т. к. М_{пусковой} = 0. Это объясняется тем, что магнитное поле ротора, созданное постоянным током, неподвижно относительно ротора и вследствие большой массы ротора не успевает войти в зацепление с магнитным полем статора, вращающимся с частотой

В настоящее время применяют асинхронный пуск. Для этого в роторе устанавливают дополнительную короткозамкнутую обмотку.

П осле подключения статора синхронный двигатель разгоняется как обычный асинхронный двигатель до скольжения S ≈ 0,03, т. е. n₂ ≈ 0,97n₁ и почти догоняет магнитное поле статора. После этого подают напряжение в обмотку возбуждения и двигатель самостоятельно увеличивает скорость ротора до скорости магнитного поля n₂ = n₁. Этот процесс называется втягиванием в синхронизм. С этого момента S = 0, поэтому E₂, I₂ = 0 и в пусковой обмотке электрические процессы не протекают.

Схема пуска:

1. Замыкают КМ1 КМ2. Двигатель работает как асинхронный.

2. КМ2 отключают и включают КМ3 — работает как синхронный.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу; при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения cos φ или в режиме стабилизации напряжения.

При работе в режиме стабилизации напряжения ток возбуждения синхронного компенсатора устанавливается постоянным, причем такого значения, чтобы ЭДС компенсатора Е0 равнялась номинальному напряжению сети Uc.ном. В сети при этом имеется некоторый ток Iн , создающий падение напряжения ΔU ≈ Iн Rc cos φ + Iн Xc sin φ, где Rc и Хс — активное и индуктивное сопротивление сети; φ — угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока сети.

Если напряжение сети в точке подключения синхронного компенсатора несколько понижается из-за возрастания тока нагрузки Iн и становится меньше Uс.ном , то синхронный компенсатор начинает забирать из сети реактивный опережающий ток Íа. Это уменьшает падение напряжения в ней на величину ΔUк = Ia Xc . При повышении напряжения в сети, когда Uc > Uс.ном , синхронный компенсатор загружает сеть реактивным отстающим током Íа (рис. 6.55, г), что приводит к увеличению падения напряжения на величину ΔUк = IaXc . При достаточной мощности синхронного компенсатора колебания напряжения в сети не превышают 0,5 —1,0 %. Недостатком указанного метода стабилизации напряжения является то, что синхронный компенсатор загружает линию реактивным током, увеличивая потери в ней.

51. Регулирование cosφ синхронного двигателя и его влияние на энергетические показатели предприятия.

52. Двигатель постоянного тока: устройство, схема, принцип действия, режимы работы и уравнения электрического равновесия.

Устройство: Статор (индуктор). Ротор (якорь).

В статор входит: корпус, магнитопровод в виде полюсов, на которых расположена обмотка возбуждения. Индуктором называют ту часть машины, которая предназначена для создания магнитного поля.

В ротор входит: вал, магнитопровод, в пазах которого расположена обмотка, и коллектор со щетками.

У словное обозначение: Схемы ДПТ с различными типами возбуждения:

Принцип работы: U_В → I_В → Ф; U_Я → I_Я, где I_В — ток возбуждения; I_Я — ток якоря.

Взаимодействие тока якоря с магнитным потоком Ф статора создает вращающий момент: , где С_М — конструктивный коэффициент.

Под действием М ротор начинает вращаться, пересекая при этом силовые линии магнитного поля, вследствие чего в нем индуктируется ЭДС, которую называют ЭДС вращения: .

Основные уравнения ДПТ:

Ими являются уравнения электрического равновесия ротора: ; , где  — падение напряжения в цепи якоря;  — ЭДС вращения.

Из этой формулы получаем практически важное соотношение: . Подставим вместо . И получим: .

По этому выражению можно построить механическую характеристику ДПТ n = f(M), задаваясь нагрузкой, т. е. М, можно найти соответствующую ей частоту вращения. Если при этом U = U_ном, Ф = Ф_ном имеем естественную механическую характеристику.

Обратимость электрической машины. Машина постоянного тока с независимым или параллельным возбуждением, подключенная к сети с постоянным напряжением, может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме и переходить из одного режима работы в другой.

Для контура «обмотка якоря — сеть», согласно второму закону Кирхгофа, E - U = Iа ΣRа , откуда Iа = (E - U)/ΣRа .

Если Е > U, то ток Iа совпадает по направлению с ЭДС Е, и машина работает в генераторном режиме (рис. 8.58, а). При этом электромагнитный момент М противоположен направлению вращения п, т. е. является тормозным. Уравнение для генераторного режима имеет вид U = E - Iа ΣRа .

Е сли Е < U, то ток Iа в уравнении изменяет знак и направлен против ЭДС Е. В соответствии с этим изменяет знак и электромагнитный момент М, т. е. он действует по направлению вращения n. При этом машина работает в двигательном режиме (рис. 8.58,б) и уравнение принимает вид U = E + Iа ΣRа, если за положительное направление тока Iа для двигательного режима принять его направление, встречное с ЭДС Е.

Таким образом, генераторы с независимым и параллельным возбуждением, подключенные к сети с напряжением U, автоматически переходят в двигательный режим, если их ЭДС Е меньше напряжения сети U. Эти двигатели автоматически переходят в генераторный режим, когда их ЭДС Е больше U.

При работе машины постоянного тока в двигательном режиме ЭДС Е и вращающий момент М определяются теми же формулами, что и в генераторном режиме: Е = СеФп; М = СмФIа , но момент имеет противоположное направление. Можно получить формулу для определения частоты вращения n= Е/(Се Ф) = (U - Iа ΣRа )/(Се Ф).