M

По своей конструкции СД вДпринципе не отличаются от СГ, но всё же имеют некоторые особенности. Их изготовляют преимущественно явнополюсными с числом полюсов от 4 до 24. Воздушный зазор делают меньшим, чем в генераторах такой же мощности, что способствует улучшению ряда параметров двигателяИ, в частности уменьшению пускового тока [7, 12].

У всех СД существует ряд проблем, связанных с пуском и синхронизацией. Это объясняется тем, что электрическая машина создаёт постоянный вращающий момент только в том случае, если магнитные поля статора и ротора неподвижны относительно друг друга. При подключении к сети обмотка статора очень быстро, в течение нескольких миллисекунд, создаёт в машине вращающее магнитное поле. Ротор двигателя, обладая массой и инерцией, не может мгновенно набрать скорость поля статора. При этом магнитное поле статора, обгоняя поле ротора, создает попеременно положительный и отрицательный электромагнитные моменты, т.е. часть периода оборота ма-

211

шина работает в двигательном режиме, а часть периода – в генераторном. В результате устойчивая магнитная цепь между статором и ротором не возникает. Если в пределах одного периода относительная скорость приблизительно постоянна, то среднее значение вращающего момента, развиваемого двигателем, равно нулю, и он может вращаться только за счёт приложенного к ротору внешнего момента.

Счтобы в течен е времени, когда момент положителен, скорость вращения ротора успела возрасти до синхронной. Поэтому для пуска СД приход тся пр менять специальные способы, сущность которых со- в предвар тельном приведении ротора во вращение до син-

Для того чтобы двигатель без нагрузки на валу под действием

собственного вращающего момента вошёл в синхронизм, нужно,

электромагнитного моментаА. Очевидно, что это возможно, только если он развивает достаточно ольшой вращающий момент и при этом суммарный момент инерции незначителенД. Иногда для снижения момента инерции и тормозного момента ротор на время пуска отсоединяется от нагрузки с помощью электромагнитной муфты.

Частотный пуск реализуется при питании двигателя от управляемого преобразователя частоты (см. подр. 7.8). Здесь частота питания f1 повышается от нуля до номинальногоИзначения с небольшой скоростью, достаточной для удержания синхронизма. При такой скорости изменения частоты питания двигатель работает синхронно с момента начала пуска и развивает пусковой момент, ограниченный только максимальным моментом и необходимым запасом устойчивости. Очевидно, что частотный пуск можно использовать в приводах с регулируемой скоростью вращения, где для этой цели применяют преобразователь частоты.

Наиболее распространённым способом пуска является асинхронный пуск (рис. 8.20). Для этого используется демпферная короткозамкнутая обмотка. При пуске ротор разгоняется до подсинхронной частоты (n2 ≈ 0,95n1) за счёт асинхронного вращающего момента, соз-

212

даваемого короткозамкнутой пусковой обмоткой, а затем втягивается в синхронизм положительным импульсом основного и/или реактивного момента. После вхождения в синхронизм ток и вращающий момент

Рис. 8.20. Схема асинхронного пуска синхронного двигателя

При асинхронном пуске обмотка возбуждения должна быть замкнута через активное сопротивление RП, величина которого равна примерно десятикратному сопротивлению самойИобмотки. Это делается для того, чтобы исключить перенапряжения, так как обычно обмотка возбуждения имеет большое число витков и в асинхронном режиме в ней может наводиться ЭДС, достаточная для пробоя изоляции.

Чем больше критическое скольжение, тем легче и быстрее проходит асинхронный пуск двигателя. Естественно, нагрузка на валу затрудняет синхронизацию, так как она уменьшает предельное скольжение. Также осложняет вхождение в синхронизм увеличение момента инерции, снижающее частоту собственных колебаний двигателя. Значительно затрудняет синхронизацию увеличение частоты питания. В то же время понижением частоты можно обеспечить синхронизацию при любом конечном значении момента инерции и момента нагрузки.

213

Одним из основных параметров, от которых зависят пусковые свойства двигателя, является активное сопротивление короткозамкнутой обмотки. Однако при выборе его значения разработчики машин сталкиваются с серьёзными противоречиями, так как для увеличения пускового момента нужно увеличивать активное сопротивление об-

поэтому статорную о мотку для токов, наводимых магнитным полем ротора, можно сч тать замкнутой накоротко.

При асинхронномАпуске СД возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск таких двигателей, как и асинхронных, непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без чрезмерного падения напряжения броски пускового тока, в 5…7 раз превышающего номинальные значенияД. Если же мощность сети недостаточна, то можно использовать пуск двигателя при пониженном напряжении (автотрансформаторный или реакторный) или же применить электронное устройство «мягкого» пуска (см. подр. 7.7).

8.12. Параллельная работа синхронныхИгенераторов

На электрических станциях обычно устанавливают несколько СГ, включаемых параллельно для совместной работы на сеть. Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности даёт преимущества в надёжности и экономичности.

При включении генераторов на параллельную работу для всех машин должны строго выполняться следующие условия [7, 9, 12]:

•равенство действующих значений напряжений;

•равенство частот напряжений;

•равенство фаз напряжений;

•равенство порядка чередования фаз напряжений.

214

Необходимо отрегулировать все эти параметры на холостом ходу и в надлежащий момент выполнить подключение генератора к сети. Совокупность этих операций называется синхронизацией гене-

ратора.

Неправильная синхронизация может вызвать серьёзную аварию. СЕсли, например, в момент включения ЭДС генератора и напряжение в сети будут в противофазе, то это эквивалентно короткому замыканию обмотки якоря генератора при удвоенном напряжении. Ударные силы и моменты в этом случае возрастают в четыре раза, что может при-

вести к разрушен ю элементов конструкции генератора. СогласованиеРавенство напряжений регулируется током возбуждения подключаемого генератора контролируется вольтметром. Частота на-

пряжен я генератора настраивается изменением скорости вращения приводного дв гателя с помощью частотомера. Правильность порядка чередован я фаз проверяется только при первом включении после

альных змербтельных устройств – синхроноскопов.

монтажа схемы. фаз контролируется с помощью специ-

Ламповый с нхроноскоп используется только при подключении маломощных электрогенераторовА. Электрические генераторы большой мощности подключаются с использованием специального стрелочного прибора – электромагнитного синхроноскопа. В нём используется принцип вращающегося электромагнитного поля. Стрелка располагается по центру шкалы, чтоДуказывает на одинаковые параметры вращающихся роторов двух электрогенераторов. При появлении отличий в скорости вращения роторов стрелка отклоняется в ту или в иную сторону.

Схема подключения простейшего лампового синхроноскопа показана на рис. 8.21. Если при разомкнутом ключеИS1 условия синхронизации выполняются, то в любой момент времени напряжение на каждой лампе в точности равно нулю. Однако если с помощью вольтметра можно отрегулировать ток возбуждения так, чтобы линейные напряжения генератора и сети были одинаковыми, а с помощью ламп убедиться в правильности порядка чередования фаз генератора, то частота ЭДС СГ fG будет отличаться от частоты сети fN. При этом напряжение на лампах будет пульсировать с частотой

f = fN − fG, с этой частотой они будут синхронно загораться и гаснуть. Регулированием скорости вращения генератора можно добиться, чтобы частота мигания ламп была минимальной, и произвести включение в момент, когда лампы не горят.

215

3 ~

Свечен е ламп меет довольно значительную инерцию, а также

зону нечувств тельности. Они гаснут и загораются при ненулевом напряжении. Момент синхронизации будет определён точнее, если параллельно одной из ламп подключить вольтметр с нулевой точкой в середине шкалы и произвести включение при прохождении стрелки через нуль.

А 8.13. СинхронныеДкомпенсаторы

Способность генерировать реактивную мощность является одним из существенных достоинств синхронных машин с электромагнитным возбуждением. С их помощью можноИисключить загрузку

линий электропередачи реактивным током, если в точках присоединения к сети конечных потребителей электроэнергии подключить синхронные машины, покрывающие потребность в реактивной мощности, – синхронные компенсаторы [7, 9].

СК обладают большой реактивной мощностью: от 10 до 160 тыс. квар. Выполняют их обычно с горизонтальным расположением вала на напряжение от 6,6 до 16 кВ при частоте 50 Гц. В СК современных серий применён асинхронный пуск, поэтому их роторы снабжены пусковыми короткозамкнуыми обмотками.

Вал СК не передаёт вращающего момента, поэтому при его расчете учитывают лишь силу тяжести ротора и силу магнитного

216

217