pdf.php@id=6159.pdf

Очевидно, что самовозбуждение невозможно, когда хааз < хс, так как при этом кривая Ус на рис. 36-8, б пойдет выше кривой V .

ние невозможно, если эта мощность будет больше зарядной мощности присоеди­ ненной к генератору линии передачи

т!1>

Для характеристики реальных соотношений укажем, что включение под напряжение разомкнутой на приемном конце линии передачи Волжская ГЭС им. В. И. Ленина — Москва путем приключения ее к одному генератору ГЭС недопустимо, так как генератор при этом самовозбуждается, а при двух парал­ лельно включенных генераторах их эквивалентное ха в два раза меньше и само­ возбуждения не происходит.

В реальных условиях сопротивление цепи якоря тф 0 и поэтому генера­ тор должен при самовозбуждении развивать также активную мощность. Неяв­ нополюсный генератор при тФ 0 и |/ = 0 в синхронном режиме не может развивать активной мощности и поэтому его синхронное самовозбуждение невоз­ можно. Такое возбуждение возможно только у явнополюсного генератора, у ко­ торого необходимая мощность развивается за счет реактивного момента. При этом не имеет значения, будет ли обмотка возбуждения замкнута или разомкнута (рис. 36-9 а и б).

Физически ясно, что при слишком большом г синхронное самовозбуждение также невозможно, так как при этом активная мощность окажется большей,

только при наличии на роторе замкнутых обмоток или контуров тока, в которых при асинхронном вращении ротора относительно поля якоря индуктируются токи. Если при этом ротор в электрическом отношении симметричен (х'а » х ' ) ,

промежуточный характер, когда относительная скорость ротора и поля якоря резко неравномерна и ротор периодически «проскальзывает» относительно поля якоря на величину полюсного деления. В результате медленные изменения угла нагрузки 0 чередуются с быстрыми (рис. 36-11). Ток якоря при этом также пуль­ сирует (рис. 36-9, в), и самовозбуждение происходит только при замкнутой об­ мотке возбуждения. Такой вид самовозбуждения называют также р е п у л ь ­ с и о н н о - с и н х р о н н ы м .

Глава тридцать седьмая

СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И КОМПЕНСАТОРЫ

§ 37-1. Синхронные двигатели

Применение синхронных двигателей. Основные вопросы, отно­ сящиеся к двигательному режиму работы синхронной машины, уже освещались в предыдущих главах учебника. Ниже дополнительно

рассматриваются некоторые общие вопросы, относящиеся к син­ хронным двигателям.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря воз­ буждению постоянным током они могут работать с соз <р = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повы­ шается коэффициент мощности генераторов, работающих на элект­ ростанциях.

Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален Ц, а у асинхронного двигателя Ц2.

Поэтому при понижении напряжения синхронный двига­ тель сохраняет большую нагрузочную способность. Кроме того, использование возможности увеличения тока возбуждения син­ хронных двигателей позволяет увеличивать их надежность работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом. Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асин­ хронных, благбйаря чему к. п. д. синхронных двигателей обычно выше.

С другой стороны, конструкция синхронных двигателей слож­ нее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, и, кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей также сложнее.

Тем не менее, преимущество синхронных двигателей настолько велико, что при Р н > 200 300 кет их целесообразно применять всюду, где не требуется частых пусков и остановок и регулирования скорости вращения (двигатель-генераторы, мощные насосы, венти­ ляторы, компрессоры, мельницы, дробилки и пр.). Согласно иссле­ дованиям Л. В. Литвака и И. А. Сыромятникова, синхронные двигатели с соз фн = 1 по своей стоимости и потерям энергии всегда имеют преимущество перед асинхронными двигателями, снабжен­ ными конденсаторными батареями для компенсации коэффициента

Применение синхронных двигателей беспрерывно расширяется, и они строятся на мощности до Рв — 50 000 кет.

В табл. 37-1 приведены данные некоторых синхронных двигате­ лей отечественного производства.

Таблица 37-1

Способы пуска синхронных двигателей.

В подавляющем большинстве случаев применяется асинхрон­ ный пуск синхронных двигателей (см. § 36-1 и 36-2).

Обычно синхронные двигатели имеют на своем валу возбудитель

ввиде генератора постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 37-1). При пуске по схеме рис. 37-1, а контакты 7 разомкнуты, а контакт 8 замкнут. При этом обмотка возбуждения двигателя 2 замкнута через сопротивление 6 и асинхронный пуск происходит

внаиболее благоприятных условиях. В конце асинхронного пуска,

при я « 0,05, срабатывает частотное реле, обмотка которого (на рис. 37-1, а не показана) подключена к сопротивлению 6, и включает контактор цепи возбуждения. Контакты 7 контактора при этом замыкаются, а контакт 8 размыкается. В результате в обмотку 2 подается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм.

Втягивание синхронного двигателя в синхронизм всегда обеспе­ чено, если при асинхронном пуске скольжение в установившемся асинхронном режиме без возбуждения не превышает величины

где кт— кратность максимального момента в синхронном режиме при номинальном токе возбуждения г'ун; Рн — номинальная мощ­ ность, кет ;г'ус — ток возбуждения при синхронизации; СО2 — махо­ вой момент двигателя и соединенного с ним механизма, кг-ж2; пИ— номинальная скорость вращения двигателя, об/мин.

Пуск по схеме рис. 37-1, а отличается определенной сложностью. Поэтому в последнее время все чаще применяется схема рис. 37-1, б с наглухо присоединенным возбудителем. При этом по цепи якоря 3 при пуске протекает переменный ток, который, однако, не причиняет

следние годы все более широкое применение.

Обычно производится прямой асинхронный пуск синхронных двигателей путем включения на полное напряжение сети. При тяже­ лых условиях пуска (большие падения напряжения в сети и опасность перегрева пусковой обмотки или массивного ротора) производится реакторный или автотрансформаторный пуск при по­ ниженном напряжении, как и у короткозамкнутых асинхронных двигателей (см. § 28-1).

На рис. 37-2 показаны кривые изменения токов обмоток якоря / и возбуждения 1{, а также напряжения II и скорости вращения п при прямом асинхронном пуске мощного двигателя (Р„ = 1500 кет, I!н = 6,0 кв, п„ = 1000 об!мин) с наглухо приключенным возбуди­ телем на холостом ходу. При п = 500 об!мин в кривой и заметен небольшой провал, обусловленный одноосным эффектом. ДвигатеЛь

втянулся в синхронизм через 11 сек под воздействием реактивного момента. Процесс, связанный с включением постоянного тока воз­ буждения, иа рис. 37-2 не представлен.

Кроме асинхронного пуска, в отдельных случаях возможны также некоторые другие способы пуска. Например, иногда можно

с помощью соединенной с ним машины (например, в агрегатах «синхронный двигатель — генератор постоянного тока»). При этом можно применить те же способы синхронизации с сетью, как и для синхронных генераторов (см. §35-1). В некоторых случаях возможен частотный пуск, когда двигатель питается от отдельного синхрон­ ного генератора и частота последнего плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при весьма малой скорости. Обмотки возбуждения генератора и двигателя в этом случае необходимо питать от посторонних источ­ ников. Частотный пуск Происходит наиболее благоприятно при условии, когда ток возбуждения генератора в начале пуска при­ мерно равен номинальному, а ток возбуждения двигателя равен

по характеристике холостого хода току возбуждения при V « 1/в

ип = п„.

Впоследние годы внедряются системы возбуждения синхронных двигателей с питанием обмотки возбуждения от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.

Векторные диаграммы синхронных двигателей можно изобра­ жать двояким образом (рис. 37-3). На диаграмме рис. 37-3, а ток /, как и у генератора, рассматривается как отдаваемый в сеть. Проек­ ция этого тока на направление и отрицательна, что свидетельствует

Рис 37-3 Два вида векторных диаграмм перевоз­ бужденного явнополюсного синхронного двигателя

о том, что активная составляющая тока в действительности потреб­ ляется из сети.

Если на диаграмме рис. 37-3, а вектор тока повернуть на 180°

и изменить знак у вектора Е, так как положительные направления

/и Е должны изменяться одновременно, то получим диаграмму рис. 37-3, б, на которой ток / надо рассматривать как потребляемый из сети. Проекция / на направление I/ положительна, что указывает на потребление активного тока из сети.

Из рис. 37-3, а следует, что отдаваемая в сеть активная мощность

Р = тШ соз <р < 0,

а в соответствии с рис 37-3, б потребляемая из сети активная мощ­ ность

Р = тШ со8 ф > 0.

Диаграммы рис. 37-3 соответствуют перевозбужденному двига­ телю, и такой двигатель, согласно рис. 37-3, а, отдает в сеть отстающий ток, а согласно рис. 37-3, б, потребляет из сети опережающий ток. Очевидно, что обе трактовки равноценны.

По рис. 37-3, а, э. д. с. Ё равна О плюс падения на­ пряжения в двигателе:

Ё = 0 + г 0 / -{■ ]Хч1ч -{- ]Хц1а>

(37-2)

по рис. 37-3, б, э. д. с. Ё с об­ ратным знаком равна напря­ жению сети О минус падения напряжения в двигателе:

—Ё=(]—га\ —]хч\,Г -]хЛ\Л.

(37-3)

в относительных единицах на рис. 37-4. Двигатель работает с пере­ возбуждением, его сов <р с уменьшением полезной мощности Р2 также уменьшается, а отдаваемая в сеть реактивная мощность ф увеличивается. Отсюда следует, что перевозбужденные недогружен­ ные синхронные двигатели в отличие от асинхронных способствуют улучшению коэффициента мощности сети.

§ 37-2. Синхронные компенсаторы

Как уже указывалось в § 35-2, синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность (рис. 35-5, а).

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских

подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных ком­ пенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность (см. рие. 35-5, б), так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо, загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снаб­ жается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напря­ жение на зажимах компенсатора остается постоянным.

Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и с точки зрения режима своей работы в сущности являются синхрон­ ными двигателями, работающими на холостом ходу. Поэтому в отличие от случая, которому соответствуют векторные диаграммы рис. 35-5, а и б, синхронные компенсаторы загружены также неболь­ шим активным током и потребляют из сети активную мощность для покрытия своих потерь. Компенсаторы строятся на мощность до 5„ = 100 000 кв-а и имеют явнополюсную конструкцию, обычно с 2р = 6 или 8. Мощные компенсаторы имеютводородное охлаждение.

Для осуществления асинхронного пуска все синхронные компен­ саторы снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечни­ ках или их полюсы делаются массивными. При этом используется способ прямого, а в необходимых случаях — способ реакторного пуска. В некоторых случаях мощные компенсаторы пускаются в ход также с помощью пусковых фазных асинхронных двигателей, укреп­ ляемых с ними на одном валу. Для синхронизации с сетью при этом обычно используется метод самосинхронизации.

Так как синхронные компенсаторы не развивают активной мощ­ ности, то вопрос о статической устойчивости работы (см. § 35-3 и 35-4) для них теряет остроту. Поэтому они изготовляются с мень­ шим воздушным зазором, чем генераторы и двигатели, и соответст­ венно этому величины хй и хч у них больше (см. табл. 32-1). Умень­ шение зазора позволяет облегчить обмотку возбуждения и удеше­ вить машину.

Номинальная полная мощность синхронного компенсатора

соответствует его работе с перевозбуждением. Наибольшие значения тока и мощности в недовозбужденном режиме получаются при