3.3.3. Регулирование тока возбуждения синхронного двигателя

Регулирование тока возбуждения двигателя при работе в синхронном режиме осуществляется, как правило, САР возбуждения. САР возбуждения выполняет две основные функции. Первая - обеспечение устойчивой работы в синхронном режиме. При набросах нагрузки или при снижении величины питающего напряжения САР возбуждения форсирует (увеличивает) ток возбуждения, благодаря чему увеличивается максимальный момент двигателя в синхронном режиме (см. рис.3.27). Вторая – осуществление автоматического регулирования величины реактивной мощности, циркулирующей в статорной цепи двигателя.

В

г)

ажным достоинством синхронных двигателей является возможность регулирования величины реактивной мощности, циркулирующей в цепи статора, в том числе возможность, работая двигателем, т.е. потребляя активную мощность, одновременно генерировать реактивную мощность, т.е. работать компенсатором реактивной мощности, потребляемой другими параллельно работающими приемниками электрической энергии, прежде всего асинхронными двигателями.

Применение на предприятиях наряду с асинхронными синхронных двигателей позволяет уменьшить реактивную мощность, потребляемую предприятием в целом, и поддерживать нормативное значение в энергосистеме данного предприятия.

Возможность регулирования реактивной мощности в цепи статора двигателя путем изменения тока его возбуждения иллюстрируется векторными диаграммами на рис.3.29.

Векторная диаграмма (а) соответствует току возбуждения меньше номинального; при этом вектор тока статора отстает от вектора напряжения сетина угол, т.е. двигатель работает с отстающими(реактивная мощность «потребляется»). При увеличении тока возбуждения э.д.с.Е₁, наводимая в обмотках статора, увеличивается и может достигнуть такого значения, при котором ток статора будет совпадать по фазе с напряжением, т.е.(см. рис.3.29,б). Момент на валу двигателя при этом будет такой же, как и в предыдущем случае, но реактивная мощность будет равна нулю. Очевидно (это следует из формулы (3.37)) ток статораI₁ при данном моменте нагрузки будет минимальным. Этот режим является энергетически наиболее выгодным для синхронного двигателя, т.к. потери в статоре будут минимальны.

Если еще больше увеличить ток возбуждения, то ток статора будет опережать по фазе напряжение ,станет опережающим, и синхронный двигатель будет генерировать реактивную мощность (см. рис. 3.29,в). Зависимость тока статора от тока возбуждения синхронного двигателя отражаетсяU-образными характеристиками синхронного двигателя, представленными на рис.3.30.

Пример 3.2.

Два двигателя (рис.3.31): М1 – асинхронный с короткозамкнутым ротором, и М2 – синхронный получают питание от шин 6 кВ. Двигатель М1 работает с постоянной номинальной нагрузкой на валу. Двигатель М2 работает с постоянной нагрузкой на валу, составляющей 50% от номинальной. Режим работы двигателей – продолжительный. Определить какой ток следует установить в обмотке возбуждения синхронного двигателя, чтобы cosφ на шинах, питающих двигатели, был бы равен единице. Технические данные двигателей:

Синхронный – типа СД2, напряжение статора U_1л=6000 В; мощность Р_н=800 кВт, номинальный ток статора I_1н=90 А; скорость вращения – 1000 об/мин, номинальный ток возбуждения I_вн=175 А, номинальный кпд – η_н=95,6; номинальный коэффициент мощности – cosφ_н=0,9 (опережающий).

Асинхронный – тип АН2-15-57-10, напряжение U_1л=6000 В, номинальный ток статора – 80 А, номинальная скорость – 592 об/мин, cosφ=0,8.

Решение.

Реактивная мощность, циркулирующая в цепи статора асинхронного двигателя

кВАр.

Для компенсации этой реактивной мощности синхронный двигатель должен работать с опережающим cosφ и реактивным током

А.

Активная составляющая тока статора при нагрузке на валу 0,5 номинальной:

А.

Полный ток статора синхронного двигателя в этом режиме

А.

Коэффициент мощности синхронного двигателя в этом режиме

(опер).

Для того, чтобы определить величину тока возбуждения синхронного двигателя в рассматриваемом режиме воспользуемся упрощенным уравнением угловой характеристики синхронного двигателя (3.38).

Сначала определим из условий номинального режима параметры синхронного двигателя: х₁ и Е_1н.

,

т.к. перегрузочная способность данного двигателя , тои.

Из векторной диаграммы рис.3.26 имеем

(3.40)

для номинального режима

Ом

В.

Из (3.40) получим

Для заданного режима

Из уравнения угловой характеристики (3.38) найдем величину Е₁, соответствующую заданному режиму

В,

где: Нм.

Полагая, что э.д.с. Е₁ пропорциональна току возбуждения, найдем, что заданному режиму будет соответствовать ток возбуждения,

А.