Вопросы и задания

1. Поясните схемы пуска СД, отметив их достоинства и недостатки.

2. Как СД можно использовать для компенсации реактивной мощности индуктивного характера в сети?

4.20 Синхронный компенсатор.

Синхронно-реактивный двигатель

Синхронным компенсатором (СК) называется СД, используемый по альтернативному назначению – компенсации реактивной мощности в сети. Этот вариант использования СД отразился на конструкции СД, а именно, у СК вал ротора не выводится наружу, он исполняется небольшого сечения, подшипники и корпус - облегченные.

СК вводится в работу так же, как и СД (рис.4.31). Регулирование емкостного тока достигается в режиме перевозбуждения СК (рис.4.32).Положительные эффекты при использовании на предприятии СК иллюстрируются рис.4.33.

В сети без СК ток I_л в линии электропередачи совпадает с током нагрузки I_н и отстает от напряжения U на угол φ_н(инд) (рис.4.33,б). На сопротивлении линии R_л+jx_л теряется напряжение величиной , из-за чего напряжение U на нагрузке меньше напряжения U_эс на электростанции. Кроме того, в активном сопротивлении R_л линии теряется мощность

В сети с СК ток I_л в линии электропередачи равен только активной составляющей тока нагрузки I_на=I_нcosφ_н (рис.4.33,в). На сопротивлении линии R_л+jx_л теряется напряжение , которое меньше, чем в схеме без СК и, значит, напряжение на нагрузке U напряжения выше. Кроме того, в сопротивлении R_л линии уменьшается мощность потерь

Использование СК вместо косинусных конденсаторов для компенсации реактивной мощности выгоднее по следующим причинам:

1. СК занимают для установки меньшие площади здания.

2. СК нечувствителен к помехам в сети, в то время как косинусные конденсаторы в сети с помехами могут не только выйти из строя, но могут и взорваться.

3. С помощью СК можно путем регулирования напряжения возбуждения U_f просто изменять ток компенсации I_СК, что необходимо в случае изменения величины реактивного тока I_нр=I_нsinφ_н нагрузки.

Синхронно реактивный двигатель (СРД) представляет трехфазную машину без обмотки возбуждения, у которого вращающий момент является синхронно-реактивным (второе слагаемое формулы (4.29) синхронного момента СД). Устройство СРД приведено на рис.4.34,а.

Токами обмоток статора создается вращающееся магнитное поле с параметрами:

- напряженность (намагничивающая сила) Н_ст магнитного поля статора;

- частота вращения ω_ст магнитного поля статора.

Ротор с частотой ω вращается в сторону, что и поле статора, причем ω_ст>ω. При вращении поля и ротора изменяется ориентация оси ротора относительно оси поля статора, что влияет на величину индуктивности L_cm обмоток статора. Если ось ротора перпендикулярна к оси поля (близкое к указанной ориентации занимает ротор, изображенный сплошной линией), то на пути потока существует большой воздушный зазор и, следовательно, индуктивность статора минимальна - L_cm.min. Если ось ротора параллельна оси поля (близкое к указанной ориентации занимает ротор, изображенный пунктирной линией), то на пути потока существует малый воздушный зазор и, следовательно, индуктивность статора максимальна - L_cm.mах. Налицо периодические изменения индуктивности Если ось ротора перпендикулярна к оси поля (близкое к указанной ориентации занимает ротор, изображенный сплошной линией), то на пути потока существует большой воздушный зазор и, следовательно, индуктивность статора минимальна - L_cm при вращении ротора.

Установленное изменение индуктивности служит причиной появления вращающего момента СРД. Рассмотрим СРД как систему, к которой извне (из сети) подводится энергия и носителем энергии является электрический ток I статора (рис.4.34,б). Используем определения энергии магнитного поля катушки в виде

,

где ток I пропорционален напряженности Н_ст обобщенного магнитного поля статора, полученного суммирование напряженностей трех катушек статора, а механической энергии вращательного движения в виде W_мех=М·α (α - угол поворота вала СРД).

Так как Н_ст имеет постоянную величину (поле только вращается), то нужно считать ток обобщенным током статора и, значит, постоянной величиной.

Полая энергия СРД равна сумме энергий W_мех и W_мп. Так как СРД по отношению к сети является автономной замкнутой системой, к которой нет другого, чем из сети, подвода энергии и потребляемый из сети обобщенный ток постоянен, то изменения полной энергии СРД в любой момент времени нулевое:

Из полученной формулы видно, что вращающий момент СРД пропорционален скорости изменения индуктивности статора L_cm.

Формула угловой характеристики СРД, полученная без учета активного сопротивления обмотки R_a статора имеет такой же вид как и формула синхронно-рективного момента у явнополюсного СД (рис.4.34,в):

При учете активного сопротивления обмотки R_a статора графики механических характеристик сдвигаются влево (рис.4.34,в).

Достоинства СРД:

- обеспечивает постоянство частоты вращения независимо от нагрузки;

- дешевизна, надежность и большой срок службы.

Недостатки СД:

- малый коэффициент мощности – cosφ<0,5;

- низкий к.п.д. - η<0,7.