3.16. Синхронный двигатель и синхронный компенсатор

Трехфазные синхронные двигатели выпускают мощностью от 20 кВт до нескольких десятков тысяч киловатт. При частотах вращения от 100 до 1000 об/мин двигатели имеют обычно явнополюсное исполнение ротора, при больших частотах вращения (1500 и 3000 об/мин) – неявнополюсное. В зависимости от мощности двигатели выполняют на напряжения от 220 В до 10 кВ. Конструкция двигателей не отличается от конструкции генераторов той же мощности и частоты вращения. Особые требования предъявляются лишь к конструктивному исполнению их демпферной (пусковой) обмотки, с помощью которой производится асинхронный пуск двигателей в определенных условиях.

Синхронная машина, работающая параллельно с сетью, автоматически переходит в двигательный режим, если к валу ротора приложен тормозной момент, что соответствует изменению знака угла . Величина угла нагрузки определяется механической нагрузкой на валу.

Переход из режима работы генератором в режим работы двигателем сопровождается изменением знака угла между вектором ЭДСи вектором напряжения, поэтому выражения для мощностей и моментов для двигательного режима синхронной машины можно вывести из соответствующих выражений для генератора, подставляя в них отрицательные значения угла.

Угловые и U-образные характеристики синхронной машины играют ту же роль в двигательном и генераторном режимах.

Работу синхронного двигателя характеризуют рабочие характеристики, представляющие собой зависимость ,,,иотпри,и.

Рис. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

Преимущества синхронных двигателей по сравнению с асинхронными:

– возможность работы при , что приводит к улучшениюсети, а также к сокращению размеров двигателя, так как его ток меньше тока асинхронного двигателя той же мощности;

– имеют меньшую чувствительность к колебаниям напряжения, так как , в отличие от асинхронных, где;

– постоянство частоты вращения независимо от нагрузки на валу.

Недостатки синхронных двигателей:

– сложность конструкции и большая стоимость;

– сравнительная сложность пуска в ход;

– регулирование частоты вращения возможно только путем изменения частоты питающего напряжения.

При мощностях 100 кВт и выше недостатки синхронных двигателей несущественны, поскольку значение приобретают и габариты.

Для пуска синхронного двигателя применяют вспомогательный синхронный двигатель либо осуществляют асинхронный пуск.

Синхронным компенсатором (СК) называют синхронную машину, работающую в двигательном режиме без нагрузки на валу, предназначенную для генерирования реактивной мощности. Синхронные компенсаторы включаются в электрическую систему непосредственно вблизи места потребителя электрической энергии.

Рис. Схема включения синхронного компенсатора в электрическую систему.

Затраты, связанные с установкой и эксплуатацией СК в узлах потребления, окупаются, если их мощность составляет 20...30% полной мощности линии передачи.

Реактивная мощность, развиваемая СК при параллельной работе с системой, зависит от его тока возбуждения : перевозбужденный СК () отдает реактивную мощность в сеть; недовозбужденный СК () потребляет реактивную мощность из сети.

Электромагнитные процессы в СК описываются теми же уравнениями и диаграммами, что и в генераторах.

Наибольшее практическое значение имеет U-образная характеристика СК, она не отличается от соответствующей характеристики синхронного генератора.