1.16. Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу; при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения соsφ или в режиме стабилизации напряжения.

Обычно электрическая сегь, питающая электроэнергией промышленные предприятия, нагружена током I_н отстающим по фазе от напряжения сети U_c (рис. 1.55, а). Это объясняется тем, что от сети получают питание асинхронные двигатели, у которых реактивная составляющая тока довольно велика. Для улучшения cosφ сети синхронный компенсатор должен работать в режиме перевозбуждения. При этом ток возбуждения регулируется так, чтобы ток якоря İ_а синхронного компенсатора опережал на 90° напряжение сети Ù_с (рис. 1.55, а) и был примерно равен реактивной составляющей İ_н.р тока нагрузки İ_н. В результате сеть загружается только активным током нагрузки İ_с = İ_н.а.

При работе в режиме стабилизации напряжения ток возбуждения синхронного компенсатора устанавливается постоянным, причем такой величины, чтобы э. д. с. компенсатора Е₀ была равна номинальному напряжению сети U_с.ном (рис. 1.55, б). В сети при этом имеется некоторый ток I_н создающий падение напряжения

,

где r_с и х_с—активное и индуктивное сопротивления сети; φ—угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока сети.

Рис. 1.55 - Векторные диаграммы синхронного компенсатора:

а—в режиме улучшения cos ф сети; б, в, г—в режиме стабилизации напряжения

Если напряжение сети в точке подключения синхронного компенсатора несколько понизится из-за возрастания тока нагрузки I_н и станет меньше U_с.ном, то синхронный компенсатор начнет забирать из сети реактивный опережающий ток İ_а (рис. 1.55, в). Это уменьшает падение напряжения в ней на величину ΔU_к = I_ax_c. При повышении напряжения в сети, когда U_c > U_с.ном, синхронный компенсатор загружает сеть реактивным отстающим током İ_а (рис. 1.55, г), что приводит к увеличению падения напряжения на величину ΔU_к = I_ax_c. При достаточной мощности синхронного компенсатора колебания напряжения в сети не превышают 0,5 — 1,0%. Недостатком указанного метода стабилизации напряжения является то, что синхронный компенсатор загружает линию реактивным током, увеличивая потери в ней.

1.17. Однофазная синхронная машина

Однофазная синхронная машина может работать в качестве генератора и двигателя. При этом на статоре машины укладывают обмотку якоря (рис. 1.56, а), занимающую примерно ²/₃ его окружности. Располагать обмотку якоря по всей окружности статора нецелесообразно, так как при этом расход меди увеличится в 1,5 раза, а мощность повысится незначительно — примерно на 15%. Это объясняется тем, что по мере увеличения числа пазов уменьшается обмоточный коэффициент, который для машины с равномерно распределенной обмоткой якоря составляет около 0,64. Однако из-за уменьшения числа пазов, заполненных обмоткой, мощность однофазной машины примерно в 1,4 раза меньше мощности трехфазной машины с одинаковым диаметром статора и при одинаковых потерях мощности в его обмотке.

Рис. 1.56 - Схематический разрез однофазной синхронной машины (а) и

векторная диаграмма м. д. с. и э. д. с, создаваемых обратным полем (б):

1—статор, 2—обмотка якоря, 3 — ротор, 4— обмотка возбуждения

При протекании однофазного тока по обмотке якоря возникает как прямое Ф_пр, так и обратное Ф_обр магнитные поля. Прямое поле относительно ротора неподвижно; обратное же вращается с угловой скоростью 2ω₁ и индуктирует в обмотке возбуждения э. д. с, частота которой в два раза больше частоты э. д. с. в обмотке якоря. Протекающий при этом ток двойной частоты может вызвать искрение на щетках возбудителя и ряд других нежелательных последствий. Для устранения этих явлений на роторе однофазной машины обязательно размещают короткозамкнутую демпферную обмотку типа беличьей клетки. В стержнях демпферной обмотки обратное поле индуктирует э. д. с. двойной частоты, вследствие чего создаваемая этой обмоткой м. д. с. F_д будет вращаться с той же частотой и в том же направлении, что и обратное поле, созданное м. д. с. F_обр обмотки статора. Векторная диаграмма (рис. 1.56, б), иллюстрирующая взаимодействие этих м. д. с, сходна с векторной диаграммой трансформатора тока. Так же как и в трансформаторе тока, м. д. с. F_д оказывает размагничивающее действие на м. д. с. F_обр, при этом результирующая м. д. с. F_рез и создаваемый ею поток Ф_рез, а также э. д. с. Е_д в демпферной обмотке и э. д. с. Е_в в обмотке возбуждения резко уменьшаются. Таким образом, при наличии демпферной обмотки обратное поле почти полностью гасится и через обмотку возбуждения переменный ток практически не проходит.