уч. пособие Электротехника. Часть 2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис.28. (а) – схема замещения СД; (б) – векторная диаграмма СД

где Хс–синхронное индуктивное сопротивление; - угол нагрузки

Характеристика зависимости момента двигателя от угла нагрузки называетсяугловой характеристикоймашины и имеет вид синусоиды и выражает работу как двигательного, так и генераторного режима (рисунок 4.29).

Рис. 4.29. Угловая характеристика СМ: 1 – основная составляющая магнитного момента; 2 – реактивная составляющая магнитного момента; 3 – итоговая кривая магнитного момента.

101

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Областью устойчивой работы двигателя является участок = 0 /2, где выполняется условие положительности производной момента по углу нагрузки. Поэтому с целью получения запаса устойчивости за номинальный момент синхронного двигателя принимаетсяМн = 0,5Мн которому соответствует угол = 300.

Как видно из рисунка, основанная составляющая магнитного момента изменяется пропорционально синусу , в то время как реактивная составляющая магнитного моментаизменяется пропорционально синусу 2 .

Важным преимуществом синхронного двигателя является способность регулировать потребляемую из сети реактивную мощность путем изменения тока возбуждения.

Рассмотрим зависимости тока статора двигателя от тока возбуждения I = (Iв). Такие характеристики называются U-образные характеристики двигателя (рисунок 4.30).

При перевозбуждении Iдв имеет емкостной характер, а при недовозбуждении – индуктивный.

U-образные характеристики имеют границу устойчивости. Вдоль этой границы уменьшение тока возбуждения приводит к опрокидыванию двигателя или выпаданию из синхронизма. Граница устойчивости соответствует режиму Мдв = Мген.

Рис. 4.30. U-образные характеристики

Таким образом, синхронный двигатель может быть использован в качестве компенсирующего устройства для регулирования реактивной мощности.

102

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Недостатком синхронного двигателя является необходимость в наличии возбудителя для запуска, так как при равенстве синхронной частоты вращения поля статора и частоты вращения поля ротора пусковой момент отсутствует. Наиболее распространен асинхронный запуск. В этом случае на полюсах двигателя размещается короткозамкнутая обмотка. При пуске статор подключают к сети. Возникающее магнитное поле индуцирует в этой обмотке ЭДС и токи, в результате чего создается электромагнитный момент, как и у асинхронного двигателя. При этом обмотка возбуждения отключена от источника постоянного тока, но замкнута на активное сопротивление с целью уменьшения напряжения на ее зажимах при пуске. При достижении двигателем частоты вращения близкой к синхронной частоте, обмотка возбуждения переключается на источник постоянного тока. В этом случае говорят, что двигатель втянулся в синхронизм.

4.5.2. Синхронный генератор

Так как выражение электромагнитной мощности и момента у синхронной машины аналогичны как в двигательном так и в генераторном режиме, то перейдем к рассмотрению генераторного режима СМ.

При работе СМ в качестве генератора можно регулировать магнитный поток Ф0 и пропорциональную ему Е0, изменяя ток возбуждения. Зависимость Е0 = (Iв) называется характеристикой холостого хода генератора (рисунок 4.31).

Рис.4.31. Характеристика холостого хода генератора

Остаточнаяэдс у синхронного генератора равна 5 10 В.

103

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При включении статора на сопротивление нагрузки по обмотке пойдет ток, который создаст поле, вращающееся относительно статора и неподвижное относительно поля возбуждения основного потока ротора Ф0.

Следует отметить, что совпадение токов в проводниках по фазе с ЭДС будет только при активной нагрузке, когда как при

индуктивной нагрузке ток отстает на 900, а при емкостной опережает на 900.

Рост напряжения при емкостной нагрузке связан с подмагничивающим действием реакции якоря(статора), а снижение при индуктивной - размагничиванием.

Уравнение электрического состояния одной фазы синхронного генератора с учетом поля рассеяния якоря Ф имеет вид:

где Е0 –эдс холостого хода, а Еа и Е эдс самоиндукции соответственно обмотки якоря и поля рассеяния.

Еа = - jXaIи Е = jX I, при этом Ха + Х = Хс , а Хс Rя.

Учитывая последние выражения, подставим значения ЭДС в уравнение электрического состояния и получим упрощенное выражение:

Данному выражению соответствует следующая схема замещения и векторная диаграмма (рисунок 4.32).

Рис. 4.32. (а) – схема замещения СГ; (б) – векторная диаграмма СГ

104

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Из диаграммы следует, что ЭДСЕ0 соответствует магнитному потоку ротора Ф0, а напряжениеU результирующему магнитному потоку Ф. Отсюда следует, что в генераторном режиме Ф0 опережает Ф на угол .

Основной режим работы генератора нагрузочный. Пренебрегая потерями в сопротивлении обмотки якоря получим из векторной диаграммы значение cos между напряжением и Е0:

С учетом этого выражения получим зависимость для определения электромагнитной мощности:

где выражение перед знаком умножения соответствует максимальному моменту Ммах, причем Ммах U.

Зависимости электромагнитной мощности и момента СМ при различных токах возбуждения приведены на рисунке 33.

Рис.4.33. Угловая характеристика СГ

В синхронном генераторе с активно-реактивной нагрузкой при определении электромагнитного момента необходимо учитывать фазовый сдвиг тока относительно магнитного потока или

105

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

напряжения. Тогда выражение для момента можно записать в следующем виде:

Синхронный генератор в качестве источника электрической энергии переменного тока включают в распределительную сеть параллельно. При параллельной работе генератора с системой большой мощности его частота и напряжение, а также угловая скорость должны оставаться неизменными при любых изменениях нагрузки, тока возбуждения и момента первичного двигателя. Активную мощность, отдаваемую при этом генератором в сеть, можно изменять только изменением момента первичного двигателя.

106

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4.5.3.Вопросы для самопроверки к разделу 4.5

Когда применятся СМ?

Что представляет собой ротор СМ?

От чего зависит частота ЭДС переменного тока?

Почему ротор СМ вращается в том же направлении, что и поле статора?

Что такое угловая характеристикамашины?

Какие режимы работы существуют у СМ?

Для какого режима работы СМ применяют угловую характеристику?

Что такое область устойчивой работы синхронного двигателя?

Каким преимуществом обладает синхронный двигатель?

Какие характеристики называются U-образными характеристиками двигателя?

Каким недостатком обладает синхронный двигатель?

Каким образом возможно регулировать магнитный поток Ф0

ипропорциональную ему Е0 при работе синхронной машины в генераторном режиме?

При каком виде нагрузке будет совпадение токов в проводниках по фазе с ЭДС?

Какой режим работы генератора является основным?

Каким образом включают в сеть синхронный генератор?

107

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5. Электрическая безопасность

Изучению электрической безопасности уделено особое внимание в курсе «Электротехника» так как, прежде всего электрический ток представляет опасность для жизни и здоровья человека. В виду того, что электрический ток не видим и не имеет запаха, его утечку невозможно обнаружить органами чувств. Кроме этого электрический ток может воздействовать на человека через предметы, землю и даже воздушное пространство. Область поражения электрическим током не ограничивается только местом соприкосновения с источником электрического тока, а поражает тело человека на всем пути прохождения от кожных покровов до внутренних органов.

Все основные правила об электробезопасности, канализации электроэнергии, защиты и автоматики, распределительных устройств и подстанций, электросиловых установка, освещении и специальных установках приведены в Правилах устройства

электроустановок (ПУЭ).

Электробезопасность –система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Электробезопасность включает в себя правовые, социальноэкономические, организационно-технические, санитарногигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются как правовыми и техническими документами, так и нормативнотехнической базой. Знание электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование, а знание основ электробезопасности необходимо для технических специальностей, чья профессиональная деятельность связана с промышленностью, строительством и многими другими областями, в том числе нефтегазовым делом.

В данном разделе освещены не все вопросы об электробезопасности. Такие темы как средства защиты и оказание первой медицинской помощи освещены в дисциплине «Безопасность жизнедеятельности».

108

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для дальнейшего освоения материала необходимо дать определения таким понятиям как – прямое прикосновение, косвенное прикосновение, напряжение прикосновения и шаговое напряжение.

Прямым прикосновением называют электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением.

Косвенным прикосновением называют электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

Напряжением прикосновения называют напряжение, возникающее между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Шаговым напряжениемназывают напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.

5.1.Воздействие электрического тока на человека

При одновременном прикосновении к открытым токоведущим частям с высоким потенциалом и нулевым (земля) либо достаточно низким потенциалом, человек замыкает собой электрическую цепь. При этом через тело человека, как через проводник, будет проходить электрический ток, оказывая специфическое воздействие:

Термическое воздействие: происходит перегрев и функциональное расстройство органов на пути прохождения тока, жидкости в организме человека разогреваются, что приводит к нарушению теплообмена.

Электролитическое воздействие: происходит электролиз жидкости в тканях организма, разложение плазмы крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое воздействие: разрыв тканей, расслоение тканей, ударное действие испарения жидкости из тканей организма. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц, вплоть до их разрыва.

109

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы.

При поражении электрическим током различают два вида электротравм:

Местные электротравмы - чѐтко выраженное местное повреждение целостности тканей организма, в том числе костных тканей, вызванное действием электрического тока или электрической дугой. К местным электротравмам относятся следующие травмы: электрические ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия.

Общиеэлектротравмы (электрический удар) – возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. В зависимости от исхода поражения электрические удары делятся на четыре степени:

I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II – судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работой сердца;

III - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);

IV – клиническая смерть, то есть отсутствие дыхания и кровообращения – переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких.

Кроме остановки сердца и прекращения дыхания причиной смерти может быть электрический шок — тяжелая нервно-реф- лекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток, после чего может наступить гибель или выздоровление в результате интенсивных лечебных мероприятий.

Главным и определяющим фактором воздействия электрического тока на тело человека является сила тока. Предельно допустимая неощутимая величина переменного тока 0,3 мА. Эта величина считается условно безопасной. Однако следует отметить, что эта величина считается условно безопасной для среднестатистического взрослого здорового человека. Так как электрическое сопротивление тела и приложенное напряжение также влияют на исход поражения. Они определяют величину тока

110