18.3. Контрольные вопросы

1) Какими методами можно включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью? В чем различие этих методов?

2) Какие условия нужно выполнить при включении генератора по методу точной синхронизации?

3) Как включить генератор по методу самосинхронизации?

4) Для чего предназначен синхроноскоп?

5) Какие типы синхроноскопов применяются при включении синхронного генератора?

6) Какая характеристика называется U-образной и как ее снять на испытуемой машине?

7) Как регулируются реактивная и активная мощности синхронного генератора?

Лабораторная работа 19

ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цель работы: изучить конструкцию и способы пуска в ход синх-ронных двигателей, снять рабочие характеристики и U-образные кривые синхронного двигателя [1, с. 269 – 290; 739 – 744].

19.1. Основные положения теории

Конструкция синхронного двигателя аналогична конструкции синхрон-ного генератора. Статор синхронного двигателя имеет распределенную обмотку (чаще всего – трехфазную), расположенную в пазах статора с числом фаз, равным в общем случае . Обмотка статора, или обмотка якоря, как правило, неподвижна, но есть конструкции двигателей и с вращающейся обмоткой якоря.

Обмотка ротора состоит из катушек, образующих многополюсную систему с числом полюсов . Обмотка ротора называется обмоткой возбуж-дения, она питается постоянным током и создает в машине магнитный поток возбуждения. Постоянный ток на обмотку возбуждения подается через контактные кольца от отдельного источника (как это сделано в конструкции исследуемой машины) или от установленного на одном валу с ротором возбудителя (машины постоянного тока).

Ротор конструктивно может быть выполнен в двух вариантах: с явно выраженными полюсами и неявно выраженными (в этом случае обмотка ротора укладывается в пазах на роторе).

Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением не имеют начального пускового момента. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен несколькими способами.

Пуск в ход с помощью вспомогательного двигателя. Недостатками данного способа являются удорожание и усложнение установки за счет пускового двигателя, невозможность пуска под нагрузкой, поэтому этот способ пуска двигателя применяется редко.

Частотный пуск. При пуске по этому способу двигатель получает пита-ние от специального генератора с регулированием частоты от нуля до номинального значения. По мере разгона двигателя частота тока плавно повышается. Частотный пуск синхронных двигателей применяется в специальных установках.

Асинхронный пуск. Это основной способ пуска синхронных двигателей, применяемый в настоящее время. В синхронных двигателях с явно выраженными полюсами в полюсные наконечники укладывается коротко-замкнутая обмотка в виде «беличьей клетки», которая служит в качестве пусковой. В последнее время синхронные двигатели часто выполняют без пусковой обмотки, но с массивными полюсами. В этих полюсах при пуске возникают вихревые токи, которые, взаимодействуя с вращающимся полем статора, создают пусковой момент.

Обмотка возбуждения синхронного двигателя при асинхронном пуске должна быть замкнута накоротко или через активное сопротивление, значение которого в десять раз больше значения сопротивления обмотки возбуждения. Если обмотка возбуждения при пуске будет разомкнута, то на ее зажимах наводится большое напряжение, что может привести к повреждению изоляции и вывести из строя двигатель. При асинхронном пуске обмотка синхронного двигателя включается в сеть переменного тока, в двигателе вращающий момент возникает, как в асинхронной машине, который разгоняет ротор до частоты, близкой к синхронной. Если подвести постоянный ток к обмотке ротора, то в результате взаимодействия возбужденных полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора ротор втягивается в синхронизм.

Уравнение напряжения синхронного двигателя записывается так:

, (61)

где  – ЭДС, индуктируемые продольной и поперечной реакцией якоря;

– основная ЭДС, созданная источником возбуждения;

– ЭДС, индуктируемая потоком рассеяния обмотки статора.

Двигатель может работать при различных коэффициентах мощности, что является основным преимуществом синхронных двигателей.

Величина зависит от тока возбуждения. Можно установить такой ток возбуждения, при котором двигатель будет работать с . Это свойство синхронных двигателей используется для повышения коэффициента мощности в узле питания потребителя электрической энергии, где установлен синхронный двигатель.

Зависимость при постоянном моменте на валу называется U-образной характеристикой.

Внутренний угол нагрузки определяет устойчивость работы машины и ее перегрузочную способность:

. (62)

Для определения угла воспользуемся неоновой лампой, питающейся от той же сети, что и обмотка статора. Лампа, мигая с частотой сети, освещает вал ротора двигателя с нанесенной на нем меткой, которая кажется неподвижной. При (что возможно при ) векторы и совпадают по фазе и метка совмещена с нулевым значением шкалы. С увеличением нагрузки на вал двигателя угол возрастает и достигает при номинальной нагрузке значения .

При работе синхронного двигателя от сети и при постоянном токе возбуждения его рабочие характеристики (первичная мощность , ток в статоре , коэффициент мощности , коэффициент полезного действия , момент ) зависят от полезной мощности на валу. Для определения полезной мощности на валу воспользуемся кривой КПД нагрузочного генератора ([8], рис. 43) и найдем полезную мощность по формуле:

(63)

Момент двигателя на валу, Нм,

(64)

где или 3000 об/мин.

Синхронные двигатели имеют следующие преимущества: строгое постоянство частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу; меньшая, чем у асинхронных двигателей, чувствительность к колебаниям напряжения сети; возможность работы при (даже с опережающим током), что приводит к повышению коэффициента мощности сети и КПД.

Недостатками синхронных двигателей по сравнению с асинхронными являются: более сложная конструкция; усложненные методы пуска; ограничено число способов регулирования частоты вращения; высокая стоимость.