53. Угловые характеристики синхронного генератора
Угловые характеристики позволяют подвергать анализу процессы, происходящие в синхронном генераторе при мутации нагрузки. Служба, совершаемая первичным двигателем, преобразуется в электрическую энергию, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего минуты благодаря ускорения, сообщаемого ротору, угол увеличивается.
Уже после некоторых колебаний приблизительно значения синхронной частоты вращения баланс вращающего минуты и тормозного электромагнитного минуты генератора восстанавливается, место при новом значении угла. Синхронный генератор работает устойчиво при мутации угла в пределах 0-л2. Значению угла соответствуют наибольшая мощь. Смысл угла устанавливает запас устойчивости синхронного генератора. При углах синхронный генератор работает неустойчиво.
54. Принцип действия синхронного двигателя
Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз.
Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, магнитные оси которых сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируются ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индуктируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора n:
f1 = pn/60(1)
Для получения ЭДС необходимой частоты число пар полюсов и частота вращения должны находиться в определенной зависимости между собой. Так, для получения стандартной частоты f1= 50 Гц при р=1 нужно иметь частоту вращения n = 3000 об/мин, а при р = 24 n = 125 об/мин.
Если к трехфазной обмотке якоря синхронного генератора подсоединить нагрузку, то возникший ток создаст вращающееся магнитное поле якоря. Частота вращения этого поля относительно статора
n1 = 60 f1/p.(2)
Заменяя в (2) частоту ее значением из (1), получаем n1 = n.
Равенство частот вращения ротора п и поля якоря n1 является характерной особенностью синхронной машины, обусловившей ее название.
55. Пуск синхронного двигателя
Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление, т. е. средний момент за период равняется нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как его ротор, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.
Метод асинхронного пуска. В настоящее время чаще всего применяют метод асинхронного пуска. При этом методе синхронный двигатель пускают как асинхронный, для чего его снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу «беличья клетка». Чтобы увеличить сопротивление стержней, клетку изготовляют из латуни. При включении трехфазной обмотки статора в сеть образуется вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с током Iп в пусковой обмотке (рис. 8.38, я), создает электромагнитные силы F и увлекает за собой ротор. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, постоянный ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм.
Рис. 8.38. Устройство пусковой обмотки синхронного двигателя (а) и схемы его асинхронного пуска (б, в):1— обмотка возбуждения; 2 пусковая обмотка; 3— ротор; 4 обмотка якоря: 5 — якорь возбуждения; 6 — «беличья клетка»; 7—кольца и щетки
Применяют две основные схемы пуска синхронного двигателя. При схеме, изображенной на рис. 8.38,б, обмотку возбуждения сначала замыкают на гасящий резистор, сопротивление которого Rдоб превышает в 8... 12 раз активное сопротивление Rв обмотки возбуждения. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (при s0,05), обмотку возбуждения отключают от гасящего резистора и подключают к источнику постоянного тока (возбудителю), вследствие чего ротор втягивается в синхронизм. Осуществить пуск двигателя с разомкнутой обмоткой возбуждения нельзя, так как во время разгона ротора при s>0 в ней вращающимся магнитным полем индуцируется электродвижущая сила Eв = 4,44f2 wвФm = 4,4f1swвФm; где f2=f\s — частота изменения тока в обмотке
Рис. 8.39. Зависимость электромагнитного момента от скольжения при асинхронном пуске синхронного двигателя
возбуждения; wB — число витков обмотки возбуждения; Фm — амплитуда магнитного вращающегося поля.
В начальный момент пуска при s = 1 из-за большого числа витков обмотки возбуждения ЭДС Ев может достигать весьма большого значения и вызвать пробой изоляции.
При схеме, изображенной на рис. 8.38, в, обмотка возбуждения постоянно подключена к возбудителю, сопротивление которого по сравнению с сопротивлением RB весьма мало, поэтому эту обмотку в режиме асинхронного пуска можно считать замкнутой накоротко. С уменьшением скольжения до s = 0,3...0,4 возбудитель возбуждается и в обмотку возбуждения подается постоянный ток, обеспечивающий при s0,05 втягивание ротора в синхронизм.
Различие пусковых схем обусловлено тем, что не во всех случаях может быть применена более простая схема с постоянно подключенной к возбудителю обмоткой возбуждения (рис. 8.38, в), так как она имеет худшие пусковые характеристики, чем более сложная схема, приведенная на рис. 8.38,6. Главной причиной ухудшения пусковых характеристик являетя возникновение одноосного эффекта — влияние тока, индуцируемого в обмотке возбуждения при пуске, на характеристику пускового момента.