Файл: 5_Глава 3.doc

3.3.3. Регулирование тока возбуждения синхронного двигателя

Регулирование тока возбуждения двигателя при работе в синхронном режиме осуществляется, как правило, САР возбуждения. САР возбуждения выполняет две основные функции. Первая - обеспечение устойчивой работы в синхронном режиме. При набросах нагрузки или при снижении величины питающего напряжения САР возбуждения форсирует (увеличивает) ток возбуждения, благодаря чему увеличивается максимальный момент двигателя в синхронном режиме (см. рис.3.27). Вторая – осуществление автоматического регулирования величины реактивной мощности, циркулирующей в статорной цепи двигателя.

В

г)

ажным достоинством синхронных двигателей является возможность регулирования величины реактивной мощности, циркулирующей в цепи статора, в том числе возможность, работая двигателем, т.е. потребляя активную мощность, одновременно генерировать реактивную мощность, т.е. работать компенсатором реактивной мощности, потребляемой другими параллельно работающими приемниками электрической энергии, прежде всего асинхронными двигателями.

Применение на предприятиях наряду с асинхронными синхронных двигателей позволяет уменьшить реактивную мощность, потребляемую предприятием в целом, и поддерживать нормативное значение в энергосистеме данного предприятия.

Возможность регулирования реактивной мощности в цепи статора двигателя путем изменения тока его возбуждения иллюстрируется векторными диаграммами на рис.3.29.

Векторная диаграмма (а) соответствует току возбуждения меньше номинального; при этом вектор тока статора отстает от вектора напряжения сетина угол, т.е. двигатель работает с отстающими(реактивная мощность «потребляется»). При увеличении тока возбуждения э.д.с.Е₁, наводимая в обмотках статора, увеличивается и может достигнуть такого значения, при котором ток статора будет совпадать по фазе с напряжением, т.е.(см. рис.3.29,б). Момент на валу двигателя при этом будет такой же, как и в предыдущем случае, но реактивная мощность будет равна нулю. Очевидно (это следует из формулы (3.37)) ток статораI₁ при данном моменте нагрузки будет минимальным. Этот режим является энергетически наиболее выгодным для синхронного двигателя, т.к. потери в статоре будут минимальны.

---

Если еще больше увеличить ток возбуждения, то ток статора будет опережать по фазе напряжение ,станет опережающим, и синхронный двигатель будет генерировать реактивную мощность (см. рис. 3.29,в). Зависимость тока статора от тока возбуждения синхронного двигателя отражаетсяU-образными характеристиками синхронного двигателя, представленными на рис.3.30.

Пример 3.2.

Два двигателя (рис.3.31): М1 – асинхронный с короткозамкнутым ротором, и М2 – синхронный получают питание от шин 6 кВ. Двигатель М1 работает с постоянной номинальной нагрузкой на валу. Двигатель М2 работает с постоянной нагрузкой на валу, составляющей 50% от номинальной. Режим работы двигателей – продолжительный. Определить какой ток следует установить в обмотке возбуждения синхронного двигателя, чтобы cosφ на шинах, питающих двигатели, был бы равен единице. Технические данные двигателей:

Синхронный – типа СД2, напряжение статора U_1л=6000 В; мощность Р_н=800 кВт, номинальный ток статора I_1н=90 А; скорость вращения – 1000 об/мин, номинальный ток возбуждения I_вн=175 А, номинальный кпд – η_н=95,6; номинальный коэффициент мощности – cosφ_н=0,9 (опережающий).

Асинхронный – тип АН2-15-57-10, напряжение U_1л=6000 В, номинальный ток статора – 80 А, номинальная скорость – 592 об/мин, cosφ=0,8.

Решение.

Реактивная мощность, циркулирующая в цепи статора асинхронного двигателя

кВАр.

Для компенсации этой реактивной мощности синхронный двигатель должен работать с опережающим cosφ и реактивным током

А.

Активная составляющая тока статора при нагрузке на валу 0,5 номинальной:

А.

Полный ток статора синхронного двигателя в этом режиме

А.

Коэффициент мощности синхронного двигателя в этом режиме

(опер).

---

Для того, чтобы определить величину тока возбуждения синхронного двигателя в рассматриваемом режиме воспользуемся упрощенным уравнением угловой характеристики синхронного двигателя (3.38).

Сначала определим из условий номинального режима параметры синхронного двигателя: х₁ и Е_1н.

,

т.к. перегрузочная способность данного двигателя , тои.

Из векторной диаграммы рис.3.26 имеем

(3.40)

для номинального режима

Ом

В.

Из (3.40) получим

Для заданного режима

Из уравнения угловой характеристики (3.38) найдем величину Е₁, соответствующую заданному режиму

В,

где: Нм.

Полагая, что э.д.с. Е₁ пропорциональна току возбуждения, найдем, что заданному режиму будет соответствовать ток возбуждения,

А.

---

3.4. Однофазные асинхронные двигатели

Для приводов бытовых и других рабочих машин мощностью примерно до 5 кВт часто используются однофазные асинхронные двигатели. Применение таких двигателей становится необходимым, когда источником электроэнергии является однофазная сеть переменного тока.

Однофазные асинхронные двигатели имеют на статоре две обмотки: рабочую и пусковую. Ротор двигателя выполняется короткозамкнутым в виде беличьей клетки. Рабочая обмотка двигателя (рис.3.32,а) подключается к однофазной сети переменного тока (обычно фаза – нуль). Однофазный ток, протекающий по этой обмотке, создает не вращающееся, как в трехфазных двигателях, а пульсирующее магнитное поле. Пульсирующее поле можно разложить на два поля, имеющиеся равные амплитуды, но вращающееся в противоположные стороны с одинаковой скоростью .

Этим вращающимся магнитным полям соответствуют механические характеристики 1 и 2 на рис.3.32,б. Результирующая механическая характеристика двигателя (характеристика 3) получается сложением моментов по характеристикам 1 и 2 при одной и той же скорости. Особенность характеристики двигателя состоит в том, что пусковой момент (при ω=0) равен нулю, вследствие чего пуск двигателя невозможен. Поэтому для пуска однофазных асинхронных двигателей используется дополнительная пусковая обмотка. Эта обмотка расположена в пазах статора двигателя со смещением на 90⁰. Как правило, по окончании пуска пусковая обмотка отключается. Наилучшие пусковые характеристики имеет схема с подключением пусковой обмотки через конденсатор.

При необходимости в случае питания от однофазной сети могут использоваться и обычные трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В этом случае в качестве пусковой используется одна из фазных обмоток, которая для создания временного сдвига фазы тока на 90⁰ подключается к сети через конденсатор. При использовании стандартных асинхронных трехфазных двигателей мощностью до 10 кВт при питании их от однофазной сети 220 В емкость конденсатора обычно принимается равной 30 мкФ на каждый кВт номинальной мощности двигателя. Следует использовать металлобумажные конденсаторы напряжением не менее 600 В.

Контрольные вопросы

1. Что нужно сделать, чтобы изменить направление вращения асинхронного двигателя?

2. Номинальная скорость вращения асинхронного двигателя 735 об/мин. Каково число пар полюсов этого двигателя?

3. В паспорте асинхронного двигателя с фазным ротором указано, что номинальная э.д.с. ротора Е_Р=240 В. При какой скорости вращения двигателя напряжение на кольцах ротора будет равно указанному значению?

4. Как зависит максимальный момент асинхронного двигателя от величины питающего напряжения?

5. Что нужно сделать, чтобы изменить критическое скольжение асинхронного двигателя?

6. При каких скольжениях асинхронный двигатель работает в режиме рекуперативного торможения, торможения противовключением?

7. От чего зависит величина индуктивного сопротивления обмотки ротора асинхронного двигателя?

8. Почему у асинхронного короткозамкнутого двигателя пусковой ток составляет 5,5-6 от номинального, а пусковой момент близок к номинальному?

9. Как реализуется способ динамического торможения асинхронного двигателя?

10. Поясните принцип изменения числа пар полюсов многоскоростного асинхронного двигателя.

11. Чему будут равны потери в роторе асинхронного двигателя, если он путем снижения величины питающего напряжения работает со скоростью 70% от синхронной при номинальном моменте на его валу?

12. Для чего в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором при пуске включают добавочные сопротивления?

13. Что показывает угловая характеристика синхронного двигателя?

14. Для чего служит короткозамкнутая обмотка (беличья клетка) на роторе синхронного двигателя?

15. Какие источники тока используются для возбуждения синхронного двигателя?

16. С какой целью регулируют ток возбуждения синхронного двигателя?

17. Что нужно сделать, чтобы коэффициент мощности в цепи статора синхронного двигателя стал опережающим?

18. Синхронный двигатель работал в режиме, при котором . Как изменится ток статора, если при той же нагрузке на валу увеличить ток возбуждения?

19. Асинхронный двигатель имеет номинальную скорость 980 об/мин. Какова будет частота тока ротора при работе его в номинальном режиме?

---

90

---