Если машина работает в установившемся режиме при некотором угле 0, то малое отклонение Д0 от него сопровождается возникновением момента

AM=(dM/de)A0,

который стремится восстановить исходный угол 0. Этот момент называют син­ хронизирующим. Ему соответствует понятие синхронизирующей мощности:

дРэм=Ср*"/«)де.

Производные (dM/« ) и (аРэм /« ) называют соответственно удельным синхронизирующим моментом и удельной синхронизирующей мощностью.

Удельный синхронизирующий момент имеет максимальное значение при 0 - 0, а с возрастанием 0 он уменьшается; при 0 = я/2 он равен нулю (рис. 5.17), поэтому СМ обычно работают с 0 = 20...35°, что соответствует двухкратному или несколько большему запасу по моменту.

Статическая перегружаемость СМ оденивается соотношением

_ -^max _ ^max

" м Р

ном л нем

Согласно ГОСТу это соотношение для мощных генераторов должно быть не менее 1,6... 1,7, а для машин большой и средней мощности - не менее 1,65.

5.9. U-образные характеристики

Для анализа свойств синхронной машины, работающей параллельно с се­ тью, наряду с угловой характеристикой P\=J{0) важное значение имеют

U-образные характеристики, представляющие зависимость тока якоря в функ­ ции тока возбуждения 1\ = fljj) при постоянной активной мощности, напряже­ нии и частоте сети (Р\ - const, f c = const). U-образные характеристики могут

быть построены с помощью векторных диаграмм, учитывающих насыщение стали. На рис. 5.18 приведены векторные диаграммы неявнополюсного син­ хронного генератора (га= 0).

В соответствии с условием Р\ = m\U\I\cos<p = const активная составляющая

тока якоря

Ia= /jcoscp = const,

поэтому концы вектора тока 1\ будут лежать на линии I, перпендикулярной век­ тору.напряжения Uu а концы вектора результирующей ЭДС

будут лежать на линии П, параллельной вектору напряжения. Цифрами на этих линиях отмечены расчетные точки U-образной характеристики для мощности Pi, соответствующей току 1а= 0,8 о. е.

Рис. 5.18. Векторные диаграммы неявнополюсного синхронного генератора

Модуль ЭДС Е*, определяет по характеристике холостого хода суммар­

ную МДС FM.Вектор FMопережает ЭДС ЕМр на 90°. Вычитая из него вектор

МДС реакции поля Fa, находим вектор МДС обмотки возбуждения:

F/-F „ -F e

исоответствующий ему ток возбуждения

Геометрическим местом концов вектора МДС Ffявляется линия IV, на ко­

торой цифрами указаны расчетные точки, соответствующие заданным токам якоря на линии I.

На рис. 5.19 представлены полученные U-образные характеристики СГ. Расчетными точками обозначена зависимость Ii=f(l).

Аналогично производится построение U-образньх характеристик для дру­ гих значений активной мощности. Минимумы U-образных характеристик соот­ ветствуют активным составляющим тока якоря, поэтому линия, соединяющая минимумы, представляет собой регулировочную характеристику генератора при coscp = 1. Точки U-образной характеристики, лежащие правее ее минимума, соответствуют режиму перевозбуждения, а левее - режиму недовозбуждения.

В режиме перевозбуждения ток якоря 1\ отстает от напряжения U i, машина отдает в сеть реактивную мощность (Qi > 0). В режиме недовозбуждения ток 1\

опережает вектор напряжения U\, синхронная машина потребляет из сети реак­ тивную мощность (Qt < 0).

Минимальное значение тока возбуждения ограничивается пределом стати­ ческой устойчивости генератора, мощность которого определяется по выраже­ нию

mUjE0

U-образная характеристика построена для Р\т. Максимальная величина то­

ка определяется допустимым перегревом обмотки возбуждения.

5.10. Синхронные двигатели

Синхронная машина {см. рис. 5.23), как любая электрическая машина, об­ ратима, т.е. может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако особенности работы машины в том или ином режиме предъявляют раз­ личные требования к ее конструктивному исполнению. Наиболее существенно работа синхронного двигателя отличается процессом включения в сеть - пуском.

Собственный пусковой момент синхронного двигателя равен нулю, так как вследствие инерции ротора поток возбуждения Ф/ не может сразу достичь син­ хронной частоты вращения потока статора Ф\. Поэтому после включения воз­ буждения двигателя в сеть при п = 0 поля Ф /и Ф; перемещаются друг относи­

тельно друга с большой скоростью и среднее взаимодействие этих полей равно нулю.

Пуск синхронного двигателя можно осуществить с помощью преобразова­ теля частоты, который плавно повышает частоту вращения поля якоря Ф\ от

нуля до номинального значения по мере разгона двигателя. Такой способ пуска называется частотным. Возможен также пуск синхронного двигателя при по­ мощи дополнительного асинхронного двигателя, осуществляющего предвари­ тельный разгон недовозбужденного синхронного двигателя до подсинхронной частоты вращения. Затем производится включение двигателя в сеть и его син­ хронизация по методу грубой синхронизации, подобно тому как это делается для генераторов того же типа.

Однако наиболее распространенным является асинхронный пуск синхрон­ ного двигателя. С этой целью на роторе в специальных пазах полюсных нако­ нечников явнополюсных синхронных двигателей размещают короткозамкну­ тую обмотку (рис. 5.20) в виде латунных, медных или бронзовых стержней 1, соединенных по торцам короткозамыкающими кольцами 2. Эта обмотка назы­ вается пусковой. При использовании массивных полюсов, а также в случае не­ явнополюсных синхронных двигателей с ротором в виде массивного стального цилиндра роль пусковой обмотки выполняет внешняя поверхность полюсов или цилиндра ротора.

Рис. 5.20. Пусковаяобмотка синхронного двигателя

Схема асинхронного пуска представлена на рис. 5.21.

В соответствии с этой схемой процесс пуска выполняется в два этапа. На первом этапе после включения обмотки статора в сеть ротор двигателя разгоня­ ется под действием асинхронного момента до подсинхроннрй частоты враще­ ния. Скольжение ротора

п . - п Л

J = - ---= 0.03-5-0.05

«1 Обмотка возбуждения в течение первого этапа пуска замыкается на актив­

ное сопротивление R„ - (5 - 10)/у. Оставлять ее разомкнутой нельзя, так как

вращающееся поле статора наводит в ней в начальный период пуска значитель­ ную ЭДС, способную «пробить» изоляцию обмотки возбуждения и опасную для персонала, эксплуатирующего оборудование.

Замыкать обмотку возбуждения накоротко также нецелесообразно, так как при этом возрастают провалы в кривой асинхронного момента Ма (рис. 5.22).

Рис. 5.21. Схема пуска синхронного двигателя

Обмотка возбуждения является однофазной. Индуцированный в ней ток создает пульсирующее магнитное поле. Прямо вращающаяся составляющая

этого поля создает момент	t а обратно вращающаяся -	момент М f . При
суммировании этих моментов с моментом пусковой обмотки		в кривой ре­

зультирующего момента Ma=J[s) появляются провалы в зоне малых скольжений и в области скольжения s = 0,5, которые могут затруднить пуск двигателя. Вве­ дение в цепь обмотки возбуждения дополнительного сопротивления Rn позво­

ляет уменьшить величину этих провалов. Для оценки пусковых свойств син­ хронного двигателя используются три показателя:

М п

кратность пускового момента т~г~;

кратность максимального момента М и ’

кратность входного момента т г -

М н

Входной момент определяется при скольжении s = 0,05, примерно соответ­

ствующем верхнему уровню скольжения, при котором двигатель может войти в синхронизм после подачи возбуждения. Момент сопротивления на валу двига­ теля Мандолжен быть меньше развиваемого двигателем асинхронного момента Ма (рис. 5.22). Разность моментов Ма и Мвн определяет динамический момент:

м дш1 = м а - М вн = ----—1 . Чем больше динамический момент, тем меньше
	р	at
	<u,	J
время пуска:	~ ■р	■dcor
		мдин ,

Если динамический момент мал, то пуск затягивается. Значительные токи, возникающие при асинхронном пуске, могут привести к перегреву обмотки статора и пусковой обмотки. Пусковой ток статорной обмотки (при s = 1) в не­

сколько раз превышает номинальный и обычно составляет

1п~(4~6)1н-

Рабочие свойства синхронных двигателей могут быть исследованы с по­ мощью уравнений и векторных диаграмм, полученных для синхронных генера­ торов. Основным режимом синхронных двигателей является режим при Р\ - const, который описывается U-образными характеристиками (рис. 5.24),

практически повторяющими U-образные характеристики генератора. Отличается U-образная характеристика в режиме холостого хода

Р\ = Р.о, когда для своей работы двигатель потребляет из сети активный ток

h ~ До-

Другим характерным режимом является работа двигателя при постоянном возбуждении {If = const) и переменной нагрузке {Pt - var). Основными для это­

го режима являются угловые (рис. 5.25) и рабочие характеристики (рис. 5.26). Угловые характеристики построены без учета знака угла и мощности для

трех значений тока возбуждения. Они показывают, что синхронные двигатели допускают регулирование максимального момента, что очень важно в аварий­ ных режимах для сохранения устойчивости параллельной работы двигателя с сетью.

Рабочие характеристики (рис. 5.26) построены при токе возбуждения //= 1$

(рис. 5.24). С ростом нагрузки costp падает, двигатель переходит в режим потребления реактивной мощности (ср < 0). При автоматическом регулировании