Векторные диаграммы. Основные комплексные уравнения для синхронных машин:

Основные комплексные уравнения для синхронных машин:

- для неявнополюсных

- для явнополюсных

Для СД в эти уравнения подставляем вместо , т.к. термин «напряжение двигателей» не употребляется

- Построение начинаем с изображения вектора и . Затем строим вектор , активная составляющая которого совпадает с направлением вектора и определяем вектор .(Рис. А)

- Для явнополюсной машины (Рис. Б) сначала определяем направление вектора прибавив к вспомогательный вектор (ВД для СГ мы заменяем эквивалентной неявнополюсной машиной у которой синхронная индукция сопротивления по обеим осям равна явнополюсной машины, следовательно, у этой машины имеет эквивалентную у которой θ=const).

Рис. А Рис.Б

Работа СД при неизменном токе возбуждения.

Для определения свойств СД, рассмотрим его работу при изменении нагрузочного момента М_ВН и постоянном токе возбуждения. Для простоты пользуемся векторной диаграммой неявнополюсной машины.

Допустим, двигатель работает при Cosφ=1, чему на векторной диаграмме соответствует и θ₁.

С увеличением нагрузки увеличивается угол между и до значения θ₂, т.к. вращающийся момент М= М_ВН пропорционален . При этом конец перемещается по окружности R=E₀ и при этих условиях (I_B – const, E₀– const, U_c– const) вектор тока так же поворачивается вокруг точки О, располагаясь перпендикулярно вектору . Ток двигателя имеет отстающую реактивную составляющую.

Если нагрузка двигателя уменьшается, то угол уменьшается с θ до θ₃. При этом ток двигателя имеет опережающую реактивную составляющую.

Изменение активной мощности СД приводит к изменению его Cosφ -при уменьшении нагрузки вектор тока поворачивается в сторону опережения и двигатель может работать с Cosφ=1 или с опережающим током; при повышении нагрузки вектор тока поворачивается в сторону отставания.

Работа СД с неизменным моментом.

Если при неизменной активной мощности изменять I_B, то будет изменяться только реактивная мощность, т.е. величина Cosφ. Векторная диаграмма для этого случая выглядит следующим образом:

Если двигатель работает при Cosφ =1, то этому режиму соответствует и некоторый угол θ₁.

- При уменьшении I_B ЭДС Е_о снижается до Е₀₂. Т.к. активная мощность остается неизменной из условий получим, что , следовательно, конец вектора при изменении тока возбуждения перемещается по прямой ВС параллельной вектору U_c и проходящей через конец , следовательно, угол θ₂ > θ₁.

Аналогично строим диаграмму при увеличении I_B. Вектор возрастает до и θ₃<θ₁. Вектор поворачивается вокруг точки А и соответственно ему изменяет направление вектор тока , перпендикулярный вектору - , при этом из условия равенства активных мощностей конец вектора перемещается по прямой ДЕ перпендикулярной вектору .

По этой диаграмме можно построить U-образные характеристики для двигателя . Они имеют тот же вид, что и для генераторов с отличием в том, что угол сдвига фаз φ отсчитывают от .

При перевозбуждении СД по отношению к сети является емкостью, т.е. отдает в сеть реактивную мощность, реакция якоря в СД - подмагничивающая.

Недовозбужденный двигатель потребляет из сети реактивную мощность, являясь по отношению к сети индуктивностью. Реакция якоря при перевозбуждении – размагничивающая.

На угловой характеристике область двигательного режима находится в зоне отрицательных углов θ.

Устойчивой частью угловой характеристики в двигательном режиме является область от 0 до -90⁰. Номинальный момент, соответствующий θ_ном, находится в области 20-30⁰. Двигатель с неявнополюсным ротором имеет максимум момента при θ = -90⁰.

Максимальный момент зависит от размера воздушного зазора двигателя. Чем больше зазор, тем меньше x_d и больше М_{эм max}. Но при большом зазоре растут габариты машины.

Предел устойчивости k_п = М_{эм max}/M_{эм ном}. Удельный синхронизирующий момент, как и в генераторном режиме, максимален при θ=0 и равен нулю при θ=90⁰.

Важное значение для исследования процессов преобразования энергии в СД имеют рабочие характеристики СД. Онипредставляют собой зависимости тока якоря ; электромощности Р₁, поступающей в обмотку якоря; КПД и Cosφ от отдаваемой механической мощности Р₂ при U_с-const, f_с-const, I_B-const.

Обычно эти характеристики строятся в относительных единицах.

С ростом нагрузки на валу двигателя увеличивается момент и ток в якоре, сначала по линейному закону, а затем, из-за изменения параметров – по нелинейному закону. Если не изменяется I_в, Cos φ может падать, расти или иметь максимум. Это зависит от значения I_в и может быть прослежено по U-образным характеристикам: при увеличении Р₂ – переходе с одной U-образной характеристики не другую Cos φ изменяется, так как из-за внутреннего падения напряжения кривая Cosφ=1 смещается в область больших нагрузок. При изменении I_в можно получить постоянное значение Cosφ при разных Р₂.

Т.к. - частота вращения постоянна, то зависимости , не приводятся, т.к. М вращающий момент пропорционален Р₂. Зависимость имеет характер близкий к линейному.

Кривая - такая же, как и для всех электрических машин.

СД имеют предельно жесткие механические характеристики.

Синхронные двигатели могут работать и с Cosφ=1, но обычно рассчитывают их на работу при номинальной нагрузке с опережающим током и Cosφ=0,8..0,9. В этом случае улучшается суммарный Cosφ сети, от которой питаются синхронные двигатели, т.к. создаваемая ими опережающая реактивная составляющая компенсирует отстающую реактивную составляющую тока асинхронного двигателя. Зависимость Cosφ= f (P₂) при работе машины с перевозбуждением имеет максимум в Р₂>Р_ном. При уменьшении Р₂ – значение Cosφ уменьшается, а отдавая в сеть реактивная мощность возрастает.

Достоинства:

1) возможность работать с Cosφ=1 (следовательно, улучшается Cosφ сети, уменьшаются размеры ДВ). При работе с опережающим током они служат генераторами реактивной мощности, поступающей в АД, что снижает потребление этой мощности от генераторов электростанций;

2) меньшая чувствительность к колебаниям напряжения, т.к. , а не U² как у асинхронного;

3) постоянство частоты вращения, независимо от механической нагрузки на валу.

Недостатки:

1) сложность конструкции;

Дата добавления: 2015-08-13