Вектор тока 
отстает по фазе на 90° от вектора jXсин .
Мощность и вращающий момент синхронного двигателя. Активная мощность, потребляемая трехфазным синхронным двигателем из сети, равна утроенной фазной мощности 
.
Если пренебречь потерями, которые относительно малы, то активная потребляемая мощность равна электромагнитной мощности, т. е. мощности, передаваемой магнитным полем из статора в ротор 
, где 
— угол сдвига фаз между током и ЭДС.
Из треугольников Оса и асb векторной диаграммы на рис. 14.14, б следует, что отрезок 
, где 
—масштабный коэффициент. Подставляя значение IcosΨ в выражение для Рэм, получаем для механической мощности на валу двигателя
.
Механический момент на валу двигателя
,
(4.5)
где 
— угловая скорость ротора; Мтах = 
— максимальный момент, развиваемый двигателем. При постоянном напряжении сети Uc максимальный момент двигателя зависит только от ЭДС Е0, т.е. от тока возбуждения ротора Iв.
Угловая и механическая характеристики. Зависимость момента синхронной машины от угла нагрузки 
при Uc = const называется угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 4.15) в соответствии с (4.5) имеет вид синусоиды. В двигательном режиме угол положительный, поэтому на графике двигательному режиму соответствует положительная полуволна синусоиды. В генераторном режиме угол отрицательный, ему соответствует отрицательная полуволна синусоиды. В диапазоне угла нагрузки -90°< <+90° (ветвь синусоиды показана сплошной линией) работа машины, как в двигательном, так и в генераторном режиме устойчива, а на участках кривой, изображённых штриховой линией, – неустойчива.
На устойчивом участке характеристики машина обладает свойством саморегулирования, т.е. при изменении момента нагрузки автоматически изменяется в том же направлении момент машины, причём так, что в новом установившемся режиме между ними достигается равновесное устойчивое состояние. Так, в двигательном режиме при увеличении механической нагрузки Мс ротор притормаживается, угол нагрузки увеличивается и в соответствии с угловой характеристикой увеличивается вращающий момент двигателя М. При равенстве М= Мс наступит новый установившийся режим, причём частота вращения ротора останется неизменной и равной частоте вращения магнитного поля статора; только при этом равенстве существует электромагнитное взаимодействие полюсов ротора и статора, обусловливающее момент М машины.
Максимальный момент Мmax машины является и критическим. Если нагрузить двигатель так, что Мс>Мmax, то угол нагрузки станет больше 90°, рабочая точка перейдёт на неустойчивый участок угловой характеристики. Вращающий момент двигателя М начнёт уменьшаться, ротор тормозиться, двигатель выйдет из синхронизма и может остановиться. Аналогичные явления происходят и в генераторном режиме. Выход («выпадение») машины из синхронизма – явление недопустимое, оно может привести к тяжёлой тобы в номинальном режиме угол нагрузки 
и запас по моменту и активной маварии в электрической сети. Поэтому синхронные машины проектируются так, чощности составлял не менее 1,65.
Механической характеристикой синхронного двигателя называется зависимость частоты вращения от момента двигателя. В синхронном двигателе частота вращения ротора постоянна и от нагрузки не зависит. Поэтому механическая характеристика n(M) (рис. 4.18) – прямая, параллельная оси абсцисс.
Регулирование коэффициента мощности синхронного двигателя. Синхронный двигатель в отличие от асинхронного обладает ценным для электроэнергетики свойством – он позволяет регулировать реактивную мощность, потребляемую из сети. Когда двигатель работает при неизменной механической нагрузке на валу, т.е. Мс= const при Uc = const, то активная мощность Р, потребляемая двигателем из сети, постоянна:
Если в этих условиях изменять ток возбуждения, ЭДС обмоток статора 
и изменяются так, что активная составляющая тока Icosφ и составляющая ЭДС 
остаются неизменными (рис. 14.17).
При изменении тока возбуждения вектор скользит вдоль прямой ab, изменяются положение вектора jXсин и угол φ сдвига фаз между током и напряжением сети 
, а, вследствие того, что 
, конец вектора тока скользит по прямой cd.
Когда ток возбуждения двигателя мал (недовозбуждение), = 
, ток 
отстаёт по фазе 
от и двигатель потребляет реактивную мощность. При некотором, относительно большом токе возбуждения = 
и ток 
является чисто активным.
Наоборот, при перевозбуждении 
и вектор тока 
опережает по фазе вектор напряжения , 
, ток, потребляемый двигателем из сети, имеет ёмкостную составляющую. Последнее весьма ценно, поскольку ёмкостный ток компенсирует индуктивные токи, потребляемые из сети другими потребителями (асинхронными двигателями, различного рода катушками и т.п.), и тем самым улучшается cosφ всей сети. Обычно синхронные двигатели работают с перевозбуждением при 
.
U – образные характеристики. Зависимости I(Iв) при Uc = const и Р= const называются U – образными характеристиками. На рис. 4.18 изображены три такие характеристики для случаев Р=0 (режим холостого хода), некоторой мощности P1>0 P2> P1. Минимум тока на характеристиках соответствует активному току, потребляемому двигателем 
, левые ветви – перевозбуждённому двигателю и ёмкостному току.
При уменьшении тока возбуждения Iв уменьшается ЭДС Е0 и угол увеличивается 
(рис.4.17).
Штриховая кривая АВ на рис. 4.18 представляет собой границу устойчивости, на которой =90°.
Наиболее экономичным для самого синхронного двигателя является режим работы с 
, так как двигатель развивает заданную механическую мощность при наименьшем, чисто активном токе статора.
Обычно в эксплуатации синхронный двигатель перевозбуждают с целью улучшения cosφ сети. Режим перевозбуждения выгоден и тем, что уменьшается угол и возрастает перегрузочная способность двигателя. Вместе с этим следует учитывать, что обмотки статора двигателя рассчитаны на определённый ток 
с точки зрения нагрева. Поэтому, чем больше загрузка двигателя активным током Ia (определяющим механическую мощность и момент на валу), тем меньше возможности использования двигателя в качестве генератора реактивной (ёмкостной) мощности за счёт реактивной составляющей тока Ip.
Синхронные компенсаторы. Синхронные компенсаторы – это синхронные машины, специально предназначенные для улучшения коэффициента мощности (cosφ) электрической сети. Они работают без механической нагрузки на валу (ток Ia мал) в перевозбуждённом режиме (правая ветвь U – образной характеристики Р=0 на рис. 4.20). Поскольку синхронные компенсаторы работают вхолостую и загружены только реактивным током Ip, они имеют облегчённую механическую конструкцию и, следовательно, меньшие размеры и массу.
Пуск синхронного двигателя. Пуск синхронного двигателя сопряжён с трудностями. Если статорную обмотку включить в трёхфазную сеть, а обмотку возбуждения питать от источника постоянного напряжения Uв (рис. 4.19), то ротор не сдвинется с места – из-за инерционности ротора вращающееся поле статора не успевает сцепиться с неподвижным полем ротора.
Распространение получил так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления асинхронного пуска ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой из медных или алюминиевых стержней типа беличьей клетки асинхронного короткозамкнутого двигателя. Пуск двигателя осуществляют следующим образом (рис. 4.19).
Вначале обмотка возбуждения синхронного двигателя замыкается на пусковой реостат Rп, сопротивление которого в 8 – 10 раз больше, чем сопротивление обмотки возбуждения (если оставить обмотку возбуждения разомкнутой, то в ней при пуске вращающимся полем статора будет наводиться значительная ЭДС, опасная для изоляции). При включении обмотки статора на трёхфазное напряжение двигатель за счёт короткозамкнутой обмотки начинает работать как асинхронный. Когда частота вращения ротора двигателя достигает примерно 95% синхронной частоты вращения поля статора n0, пусковой реостат Rп отключают, а обмотку возбуждения ротора включают на постоянное напряжение Uв. Так как теперь частота вращения поля статора отличается незначительно от частоты поля вращающегося ротора, полюсы полей статора и ротора вступают во взаимодействие, двигатель втягивается в синхронизм и начинает работать как синхронный. В рабочем, т.е. в синхронном, режиме токи в пусковой короткозамкнутой обмотке не возникают и она в работе машины не участвует. Однако при кратковременных толчках механической нагрузки на валу в пусковой обмотке токи наводятся и создают момент, демпфирующий колебания ротора.
Преимущества, недостатки и применение синхронных двигателей. Преимущество синхронных двигателей перед асинхронными состоит в том, что благодаря возбуждению от независимого источника постоянного тока они работают при высоком коэффициенте мощности (до ) и даже с опережающим током. Это обстоятельство позволяет увеличивать cosφ всей сети. Кроме того, работа двигателя с высоким cosφ обеспечивает уменьшение потребляемого тока и потерь в синхронном двигателе по сравнению с асинхронным той же мощности и, следовательно, более высокий КПД.
Наконец, вращающий момент синхронного двигателя пропорционален напряжению сети Uc. Поэтому при понижении напряжения в сети синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, чем асинхронный, и, следовательно, обладает большей надёжностью.
Вместе с тем синхронный двигатель сложнее по конструкции, чем асинхронный той же мощности, и поэтому дороже. Синхронные двигатели должны иметь источник постоянного тока (специальный возбудитель или выпрямитель), пуск у них протекает сложнее, чем у асинхронных. Частотное регулирование является единственным способом регулирования угловой частоты вращения ротора синхронного двигателя.
Тем не менее, преимущества синхронных двигателей настолько велики, что при мощностях свыше 100 кВт их целесообразно применять всюду, где не требуется часто останавливать и пускать механизмы или регулировать их скорость. В настоящее время они применяются для привода преобразовательных агрегатов, компрессоров, насосов, вентиляторов, мельниц, дробилок, нерегулируемых прокатных станов и т.п.
Отечественная промышленность выпускает трёхфазные синхронные двигатели мощностью от 20 кВт до нескольких десятков тысяч киловатт при частотах вращения от 100 до 1000 об/мин в явнополюсном исполнении и при 1500, 3000 об/мин – в неявнополюсном, с различным исполнением по способу защиты от внешних воздействий (открытое, защищённое, закрытое и т.д.), с различным рабочим положением вала (горизонтальные, вертикальные) и с различными системами возбуждения: от генератора постоянного тока, расположенного на одном валу с двигателем, от тиристорных выпрямителей и т.д.
49ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ АППАРАТЫ
должны надежно работать при напряжении, на 5 - 15 % превышающем их номинальное напряжение. Это напряжение называется наибольшим рабочим напряжением аппарата. [1]
Высоковольтные аппараты выбираются на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными, для чего составляется сравнительная таблица (ем. [2]
Высоковольтный аппарат С-5 П - ВЭИ (рис. 66) предназначен для испытания электрической прочности витковой изоляции обмоток гидрогенераторов с многовитковыми секциями и обмоток высоковольтных электродвигателей в условиях эксплуатации, когда отсутствует возможность доступа к отдельным секциям. При ремонтах высоковольтных электродвигателей и гидрогенераторов на месте их эксплуатации аппарат может быть также использован для испытания витковой изоляции обмоток до и после укладки секций в пазы. [3]
Высоковольтные аппараты распределительных и трансформаторных подстанций промышленных предприятий служат для оперативных изменений первичных схем коммутаций, а также для включения, отключения, защиты всей электроустановки или ее отдельных участков. В процессе работы токоведущие элементы аппаратов обтекаются током, а контакты при разрыве больших токов подвергаются воздействию высокой температуры дуги. При коротких замыканиях на вводы и контактную систему действуют значительные механические усилия, создаваемые электродинамическими нагрузками. Все это отрицательно отражается на состоянии отдельных частей и всего аппарата в целом. [4]
Высоковольтные аппараты распределительных и трансформаторных подстанций промышленных предприятий служат для оперативных изменений первичных схем, коммутаций, а также для включения, отключения и защиты всей электроустановки или ее отдельных участков. [5]
Каждый высоковольтный аппарат имеет в распределительном устройстве свое вполне определенное назначение Из его роли и места в схеме вытекают те требования, которым он должен удовлетворять. Комплекс всех предъявляемых к аппарату требований образует задание для его проектирования. [6]
Некоторые высоковольтные аппараты, как, например, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и соленоидные приводы, имеют магнитную цепь. Трансформаторы тока и напряжения требуется строить так, чтобы при трансформации фактическое соотношение между токами, напряжениями и фазовыми углами в первичной и вторичной обмотках как можно меньше отличалось от номинального соотношения. Одним из средств для выполнения этого требования является такое устройство магнитопровода, при котором намагничивающий ток и ток, обусловленный потерями в магнитопроводе, составляли бы незначительную долю тока нагрузки. [7]
У высоковольтных аппаратов, предназначенных для переключения цепей тяговых двигателей и вспомогательных машин, а также их защиты и имеющих подвижные детали, наиболее характерны следующие неисправности: электрические - подгар контактов и дугогасительных камер, пробой или перекрытие изоляции; механические - замедленное включение и отключение, поломка деталей, нарушение регулировки. [8]
Испытание высоковольтного аппарата типа АМИ-60 производится после длительной эксплуатации или капитального ремонта и сводится к испытанию трансформатора в разобранном и в собранном виде. [9]
В высоковольтных аппаратах применяются различные контактные узлы, однако все они делятся на два основных типа: на контактные соединения и контакты. [10]
Широко применяются литые эпоксидные высоковольтные аппараты, как, например, кабельные концевые муфты и проходные втулки трансформаторов. [11]
С помощью высоковольтных аппаратов изменяют схемы первичной коммутации, производят оперативные включения и отключения, осуществляют защиту электрического оборудования при нарушении заданных режимов работы электроустановки. [12]
При испытании высоковольтных аппаратов возникает необходимость проверять их отключающую способность во всем диапазоне токов отключения - от малых, измеряемых несколькими десятками ампер, до предельных токов отключения. В соответствии с этим применяется ряд схем колебательного контура, которые позволяют регулировать отключаемый ток в требуемых пределах. [13]
При расчетах высоковольтных аппаратов приходятся пользоваться обширным и разнообразным теоретическим и экспериментальным материалом. [14]
В конструкциях высоковольтных аппаратов используются всевозможные газообразные, жидкие и твердые диэлектрики. Наиболее важным из газообразных диэлектриков является воздух. [15]
50НИЗКОВОЛЬТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Низковольтное оборудование – это совокупность элементов электрической системы, которые служат для передачи и распределения электрической энергии. Главными элементами этой системы служат коммутационные аппараты, предназначенные для защиты и управления электроустановками. В настоящее время все низковольтные коммутационные аппараты размещаются в электрощитах, которые конструктивно полностью адаптированы для этой функции. Низковольтное оборудование взаимодействует со следующими исполнительными устройствами: электродвигатели, силовые и измерительные трансформаторы, насосы, обогревательные и осветительные приборы, телекоммуникационное оборудование и много других устройств.
Низковольтное оборудование- это особый класс устройств и приборов для получения и передачи, конвертации и градации низковольтной электроэнергии. Приборы и устройства такого типа работают в сетях низкого напряжения до 1 кВ. К ним относят: устройства распределения электроэнергии, контрольно-измерительные приборы, автоматические реле и выключатели, пускатели и контакторы, устройства защиты, электрические счетчики и распределительные щиты. Почти все бытовые электрические приборы можно отнести к группе низковольтных устройств и оборудования. В последнее время набирают популярность комплексные интеллектуальные системы автоматизации всех электрических установок в здании, систем кондиционирования и вентиляции, безопасности и связи - это очень удобно, дает большую защиту и автономность использования, может обслуживаться одним человеком.
К классу низковольтного оборудования относят: рубильники распределения энергоснабжением; распределительные шкафы и шкафы управления; водно-распределительные устройства; щитки осветительные, квартирные и этажные и т.п. Как правило, такого рода приборы оснащены светосигнальной арматурой, элементами управления и устройства учета и измерения энергоснабжения. применяются для автоматизации работы распределительного электрического оборудования и защиты конечных потребителей. Одно такое устройство может совмещать виды применяемых приборов и способы их компоновки.
Применяемое в быту низковольтное оборудование можно отнести к категориям предохранительных устройств, контрольно-измерительных, пусковых и светотехнических приборов. Различные бытовые реле, предохранители, электросчетчики - всё это низковольтное оборудование. Устройства для защиты электрических сетей, включающие и выключающие бытовые электрические приборы, а так же устройства учета расхода электроэнергии - приборы удобны и просты, делают нашу жизнь комфортнее и проще, но и защищают потребителей от прямого воздействия электрического тока.
Низковольтное оборудование современного типа должно отвечать самым взыскательным стандартам безопасности. Условия использования электрического оборудования довольно жесткие и требовательные, поэтому производители должны озаботится выпуском не только качественной продукцией в привлекательной упаковке, но и акцентировать внимание на безопасности и долговечности работы оборудования. Вот несколько примеров законодательных требований к выпускаемому низковольтному оборудованию: устойчивость к изменчивым условиям внешней агрессивной среды, высокий уровень защиты от поражения электричеством, обязательная внешняя пластиковая или иная изоляция высокой степени защиты. КАК-ТО ТАК
Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 44 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |