Главная Движение носителей электрических зарядов



житься по оси результирующего поля, а следовательно, происходит некоторое искажение синусоидальной зависимости М = f (6). Форма кривой М = / (6) обусловлена тем, что магнитный поток возбуждения Фв (полюсов ротора) и суммарный поток Ф сдвинуты между собой, как и векторы Eq и Ц на один и тот же угол 6, причем векторы и £Ф опережают соответственно Eq и U на утол п/2.

При холостом ходе синхронной машины угол 6 = О и между статором и ротором имеются только силы притяжения F, направленные радиально, поэтому электромагнитный момент равен нулю (рис. 13.18,fl). При 6>0 (генераторный режим) ось каждого полюса ротора (ось потока Фв) под действием вращающего момента опережает ось соответствующего полюса поля статора (ось суммарного потока Ф) на угол 6 (рис. 13.18,6). В результате смещения этих осей

возникают электромагнитные силы, имеющие тангенциальные составляющие, которые и создают электромагнитный тормозной момент Mf При 6 < О (двигательный режим) ось каждого полюса ротора под действием тормозного момента нагрузки отстает от соответ-

ствующей оси полюса поля статора на угол 6 (рис. 13.18, в), вследствие чего между ротором и статором возникают тангенциальные составляющие, которые создают электромагнитный вращающий момент М.


§ 13.6. Работа синхронной маызины в режиме двигателя

Синхронная машина обратима, и конструкция синхронного двигателя принципиально не отличается от конструкции синхронного генератора. В двигательном режиме синхронная машина потребляет энергию из сети и преобразует ее в механическую энергию за счет возникающего движущего момента.

Если к валу ротора синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, приложить тормозной момент, то машина начнет потреблять из сети активную мощность, в результате чего возникнет электромагнитный момент, направленный в сторону вращения, т. е. машина автоматически,перейдет в двигательный режим, причем частота вращения ротора и = Ио = 60 р остается неизменной (здесь р - число полюсов).

В двигательном режиме токи, поступающие из сети к обмотке якоря (статора), образуют в ней вращающееся магнитное поле, которое



полюсами притягивает соответственно разноименные полюсы ротора, вследствие чего частота вращения полюсной системы (ротор) совпадает с частотой поля статора. Работу синхронного двигателя образно можно представить в виде следующей механической аналогии: полюсы ротора связаны с вращающимися полюсами поля статора как бы упругими нитями (линиями магш1тного поля), создающими необходимое натяжение, которые с увеличением нагрузки могут растягиваться не обрываясь. Если же эти «нити» при перегрузке машины обрываются, то двигатель выпадает из синхронизма и имеет место аварийный режим.

Для двигательного режима в формуле (13.26) угол 6 < О, а это означает, что у синхронного двигателя в отличие от генератора полюсы ротора отстают от полюсов вращающегося поля статора, т. е. последнее «ведет» за собой ротор (рис. 13.18, в).

Согласно (13.26), синхронный двигатель может работать при условии, если момент нагрузки не превышает максимального момента Afmax, который может развить двигатель. Если же момент нагрузки больше максимального момента двигателя, то невозможно поддерживать синхронной частоту вращения ротора и двигатель выпадает из синхронизма. Практически синхронный двигатель работает, когда момент нагрузки меньше Мщаи т. е. при угле нагрузки 6 < я/2. Обычно номинальный момеггг двигателя Маом не превышает 0,5M„aj, и соответственно при номинальной нагрузке 6 »20 -т- 30°. При больших 6 могут возникнуть качания ротора, т. е. ситуация, при которой положение ротора относительно поля статора периодически меняется, что сопровождается изменением 6.

Векторные диаграммы сиахронного двигателя. В зависимости от конструкции ротора рассматривают векторные диаграммы явнополюсной или неявнополюсной машины. Векторные диаграммы синхронного двигателя аналогичны векторным диаграммам генератора, поэтому согласно (13.18) можно построить векторную диаграмму для неявно-полюсного двигателя, подставив вместо напряжения генератора U напряжение сети и:

-Ue = Eo-jiXe„. (13.32)

На рис. 13.19, А показана векторная диаграмма для недовозбужден-ной (£о < Uc), а на рис. 13.19,6 - перевозбужденной (Ео > Uc) машин. На векторных диаграммах учтено, что в двигательном режиме для синхронной машины 6 < 0. Построение векторных диаграмм следует начинать с изображения векторов и затем строят вектор joKa

1, активная составляющая которого совпадает с направлением Uc, и вектор Ёо.

Из векторных диаграмм видно, что для перевозбужденной машины ток I является опережающим по отношению к напряжению сети, а для недовОзбужденной - отстающим. Для выполнения механической работы режим возбуждения двигателя не имеет значения, так как при недо-возбуждении или перевозбуждении двигатель одинаково обеспечивает необходимый вращающий момент. Однако с энергетической точки зрения режим возбуждения имеет важное практическое значение. Так как синхронные двигатели обычно подключаются к сети, от которой



питаются и другие потребители (основную часть из которых составляют асинхронные двигатели, потребляющие ток, отстающий по фазе от напряжения сети), то способность синхронных двигателей работать с опережающими токами ведет к повьппению коэффициента мощности (со8ф) энергетических систем. Весьма целесообразно для повышения со8ф на промышленных предприятиях использовать синхронные двигатели, так как при достаточном токе возбуждения для питающей сети они являются активно-емкостной нагрузкой. В связи с этим промышленностью выпускаются синхронные двигатели, рассчитанные на работу с cos ф - 0,8 при опережающем токе.

Рассмотрим работу синхронного двигателя при изменении активной нагрузки (нагрузочного, или тормозного, момента и постоянном токе возбуждения, для чего воспользуемся векторной диаграммой неявнополюсного двигателя (рис. 13.20). С изменением нагрузки меняется угол 6 между векторами Ёо и так, как, согласно (13.26),

вращающий момент М = М- пропорционален sin 6. При этом с изменением нагрузки конец вектора Ёо, перемещается по окружности радиусом, равным £о, так как при 1 = const и 1/с = const э. д. с. £о постоянна. Одновременно с вектором Ёо поворачивается вокруг точки О вектор тока якоря I, располагаясь при этом перпендикулярно вектору -jlXcn- Так как с увеличением нагрузки g растет, а с уменьшением нагрузки 6 уменьшается, то при определенном значении нагрузки двигатель будет работать при со8ф = 1. Если нагрузку на двигатель уменьшить по сравнению с той, при которой он имеет cos ф = 1, то 6 уменьшится и ток двигателя I будет иметь опережающую реактивную (емкостную) составляющую (в нашем случае ток I2). Следовательно, с изменением активной мощности синхронного двигателя меняется со8ф.

Если изменять ток возбуждения синхронного двигателя при постоянной активной мощности, то будет меняться его cos ф, т. е. реактивная мощность. На рис. 13.21 приведена векторная диаграмма двигателя для данного случая, т. е. когда М = = const. Так как при этом активная мощность является неизменной, то можно записать

Рзм = Рэл = {tnUEo/Xctdsine = ml cos ф = const.


о \





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 [83] 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0163