Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?ямителе при Id = const
,
где Ud0среднее значение выпрямленного напряжения без учета коммутации тока в выпрямителе (идеализированные условия); ?Uк=mnIdxк/(2?) среднее значение падения напряжения, обусловленного коммутацией тока в выпрямителе; n число последовательно включенных коммутационных групп вентилей (1 при нулевой и 2 при мостовой схемах).
При этом в общем случае
.
При включении выпрямителя по трехфазной нулевой схеме Ud0=1,17Eк, а по трехфазной мостовой схеме Ud0 = 2,34Eк, так как к вентилям приложена линейная э. д. с. и схема выпрямления эквивалентна шестифазной.
Использование мощности. При работе синхронного генератора на выпрямитель реализуемая мощность становится меньше номинальной мощности или, как говорят, использование генератора ухудшается. Рассмотрим этот вопрос применительно к двум наиболее распространенным схемам выпрямления, заменив для простоты реальную форму тока прямоугольной с высотой Id, как это показано на рис.1.42, а штриховой линией.
При трехфазной нулевой схеме выпрямления (рис.1.41, а) мощность одной фазы генератора
.(1.42)
При прямоугольной форме тока действующее значение тока в любой фазе , где ? = T/3-время прохождения тока через данную фазу; Т период изменения тока. Следовательно, мощность фазы
.(1.42)
Поскольку мощность одной фазы синхронного генератора при работе без выпрямителя Рф = IaEacos?, то коэффициент использования генератора при трехфазной нулевой схеме выпрямления
.
Таким образом, при cos? =l и ? = 0, т.е. при отсутствии регулирования, мощность генератора, работающего на выпрямитель, снижается примерно на 1/3 по сравнению с мощностью генератора, работающего на чисто активную нагрузку. Объясняется это тем, что ток проходит через фазу только в течение 1/3 периода.
Лучшее использование генератора обеспечивается при применении трехфазной мостовой схемы выпрямления (рис.1.41, б), при которой ток проходит через фазу в течение 2/3 периода. В этом случае мощность одной фазы генератора
,(1.42в)
а действующее значение тока фазы Ia = Idv 2/3. Следовательно, мощность фазы генератора
, (1.42г.)
а коэффициент использования
.
При увеличении угла регулирования ? использование ухудшается, так как уменьшается среднее значение выпрямленного напряжения. Одновременно в этом случае первая гармоника тока якоря Iа все более отстает по фазе от э. д. с. Eк, вследствие чего возрастает размагничивающее действие реакции якоря. При построении векторной диаграммы синхронного генератора, работающего на выпрямительную нагрузку, вектор якоря Iа будет отставать на угол ? + 0,5? от вектора э. д. с. Eк, а величина cos (? + 0,5?) будет играть приблизительно такую же роль, как и cos? при работе генератора на активно-индуктивную нагрузку (без выпрямителя).
Потери мощности. Высшие гармоники тока якоря создают дополнительные электрические потери в проводниках обмотки якоря (из-за явления вытеснения тока), увеличивая на 58% основные электрические потери в ней. Дополнительные магнитные потери в стали магнитопровода, появляющиеся от высших гармоник поля, очень невелики, так как высшие гармоники м.д. с. существенно уменьшаются токами демпферной обмотки. Генераторы, работающие на выпрямитель, целесообразно снабжать мощными демпферными обмотками еще и потому, что это уменьшает сверхпереходные индуктивности (см. 1.18), от которых зависит угол коммутации ?, влияющий на использование генератора.
1.13 Синхронный двигатель
Как было показано ранее, синхронная машина, работающая параллельно с сетью, автоматически переходит в двигательный режим, если к валу ротора приложен тормозной момент. При этом машина начинает потреблять из сети активную мощность и возникает электромагнитный вращающий момент. Частота вращения ротора остается неизменной, жестко связанной с частотой сети соотношением n2, = n1 = 60f1/p, что является важнейшим эксплуатационным свойством синхронных двигателей.
Векторные диаграммы. По основным комплексным уравнениям синхронной машины (1.19в) и (1.23б) могут быть построены векторные диаграммы. Однако для синхронного двигателя в указанные уравнения вместо величины надо подставить с, так как не принято говорить о напряжении двигателя; при этом для не-явнополюсной и явнополюсной машин будем иметь:
.(1.43)
Построение векторных диаграмм (рис.1.45, а, б) по формулам системы (1.43) рекомендуется начинать с изображения векторов с и с. Далее строится вектор тока Iа, активная составляющая которого совпадает с направлением вектора c, и определяют вектор E0. При построении диаграммы для явнополюсной машины (рис.1.45, б) нужно так же, как это делалось в диаграмме для генератора (см. рис.1.25, в), вначале определить направление вектора E0, прибавив к c вспомогательный вектор
Рис.1.45 Упрощенные векторные диаграммы синхронного неявнополюсного (а) и явнополюсного (б) двигателя
Для выяснения свойств синхронного двигателя рассмотрим его работу при изменении нагрузочного момента Мвн и пост