Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
оянном токе возбуждения; при этом для простоты будем пользоваться векторной диаграммой неявнополюсной машины. Допустим, что двигатель работает при cos? = l, чему на векторной диаграмме (рис.1.46, а) соответствуют ток Iа1 и угол ?1. С повышением нагрузки увеличивается угол между векторами E0 и с до какого-то значения ?2, так как согласно (1.35а) вращающий момент М = Мвн пропорционален sin?. При этом конец вектора E0 перемещается по окружности с радиусом, равным Е0, и при принятых условиях (Iв = const; E0 = const и Uc = const) вектор тока Iа2 также поворачивается вокруг точки 0, располагаясь перпендикулярно вектору jIа2xсн Из диаграммы видно, что в рассматриваемом случае ток двигателя Iа2 будет иметь отстающую реактивную составляющую.
Если нагрузка двигателя снизится по сравнению с исходной, то угол ? уменьшится до значения ?3. При этом ток двигателя Iа3 будет иметь опережающую реактивную составляющую.
Следовательно, изменение активной мощности синхронного двигателя приводит к изменению его cos?: при уменьшении нагрузки вектор тока поворачивается в сторону опережения и двигатель может работать с cos? = 1 или с опережающим током; при увеличении нагрузки вектор тока поворачивается в сторону отставания.
Рис.1.46 Упрощенные векторные диаграммы синхронного двигателя:
а при изменении нагрузочного момента на валу; б при изменении э. д. с. Е0 путем регулирования тока возбуждения
Если при неизменной активной мощности менять ток возбуждения, то будет меняться только реактивная мощность, т.е. величина cos?. Векторная диаграмма для этого случая изображена на рис.1.46, б. Если двигатель работает при cos? = l, то этому режиму соответствует э.д.с. E01 и некоторый угол ?1. При уменьшении тока возбуждения э.д.с. E0 снижается до E02. Поскольку активная мощность остается неизменной, из условия Р = Рэм = mUc (E0/xсн) sin? = const получим, что Е01 sin ?1 = Е02 sin?2 Отсюда следует, что конец вектора E0 при изменении тока возбуждения будет перемещаться по прямой ВС, параллельной вектору c и проходящей через конец вектора E01 Из векторной диаграммы (рис.1.46, б) видно, что угол ?2 будет больше ?1.
Аналогично строится диаграмма при увеличении тока возбуждения. В этом случае э д с E0 возрастает до величины E03 и угол ?3 становится меньшим ?1. Вектор jIа3xсн поворачивается вокруг точки А и соответственно ему изменяет направление вектор тока Ia3, перпендикулярный вектору jIa3xсн
При этом из условия равенства активных мощностей имеем: Ia1 cos?1 = Iа2 cos?2 = Ia3 cos?3, конец вектора тока Iа перемещается по прямой DE, перпендикулярной вектору c По диаграмме, приведенной на рис 1.46, б, можно построить U-образные характеристики для двигателя Iа = f(Iв), которые будут иметь такую же форму, как и характеристики для генератора (см рис 1.40), с той лишь разницей, что для двигателя угол сдвига фаз ? принято отсчитывать от вектора напряжения сети c Поэтому при недовоз-буждении ток Iа будет отставать от напряжения сети c, т.е. двигатель будет потреблять из сети реактивную мощность Q, а при перевозбуждении ток будет опережать напряжение сети c, т.е. двигатель будет отдавать в сеть реактивную мощность
Рабочие характеристики (рис 1.47) Представляют собой зависимости тока Iа, электрической мощности P1 поступающей в обмотку якоря, к п д ? и соs? от отдаваемой механической мощности Р2 при Uc = const, fc = const и Iв = const Поскольку частота вращения двигателя постоянна, зависимость n = f(P2) обычно не приводится; не приводится также и зависимость M = f(P2), так как вращающий момент М пропорционален Р2. Зависимость Р1 = f(Р2) имеет характер, близкий к линейному
Ток двигателя при холостом ходе является практически реактивным По мере роста нагрузки растет активная составляющая тока, в связи с чем зависимость тока Ia от мощности Р2 является нелинейной Кривая ? = f(P2) имеет характер, общий для всех электрических машин. Синхронные двигатели могут работать с соs? = 1, но обычно их рассчитывают на работу при номинальной нагрузке с опережающим током, при этом cos?ном = 0,9 0,8 В этом случае улучшается суммарный cos? сети, от которой питаются синхронные двигатели, так как создаваемая ими опережающая реактивная составляющая тока Iа компенсирует отстающую реактивную составляющую тока асинхронных двигателей. Зависимость cos? = f(P2) при работе машин с перевозбуждением имеет максимум в области Р2 > Рном. При снижении Р2 величина cos? уменьшается, а отдаваемая в сеть реактивная мощность возрастает.
Рис.1.47 Рабочие характеристики синхронного двигателя
Достоинства и недостатки синхронного двигателя в сравнении с асинхронным. Синхронные двигатели имеют следующие достоинства:
а) возможность работы при cos? = l; это приводит к улучшению cos? сети, а также к сокращению размеров самого двигателя, так как его ток меньше тока асинхронного двигателя той же мощности. При работе с опережающим током синхронные двигатели служат генераторами реактивной мощности, поступающей ?/p>