Синхронные машины. (Лекция 2)

Преимущество установки нескольких генераторов вместо одного – при уменьшении нагрузки часть можно остановить, чтобы оставшиеся генераторы работали с полной нагрузкой, следовательно, с более высоким КПД
Включение генераторов
на параллельную работу

При включении СГ в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: - ЭДС генератора E0 в момент подключения его к сети должна быть равна и противоположна по фазе напряжению сети (E0 = –UC);
- частота генератора f должна быть равна частоте в сети;
- порядок следования фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Выполнение всех указанных условий называют синхронизацией.
Несоблюдение любого из условий приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерная величина которых может явиться причиной аварии.

Включение генераторов
на параллельную работу
с сетью

Параллельная работа нескольких
дизель-генераторов

При включении СГ в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: - ЭДС генератора E0 в момент подключения его к сети должна быть равна и противоположна по фазе напряжению сети (E0 = –UC);
- частота генератора f должна быть равна частоте в сети;
- порядок следования фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Синхронизация выполняется с помощью двух вольтметров и
синхроноскопа. Простейший синхроноскоп состоит из трех ламп, присоединенных на каждую фазу включаемого
генератора.

Лампы должны одновременно загораться и гаснуть, а не вразнобой и часто.
Изменяя частоту приводного двигателя добиваются этого и замыкают рубильник.

Равенство напряжений
проверяется вольтметрами

Несимметричные режимы
работы СГ
На практике мощные однофазные потребители иногда нарушают симметричную нагрузку фаз СГ (тяговые подстанции жел. дорог и т.д.). Еще более часто несимметрия возникает при коротких замыканиях в электросетях.

Работа СГ при несимметричной нагрузке вызывает токи двойной частоты,
индуктируемые в роторе магнитным полем статора
Они вызывают в роторе излишние потери и его нагрев,
а также уменьшение КПД.

Высокая температура ротора турбогенератора вызывает опасные деформации ротора и вероятность повреждения изоляции обмотки возбуждения

Чем больше несимметрия нагрузки, тем сильнее пульсирующие радиальные силы притяжения и отталкивания между полюсами полей статора и ротора, стремящиеся деформировать статор и ротор.
Эти силы вызывают вибрацию частей, шум и ослабление креплений сердечника статора.

Искажение симметрии напряжений
Также токи обратной последовательности вызывают в фазах обмотки статора падения напряжения, векторы которых ориентированы по-разному.
В результате - симметрия выходных напряжений генератора искажается (напряжения более загруженных фаз будут меньше).
Это ухудшает работу асинхронных и синхронных двигателей.

Задание №1
Обмотка якоря синхронного генератора расположена:
1) на роторе,
2) на статоре,
3) вместе с обмоткой озбуждения.
ТЕСТЫ

Задание №2
Реакция якоря СГ, работающего на только активную нагрузку, является:
1) продольно-размагничивающей,
2) поперечной,
3) продольно-намагничивающей.

Задание №3
Единицей измерения МДС реакции якоря СГ является:
1) Ом,
2) Ампер,
3) Вольт.

Задание №4
Для поддержания постоянного напряжения СГ при увеличении активно – индуктивной нагрузки необходимо ток возбуждения:
1) уменьшать,
2) увеличивать,
3) оставлять постоянным.

Чтобы правильно задать вопрос,
надо знать большую часть ответа.
Роберт Шекли

Синхронные двигатели

Преимущество синхронных двигателей (СД) - постоянная частота вращения.
Холодильные и компрессорные,
нефте- и газоперекачивающие станции трубопроводов,
для привода мощных станков,
насосов, вентиляторов и т. д.

Синхронный привод компрессора

Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор подстанции

Механические характеристики
различных двигателей

Рабочие характеристики – это зависимости Iа, М2, п2, cosφ, η от Р2.

cosφ может достигать единицы при регулировании возбуждения ротора,
М2 – линейно зависит от мощности на валу Р2, поскольку п2 = const.

Потребляемый ток статора I1 с увеличением Р2 изменяется не сильно, так как большая часть магнитного потока создается ротором.

U-образные кривые СД

При изменении МДС возбуждения If, , МДС статора (якоря) Fa изменяется таким образом, чтобы оставалось неизменным результирующее магнитное поле СД.
Это изменение МДС Fa может происходить только за счет изменения величины и фазы тока статора, т. е. за счет изменения реактивной составляющей тока статора.

Реверс
Так как ротор СД вращается в ту же сторону, что и поле статора, то для изменения направления вращения трехфазного СД необходимо переключить два провода, подведенных к зажимам статора

Пуск в ход синхронных двигателей

Пуск в ход СД включением в сеть невозможен.
В момент включения ротор будет неподвижен, т. к. СД не имеет начального пускового момента.
По обмотке возбуждения проходит постоянный ток, и за один период момент дважды меняет направление, т. е. средний момент равняется нулю.

Пуск СД возможен лишь при разгоне до скорости, равной синхронной или близкой к ней.

Метод асинхронного пуска.
Суть метода состоит в разгоне СД как асинхронного.
Для этого ротор снабжается короткозамкнутой обмоткой, подобной короткозамкнутой клетке асинхронного двигателя.
Чтобы увеличить сопротивление стержней, клетку изготовляют из латуни.

После разгона ротора до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля, постоянный ток обмотки ротора создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм.

Осуществить пуск двигателя с разомкнутой обмоткой возбуждения нельзя, т. к. из-за большого числа витков обмотки возбуждения ЭДС Ев может достигать весьма большого значения и вызвать пробой изоляции.

Обмотку возбуждения при пуске рубильником замыкают на гасящий резистор, сопротивление которого Rдоб = (8 – 12) Rв.
После разгона ротора обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Частота вращения ротора п2 равна частоте вращающегося магнитного поля
n1 = 60·f1/p.
Следовательно, ее можно регулировать путем изменения частоты питающего напряжения или числа полюсов 2р.

Изменять число полюсов в СД нецелесообразно, так как требуется изменение числа полюсов как на статоре, так и на роторе, что приводит к усложнению конструкции ротора.
Поэтому практически используют лишь изменение частоты питающего напряжения.

К СД применимы все основные положения теории частотного регулирования АД, в том числе необходимость одновременного изменения как частоты, так и питающего напряжения.

При неизменных значениях нагрузочного момента
Мн = М и тока якоря Iа
необходимо выдерживать условие

Преобразователь частоты

Преобразователи частоты

Преобразователь частоты

Достоинства СД:
1. Возможность работы при cosφ = 1, что приводит к уменьшению размеров двигателя, т. к. его ток меньше тока асинхронного двигателя той же мощности;

2. Меньшая чувствительность к колебаниям напряжения, т. к. момент пропорционален напряжению в первой степени,
а не квадрату напряжения, как у асинхронных двигателей;
3. Строгое постоянство частоты вращения, независимо от механической нагрузки на валу.

Недостатки СД:
1. Конструкция сложнее, чем АД, т.к. СД должны иметь возбудитель или иное устройство для питания ОВ постоянным током; вследствие этого СД в большинстве случаев дороже АД;
2. Сложнее пуск;
3. Трудности с регулированием частоты вращения, которое возможно только при изменении частоты питающего напряжения.

Сопоставление достоинств и недостатков синхронных двигателей показывает, что их целесообразно применять для установок большой мощности, начиная примерно с 50 – 100 кВт, в особенности для установок, работающих в условиях редких пусков.

В этих случаях учитывают высокий cosφ и уменьшенные габаритные размеры СД по сравнению с АД.
Примерами таких установок могут быть мощные компрессоры.

Синхронный компенсатор – это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, назначение которого – компенсировать реактивную мощность в линии электропередач.

Батарея конденсаторов компенсирует лишь индуктивную составляющую реактивной мощности, а компенсатор может компенсировать как индуктивную, так и емкостную составляющие. СК также можно использовать для регулирования напряжения системе электроснабжения.

При перевозбуждении СД работает с опережающим током по отношению к току сети, улучшая cosφ сети, а при недовозбуждении – с отстающим.
С целью улучшения cosφ сети можно перевозбудить присоединенные к ней синхронные двигатели.