Пуск в ход синхронного двигателя

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента

При неподвижном роторе за период изменения тока в статоре (0,02 с при f1=50 Гц) электромагнитный момент Mэм будет дважды менять свое направление, т.е. Mэм=0.

Ротор, обладающий определенной инерцией, не может разогнаться в течении полупериода (0,01 с) до синхронной частоты вращения n1.

Следовательно, для пуска СД необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до скорости близкой к синхронной.

Для этой цели применяют метод асинхронного пуска:

СД запускают как асинхронный, для чего снабжают ротор специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой, выполненной из латуни по типу беличьей клетки.

После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной n2

= n1(1-S), подают ток в обмотку возбуждения и ротор втягивается в синхронизм.

Пуск в ход синхронного двигателя

А			В		С			Перед включением обмотки статора в сеть
								обмотка ротора замыкается на сопротивление, а
								постоянный ток в нее не подается.
S1
								После включения обмотки статора в сеть возникает
								вращающееся магнитное поле, которое индуктирует
								токи в пусковой обмотке.
								В результате возникает асинхронный вращающий
								момент, разгоняющий ротор до частоты вращения

n2 = n1(1-S), близкой к синхронной.

Затем ОВ ротора отключается от сопротивления и подключается к источнику постоянного тока.

							При этом возникает обычный для синхронной
							машины момент взаимодействия вращающегося
						S2	поля статора и полюсов ротора и СД втягивается
							в синхронизм.
							При вращении ротора с частотой n1 токи в пуско-
							вой обмотке не наводятся и она не участвует в
				+
							работе машины.

Пускать СД с разомкнутой ОВ нельзя, т.к. при S=1 и значительном числе

витков в ОВ в ней наводится ЭДС, которая может достигать больших значений, что может вызвать пробой изоляции.

Потери энергии и КПД синхронных машин

Потери энергии P : основные и добавочные.

Основные потери: электрические, магнитные, механические.

1)Электрические потери возникают при протекании электрического тока по обмоткам статора и ротора и приводят к их нагреву

2)Магнитные потери: Pм Pгист Pв.т. - потери на гистерезис и вихревые токи имеют место только в сердечнике статора при его перемагничивании.

Ротор вращается синхронно с магнитным полем и не перемагничивается.

3) Механические потери Pмех - потери на преодоление сил трения в подшип- никах, в скользящем контакте и сил трения вращающихся частей о воздух, т.е. вентиляционные потери.

Добавочные потери Pдоб - включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных пульсациями магнитного поля, действием высших гармоник, вихревыми токами в ряде частей машины и другими причинами.

Коэффициент полезного действия					г 1	P	.
для синхронного генератора						P1ном P
где P1	m1U1	I1	cos 1	- активная мощность на нагрузке.
ном	ном	ном

Потери энергии и КПД синхронных машин

	Коэффициент полезного действия	г	1	P	.
	для синхронного двигателя			P1
				ном

где P1ном - активная мощность потребляемая синхронным двигателем из сети.

Коэффициент полезного действия синхронной машины зависит как от

величины нагрузки (коэффициента нагрузки ), так и от ее характера (cos 1)

max

cos 1=1

У синхронных машин с P <100 кВт

ном

cos 1<1

max= (80÷90)%.

У синхронных машин с Pном>100 кВт

max= (90÷99)%.

0,6÷0,8

Параллельная работа синхронных машин

Включение синхронных генераторов на параллельную работу

-На каждой электростанции установлено несколько генераторов, которые включаются параллельно на одну сеть.

-В современных энергосистемах на общую сеть работают целый ряд электростанций.

Благодаря такой параллельной работе нескольких СГ достигается

-большая надежность энергоснабжения,

-снижение мощности аварийного резерва и т.д.

Все параллельно работающие синхронные генераторы должны отдавать

в сеть ток одинаковой частоты f. Следовательно их частоты вращения должны быть обратно пропорциональны числу пар полюсов:

n 60f		, n	2	60f , n	3	60f	и т. д.
1	p1			p2		p3
если p1 = p2 = p3,				то и n1 = n2 = n3

Условие синхронизации:

Чтобы избежать при включении СГ на параллельную работу с сетью

чрезмерно большого броска тока и возникновения ударных электро- магнитных моментов необходимо отрегулировать режим работы СГ на

холостом ходу перед его включением.

Параллельная работа синхронных машин

Совокупность этих подготовительных операций называют синхронизацией генератора.

Идеальные условия включения:

1) напряжение включаемого генератора Uг должно быть равно напряжению

сети Uс;

2) частота генератора fг должна равняться частоте сети fс;

3) чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

4) напряжения генератора Uг и сети Uс должны совпадать по фазе.

При этом векторы напряжений генератора и сети

UcА

UгА

совпадают и вращаются с одинаковой скоростью:

=

0

UгА

UсА 0,

UгВ

UсВ 0,

UгС

UсС

с

г

UcС

Неправильная синхронизация может привести

Uг

В

к серьезной аварии:

UcВ

UгС

Если напряжения генератора Uг и сети Uс в момент включения находятся в

противофазе, то это эквивалентно КЗ при удвоенном напряжении

и при

включении ток достигает 2Iкз, возникают ударные электромагнитные силы и

моменты.

Параллельная работа синхронных машин

Синхронные режимы параллельной работы синхронных машин

Предположим, что сеть имеет бесконечную мощность, Uс = const и fс = const.

Тогда напряжение параллельно работающего генера-
тора Uг = Uс и если СГ – неявнополюсная машина,	I		Е	Uс		U ,
то пренебрегая rя получим			jxd			jxd

1) Изменение реактивной мощности. Режим синхронного компенсатора

а) Если условия синхронизации выполнены и СГ включен на параллельную

		и , следовательно, I = 0 и машина не принимает
работу с сетью, то Е Uс
никакой нагрузки.

E U Uс

900

	б) Если после синхронизации увеличить ток возбуждения у
	СГ (перевозбудить машину), то			Е	U	и, следовательно,
	возникает ток, отстающий от		U		и от	Е	Uс	на 900.
						с и
I	Машина будет отдавать в сеть индуктивный ток
	и реактивную мощность

Параллельная работа синхронных машин

б) Если после синхронизации уменьшить ток возбуждения

U

U

у СГ (машина недовозбуждена), то

и, следова-

с

Е Uс

E

тельно, возникает ток, отстающий от

U

, но опережающий

.

Е

и Uс на 90

0

900

Машина будет отдавать в сеть емкостный ток и

I

потреблять из сети реактивную мощность.

Т.о. перевозбужденная синхронная машина по отношению к

сети эквивалентна емкости, а недовозбужденная машина –

эквивалентна индуктивности.

Синхронная машина, не несущая активной нагрузки и загруженная лишь реактивным током, называется синхронным компенсатором.

Синхронные компенсаторы применяются для компенсации коэффициента мощности и поддержания нормального уровня напряжения в сети.

В районе большой промышленной нагрузки перевозбужденный синхронный компенсатор будет снабжать асинхронные двигатели реактивной мощностью, а генераторы электростанции будут разгружены от этой мощности.

Параллельная работа синхронных машин

2) Изменение активной мощности. Режим генератора и двигателя.

Чтобы включенный на параллельную работу СГ принял на себя активную нагрузку и работал в режиме генератора необходимо увеличить движущий механический момент (например, увеличив поступление пара в турбину).

			Вектора ЭДС генератора «забегут» вперед на угол
U
			и возникнет ток, отстающий от		на 90, но при этом
	U
		с			U
E			-900 < < 900.
			При этом P m1U I cos 1		0, т.е. машина
I			отдает активную мощность в сеть.
							U
Если притормозить ротор СГ, создав на валу механи-
ческую нагрузку, то ЭДС генератора будут отставать от Uс на						Uс	E
угол и возникнет ток отстающий от
				U на 90, но при
этом 900 < < 2700.
При этом P m1U I cos 1 0, т.е. машина работает в						I
режиме двигателя, потребляя активную мощность из сети.