Режимы работы электрооборудования станций и подстанций

Федеральное агентство по образованию

Министерство  образования и науки Российской Федерации

иркутский Научно Исследовательский  Государственный Технический Университет 
 
 

ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ, СЕТЕЙ И  СИСТЕМ 
 

Режимы  работы синхронных электродвигателей 
 

Контрольная работа по курсу

«режимы работы электрооборудования станций и подстанций» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент  группы ЭСз-05-1    ___________________ Панферов Н.Б.  
 
 

Нормоконтролер                                    ___________________    И.А. Куклин 
 
 
 
 
 
 
 

Иркутск - 2011

Синхронный электродвигатель. 

Синхронной называется электрическая машина, скорость вращения n (об/мин) которой связана постоянным отношением с частотой n = 60 * f / p (где р — число пар полюсов машины) сети переменного тока, в которую эта машина включена. Синхронный машины служат генераторами переменного тока; синхронные электродвигателя применяются во всех тех случаях, когда нужен двигатель, работающий при постоянной скорости; для получения регулируемого реактивного тока устанавливают синхронные компенсаторы.  

Синхронный электродвигатель – синхронная машина, работающая в  режиме двигателя.  

Синхронные электродвигатели в настоящее время широко применяются  для самых различных видов  привода, работающего с постоянно  скоростью: для крупных вентиляторов, эксгаустеров, компрессоров, насосов, генераторов постоянного тока и  т.д. В большинстве случаев эти  двигатели выполняются явнополюсными, мощностью 40 – 7500 кВт, для скоростей вращения 125 – 1000 об/мин. Двигатели отличаются от генераторов конструктивно наличием на роторе необходимой для асинхронного пуска дополнительной короткозамкнутой обмотки или аналогичного приспособления, а также относительно меньшим возушным зазором между статором и ротором. У синхронных двигателей к.п.д. несколько выше, а масса на единицу мощности меньше, чем у асинхронных двигателей, рассчитанных на ту же скорость вращения.  

Характерной и  ценной особенностью синхронного двигателя  по сравнению с асинхронным является возможность регулирования его  реактивного тока (а следовательно, и cosφ) путем изменения постоянного тока возбуждения. При нормальном токе возбуждения магнитное поле ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., которую можно считать приближенно равной напряжению сети, приложенному к зажимам статора. В этих условиях работающий синхронный двигатель нагружает сеть только активным током. Его cos φ = 1. По этой причине обмотка статора синхронного двигателя рассчитывается на один активный ток (у асинхронного двигателя эта обмотка рассчитывается на активный и реактивный токи). По этой причине при одинаковой номинальной мощности габариты синхронного двигателя меньше, а его к.п.д. выше, чем асинхронного.  

Если же ток  возбуждения синхронного двигателя  существенно меньше номинального, то магнитный поток ротора индуктирует  в обмотке статора э.д.с., меньшую, чем напряжение сети – это условие, когда двигатель недовозбужден. Помимо активного тока, он нагружает сеть реактивным током, отстающим по фазе от напряжения на четверть периода, как намагничивающий ток асинхронного электродвигателя. Но если постоянный ток возбуждения больше номинального, то э.д.с. больше напряжения сети – двигатель перевозбужден. Он нагружает сеть, кроме активного тока, реактивным током, опережающим по фазе напряжение сети, совершенно также как емкостной ток конденсатора. Следовательно, перевозбужденный синхронный двигатель может подобно емкости улучшать общий cosφ промышленного предприятия, снижаемый индуктивными токами асинхронных двигателей. 

   По  своей конструкции синхронные двигатели  в принципе не отличаются от синхронных генераторов, но все же имеют некоторые особенности. Их изготовляют преимущественно явнополюсными с полюсов; воздушный зазор делают меньшим, чем в генераторах такой же мощности, что способствует улучшению ряда параметров двигателя, в частности уменьшению пускового тока; демпферную (успокоительную) обмотку выполняют стержнями большего сечения, так как при пуске двигателя она является пусковой обмоткой ширина полюсного наконечника достигает вместо в генераторах. Поэтому, несмотря на свойство обратимости, синхронные машины, выпускаемые промышленностью, имеют обычно целевое назначение — либо это синхронные генераторы, либо синхронные двигатели. 
 
 

   Пуск  синхронных двигателей 

   Пуск  синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так  как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен  вращающимся полем статора, частота  вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее  время практическое применение имеет  способ пуска, получивший название асинхронного. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхронного генератора (см. рис. 21.8). Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рис. 22.3, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи .

                                   Рис. 22.3. Асинхронный пуск синхронного  двигателя 

Взаимодействие  этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил . Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рис. 22.3, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной , обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент [см. (21.10)] втягиваем ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора (см. § 21.4).

   Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем  легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

   С увеличением нагрузочного момента  на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается и синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм . Величина асинхронного момента при частоте вращения зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены .

   Следует обратить внимание, что выбор сопротивления  пусковой клетки , соответствующего значительному пусковому моменту , способствует уменьшению момента входа в синхронизм и, наоборот, при сопротивлении , соответствующем небольшому пусковому моменту ( ), момент входа в синхронизм увеличивается (рис. 22.4).          
 

Рис. 22.4. Асинхронные моменты при пуске  синхронного двигателя:

, — основной момент;

 — дополнительный момент,

 — момент входа в синхронизм 

   В процессе асинхронного пуска обмотку  возбуждения нельзя оставлять  разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление , примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П (см. рис. 22.3, а).

   Замыкание накоротко обмотки возбуждения  на время пускания двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся  полем  статора  также  создает  дополнительный асинхронный момент . Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рис. 22.4) и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

   При асинхронном пуске синхронного  двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номинальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при пониженном напряжении : автотрансформаторный или реакторный.