Электрические двигатели и генераторы

Электротехника
Электрические машины и трансформаторы
Определение фазных и линейных токов приемников
Электрическая машина
Принцип действия асинхронного двигателя
Трансформаторы

Векторная диаграмма трансформатора

Переходные процессы в трансформаторах
Трансформаторные устройства специального назначения
Холостой ход трансформатора
Опыт короткого замыкания
Трехобмоточный трансформатор
Измерительные трансформаторы.
Электрические двигатели и генераторы
Асинхронный генератор
Параметры асинхронной машины 
Регулирование скорости вращения

Однофазные асинхронные двигатели.

Асинхронный преобразователь частоты 
Генераторы переменного тока
Трехфазный синхронный генератор
Несимметричная нагрузка трехфазного генератора
Однофазный синхронный генератор
Синхронный двигатель 
Синхронные машины заводов Советского Союза
Машины постоянного тока – генераторы и двигатели
Генератор с параллельным возбуждением
Электромашинные усилители
Электромашинные преобразователи тока
 

Синхронный двигатель 

Переход машины от работы генератором к работе двигателем.

Если мощность на валу синхронной машины, работающей генератором параллельна с другими синхронными машинами, уменьшать, то угол θ будет также уменьшаться. При мощности на валу, равной нулю, угол θ также равен нулю (если пренебречь потерями в машине). В этом случае э.д.с. машины прямо противоположна напряжению сети.

Если создать на валу машины тормозящий момент, то вектор э.д.с.  будет отставать от вектора напряжения . Будем в этом случае считать угол θ отрицательным. На рис. 4-73 показана векторная диаграмма машины при работе генератором, а на рис. 4-74 при работе двигателем.

Рис. 4-73. Диаграмма генератора.

Рис. 4-74. Диаграмма двигателя.

Из рис. 4-73 и 4-74 следует, что при переходе машины от работы генератором к работе двигателем фаза тока изменяется почти на 180° в соответствии с изменением результирующего напряжения , действующего в цепи машины. Мощность, отдаваемая в сеть при работе машины двигателем, будет отрицательной: , а мощность, потребляемая из сети, – положительной: .

Синхронная машина при работе двигателем будет, так же как и при работе генератором, держаться в синхронизме. Зависимость между мощностью двигателя и углом θ, как показано в дальнейшем, не отличается, если пренебречь потерями, от той же зависимости для генератора.

б) Векторные диаграммы синхронного двигателя.

 Векторные диаграммы двигателя аналогичны векторным диаграммам генератора.

Диаграммы приходится строить при определении н.с. Fв (или тока Iв) обмотки возбуждения двигателя, работающего при заданных напряжении сети Uс, токе I и cos φ. В этом случае при построении диаграмм, так же как и для генератора, должны быть известны параметры, характеристика холостого хода и обмоточные данные машины.

Диаграммы двигателя используются также при исследовании его рабочих свойств.

В зависимости от типа конструкции ротора двигателя обращаются к диаграммам или явнополюсной, или неявнополюсной машины. Для приближенного исследования можно также использовать упрощенные диаграммы.

На рис. 4-75 представлена диаграмма явнополюсного синхронного двигателя, работающего с опережающим током. Здесь фаза тока определяется относительно фазы напряжения сети.

.

Рис. 4-75. Диаграмма явнополюсного двигателя, работающего с опережающим током.

Справа на рис. 4-75 показаны векторы составляющих приложенного к двигателю напряжения, компенсирующих падения напряжения или уравновешивающих соответствующие э.д.с. в обмотке статора; слева показаны векторы этих э.д.с. Их построение производится так же, как для генератора, и должно быть понятно без особых пояснений. При практическом построении диаграммы ограничиваются построением лишь правой ее части. На рис. 4-76 представлена диаграмма явнополюсного двигателя, работающего с отстающим током. В этой диаграмме, как и в дальнейших, индекс с у вектора напряжения опущен.

Рис. 4-76. Диаграмма явнополюсного двигателя, работающего с отстающим током.

На рис. 4-75 и 4-76 видно, что реакция в синхронном двигателе при опережающем токе является размагничивающей ( направлена против  и соответственно  против ), а при отстающем токе – намагничивающей ( совпадает по направлению с , как и  с ).

Это не противоречит выводам, полученным при рассмотрении реакции якоря генератора (см. § 4-3,а). Действительно, на рис. 4-75 видно, что синхронный двигатель, работающий с опережающим током, имеет продольную составляющую тока , отстающую от э.д.с. , что соответствует работе генератора с отстающим током. Из рис. 4-76 вытекает, что работа двигателя с отстающим током соответствует работе генератора с опережающим током, так как в обоих случаях вектор  будет опережающим по отношению к вектору .

Мы здесь не будем приводить диаграммы неявнополюсного двигателя. Их построение производится в том же порядке, что и для неявнополюсного генератора.

в) Электромагнитная и синхронизирующая мощности синхронного двигателя.

 Под электромагнитной мощностью синхронного двигателя понимается мощность, которая передается вращающимся нолем со статора ротору. Она преобразуется в механическую мощность, развиваемую ротором. Часть этой мощности расходуется на покрытие механических потерь, добавочных потерь в стали и на возбуждение, если возбудитель приводится во вращение синхронным двигателем. Остальная часть механической мощности, развиваемой ротором, является полезной мощностью на валу двигателя.

Уравнения для электромагнитной и синхронизирующей мощностей можно получить при помощи упрощенной диаграммы синхронного двигателя, представленной на рис. 4-77.

Рис. 4-77. Диаграмма двигателя, работающего с отстающим током (к выводу уравнения для электромагнитной мощности).

Они будут такие же, как соответствующие уравнения для генератора (4-69) и (4-73). Очевидно, что уравнения для Pэм и Рс явнополюсного двигателя не будут отличаться от уравнений (4-75) и (4-79) явнополюсного генератора.

Из рис. 4-77 следует, что пространственный вектор н.с. Fp при работе машины двигателем опережает вектор Fв, тогда как при работе машины генератором имеет место обратное явление (рис. 4-63). Напомним, что в двигателе электромагнитный вращающий момент направлен в сторону вращения ротора, тогда как в генераторе против вращения ротора. Будем считать в выражениях для мощностей угол θ при работе генератором положительным, а при работе двигателем отрицательным.

Мерой способности двигателя сохранять синхронизм при той или другой нагрузке, так же как и для генератора, может служить первая производная от электромагнитной мощности по углу θ, т. е. величина Рс [(4-73) или (4-79)].

На рис. 4-78 представлены зависимости электромагнитного момента  и удельного синхронизирующего момента  от угла θ.

Рис. 4-78. Зависимости Мэм и Мc от угла θ.

Жирно начерченная часть кривой Мэм = f(θ) соответствует области устойчивой работы синхронной машины при малых возмущениях, так как при изменении угла θ от -90° до +900 удельный синхронизирующий момент Мс сохраняет положительное значение.

Максимальный электромагнитный момент

          (4-84)

определяет предел статической устойчивости синхронного двигателя, т. е. его способности держаться в синхронизме при малых возмущениях режима работы.

При определении Мэм.м по (4-84) э.д.с. E0 надо брать по спрямленной характеристике холостого хода для данного тока возбуждения Iв, хс = хd – ненасыщенное значение. Для нормальных синхронных двигателей при Iвн и Uн

.

г) V-образные кривые синхронного двигателя.

 Под V-образными кривыми синхронного двигателя понимаются кривые, выражающие зависимость тока статора от тока возбуждения при постоянной мощности на валу и при постоянном напряжении на зажимах.

Эти кривые можно получить из упрощенной диаграммы, пренебрегая потерями в активном сопротивлении обмотки статора, магнитными и механическими потерями. Соответствующие построения приведены на рис. 4-79, из которого видно, что при перевозбуждении синхронный двигатель работает с опережающим током (потребляет опережающий ток), а при недовозбуждении – с отстающим током (потребляет отстающий ток).

Рис. 4-79. Диаграмма двигателя при различных возбуждениях.

При более точном определении V-образной кривой надо обратиться к диаграммам явнополюсной или неявнополюсной машины, которые должны быть построены с учетом насыщения для различных токов I при Icosφ = const и U = const. Потерями и в этом случае обычно пренебрегают.

V-образные кривые двигателя представлены на рис. 4-80. Они могут быть также сняты опытным путем.

Рис. 4-80. V-образные кривые двигателя.

Параллельная работа двух соизмеримых по мощности генераторов Рассмотрим параллельную работу генераторов, имеющих одинаковые номинальные величины и одинаковые параметры

Электромагнитная и синхронизирующая мощности явнополюсной машины В предыдущем при определении электромагнитной и синхронизирующей мощностей мы исходили из упрощенной диаграммы, не учитывающей ни насыщения машины, ни различия магнитных проводимостей по ее продольной и поперечной осям.

Пуск в ход синхронного двигателя. Синхронные двигатели долгое время находили себе применение лишь в редких случаях вследствие тех затруднений, которые создавались при пуске их в ход.

Реактивная машина Как указывалось, реактивной машиной называется явнополюсная синхронная машина, работающая без возбуждения постоянным током (при Е0 = 0).

Электротехника