 |
А) 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. F в (или тока I в) обмотки возбуждения двигателя, работающего при заданных напряжении сети U с, 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 P эм и Р с явнополюсного двигателя не будут отличаться от уравнений (4-75) и (4-79) явнополюсного генератора.
Из рис. 4-77 следует, что пространственный вектор н.с. F p при работе машины двигателем опережает вектор F в, 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 Р с [(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 М эм = f (θ) соответствует области устойчивой работы синхронной машины при малых возмущениях, так как при изменении угла θ от -90° до +900 удельный синхронизирующий момент М с 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 М эм.м по (4-84) э.д.с. E 0 надо брать по спрямленной характеристике холостого хода для данного тока возбуждения I в, х с = хd — ненасыщенное значение. Для нормальных синхронных двигателей при I вн и U н
.
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 I cosφ = 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.
|
|
|
