Специальные синхронные машины конспект

Обновлено: 07.07.2024

Применяют эти машины чаще всего в качестве двигателей небольшой мощности. Синхронные генераторы с постоянными магнитами применяют реже, главным образом в качестве автономно работающих генераторов повышенной частоты, малой и средней мощности.

Синхронные магнитоэлектрические двигатели. Эти двигатели получили распространение в двух конструктивных исполнениях: с радиальным и аксиальным расположением постоянных магнитов.

При радиальном расположении постоянных магнитов пакет ротора с пусковой клеткой, выполненный в виде полого цилиндра, закрепляют на наружной поверхности явно выраженных полюсов постоянного магнита 3. В цилиндре делают межполюсные прорези, предотвращающие замыкание потока постоянного магнита в этом цилиндре (рис. 23.1, ).

При аксиальном расположении магнитов конструкция ротора аналогична конструкции ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя. К торцам этого ротора прижаты кольцевые постоянные магниты (рис. 23.1, ).

Конструкции с аксиальным расположением магнита применяют в двигателях малого диаметра мощностью до 100 Вт; конструкции с радиальным расположением магнитов применяют в двигателях большего диаметра мощностью до 500 Вт и более.

Физические процессы, протекающие при асинхронном пуске этих двигателей, имеют некоторую особенность, обусловленную тем, что магнитоэлектрические двигатели пускают в возбужденном состоянии. Поле постоянного магнита в процессе разгона ротора наводит в обмотке статора ЭДС , частота которой увеличивается пропорционально частоте вращения ротора. Эта ЭДС наводит в обмотке статора ток, взаимодействующий с полем постоянных магнитов и создающий тормозной момент , направленный встречно вращению ротора.

Рис. 23.1. Магнитоэлектрические синхронные двигатели с радиальным (а) и

аксиальным (б) расположением постоянных магнитов:

1 — статор, 2 — короткозамкнутый ротор, 3 — постоянный магнит

Таким образом, при разгоне двигателя с постоянными магнитами на его ротор действуют два асинхронных момента (рис. 23.2): вращающий (от тока , поступающего в обмотку статора из сети) и тормозной (от тока , наведенного в обмотке статора полем постоянного магнита).

Для обеспечения надежного пуска двигателя необходимо, чтобы минимальный результирующий момент в асинхронном режиме и момент входа в синхронизм М_вх, были больше момента нагрузки. Форма кривой асинхронного момента магнитоэлектрического

Рис.23.2. Графики асинхронных моментов

магнитоэлектрического синхронного двигателя

Электромагнитные процессы в магнитоэлектрических синхронных двигателях в принципе аналогичны процессам в синхронных двигателях с электромагнитным возбуждением. Однако необходимо иметь в виду, что постоянные магниты в магнитоэлектрических машинах подвержены размагничиванию действием магнитного потока реакции якоря. Пусковая обмотка несколько ослабляет это размагничивание, так как оказывает на постоянные магниты экранирующее действие.

Положительные свойства магнитоэлектрических синхронных двигателей — повышенная устойчивость работы в синхронном режиме и равномерность частоты вращения, а также способность синфазного вращения нескольких двигателей, включенных в одну сеть. Эти двигатели имеют сравнительно высокие энергетические показатели (КПД и ,).

Недостатки магнитоэлектрических синхронных двигателей — повышенная стоимость по сравнению с синхронными двигателями других типов, обусловленная высокой стоимостью и сложностью обработки постоянных магнитов, выполняемых из сплавов, обладающих большой коэрцитивной силой (ални, алнико, магнико и др.). Эти двигатели обычно изготовляют на небольшие мощности и применяют в приборостроении и в устройствах автоматики для привода механизмов, требующих постоянства частоты вращения.

Помимо недостатков, отмеченных при рассмотрении магнитоэлектрических синхронных двигателей, генераторы с постоянными магнитами имеют еще один недостаток, обусловленный отсутствием обмотки возбуждения, а поэтому регулировка напряжения в магнитоэлектрических генераторах практически невозможна. Это затрудняет стабилизацию напряжения генератора при изменениях нагрузки.

Рис.23.3. Роторы магнитоэлектрических синхронных генераторов:

1 – вал; 2 – постоянный магнит; 3 – полюс; 4 – немагнитная втулка

В сравнении с асинхронными двигателями они имеют большие преимущества:

1. Могут работать с cosφ=1 и не потреблять реактивную мощность из сети;

2. Максимальный момент СД пропорционален U, а у АД – U 2 .

3. КПД синхронного двигателя выше, чем у асинхронного за счет меньших потерь;

4. Частота вращения остается независимой от нагрузки.

Однако синхронные двигатели конструктивно сложнее и требуют источник постоянного тока для питания обмотки возбуждения. Кроме того, имеются трудности при пуске.

Различают следующие способы пуска синхронных двигателей:

1. Пуск с помощью постороннего двигателя. Ротор возбужденного двигателя приводится во вращение до частоты близкой к синхронной и с помощью синхронизирующего устройства подключается к трехфазной сети. Затем вспомогательный двигатель отключают.

2. Асинхронный пуск. Это способ предполагает наличие в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки. Невозбужденный синхронный двигатель статорной обмоткой подключается к трехфазной сети переменного тока. Вращающееся магнитное поле индуктирует в пусковой обмотке ротора ЭДС, которая создает в замкнутых стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем якоря создает момент, приводящий ротор во вращение. При завершении асинхронного пуска (достижении 95% синхронной частоты вращения), подается питание на обмотку возбуждения и двигатель начинает работать синхронно.

Рабочие характеристики синхронного двигателя представляют собой зависимости частоты вращения ротора n, тока в обмотке якоря I₁, потребляемой активной мощности P₁, коэффициента мощности cosφ₁, полезного момента M₂ от полезной мощности.

Частота вращения ротора n остается неизменной и не зависит от нагрузки, поэтому график n=f(P₂) имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Полезный момент на валу синхронного двигателя M₂=f(P₂) имеет вид прямой, выходящей из начала координат. Мощность P₁ и ток I₁ имеют значения при P₂=0, так как существуют потери и ток холостого хода. Вид характеристики cosφ₁=f(P₂) зависит от величины тока возбуждения двигателя. Если двигатель работает с недовозбуждением, то cosφ₁ с ростом P₂ уменьшается. При работе с перевозбуждением cosφ₁ с ростом P₂ увеличивается.

Синхронный компенсатор

Синхронные компенсаторы предназначены для повышения коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

Синхронные компенсаторы не имеют приводных двигателей и поэтому сами являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу, при этом из сети потребляя небольшую активную мощность для покрытия своих потерь. Пуск синхронных компенсаторов осуществляется также, как и синхронных двигателей.

Так как у синхронного компенсатора не ставится вопрос статической устойчивости, они выполняются с малым воздушным зазором, что позволяет облегчить обмотку возбуждения и уменьшить стоимость машины.

Синхронные машины специального назначения

Синхронные машины с постоянными магнитами (магнитоэлектрические) не имеют обмотки возбуждения на роторе, а возбуждающий магнитный поток у них создается постоянными магнитами, расположенными на роторе. Статор этих машин обычной конструкции с двух- или трехфазной обмоткой. Применяют эти машины чаще всего в качестве двигателей небольшой мощности. Синхронные генераторы с постоянными магнитами применяют реже, главным образом в качестве автономно работающих генераторов повышенной частоты, малой и средней мощности.

При радиальном расположении постоянных магнитов пакет ротора с пусковой клеткой, выполненный в виде полого цилиндра, закрепляют на наружной поверхности явно выраженных полюсов постоянного магнита. В цилиндре делают межполюсные прорези, предотвращающие замыкание потока постоянного магнита в этом цилиндре.

При аксиальном расположении магнитов конструкция ротора аналогична конструкции ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя. К торцам этого ротора прижаты кольцевые постоянные магниты.

Физические процессы, протекающие при асинхронном пуске этих двигателей, имеют некоторую особенность, обусловленную тем, что магнитоэлектрические двигатели пускают в возбужденном состоянии. Поле постоянного магнита в процессе разгона ротора наводит в обмотке статора ЭДС, частота которой увеличивается пропорционально частоте вращения ротора. Эта ЭДС наводит в обмотке статора ток, взаимодействующий с полем постоянных магнитов и создающий тормозной момент, направленный встречно вращению ротора.

Для обеспечения надежного пуска двигателя необходимо, чтобы минимальный результирующий момент в асинхронном режиме и момент входа в синхронизм были больше момента нагрузки.

Положительные свойства магнитоэлектрических синхронных двигателей — повышенная устойчивость работы в синхронном режиме и равномерность частоты вращения, а также способность синфазного вращения нескольких двигателей, включенных в одну сеть. Эти двигатели имеют сравнительно высокие энергетические показатели (КПД и cosφ).

Недостатки магнитоэлектрических синхронных двигателей — повышенная стоимость по сравнению с синхронными двигателями других типов, обусловленная высокой стоимостью и сложностью обработки постоянных магнитов, выполняемых из сплавов, обладающих большой коэрцитивной силой (ални, алнико, магнико и др.). Эти двигатели обычно изготовляют на небольшие мощности и применяют в приборостроении и в устройствах автоматики для привода механизмов, требующих постоянства частоты вращения.

Синхронные реактивные двигатели. Отличительная особенность синхронных реактивных двигателей — отсутствие у них возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этом двигателе создается, исключительно за счет МДС обмотки статора. В двух- и в трехфазных СРД эта МДС является вращающейся.

Принцип действия СРД заключается в следующем. При включении обмотки статора в сеть возникает вращающееся магнитное поле. Как только ось этого поля займет положение в пространстве расточки статора, при котором она будет смещена относительно продольной оси невозбужденных полюсов ротора на угол в сторону вращения между полюсами этого поля и выступающими полюсами невозбужденного ротора возникнет реактивная сила магнитного притяжения полюса ротора к полюсу вращающегося поля статора. В СРД применяют асинхронный пуск. Для этого ротор снабжают короткозамкнутой пусковой клеткой.

Простота конструкции и высокая эксплуатационная надежность обеспечили СРД малой мощности широкое применение и устройствах автоматики для привода самопишущих приборов, и устройствах звуко- и видеозаписи и других установках, требующего строгого постоянства частоты вращения.

Гистерезисные двигатели. Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента. Под действием внешнего магнитного поля ротор намагничивается. На стороне, обращенной к северному полюсу постоянного магнита, возбуждается южный полюс, а на стороне ротора, обращенной к южному полюсу постоянного магнита, - северный полюс. На ротор начинают действовать силы, направленные радиально к его поверхности. Если полюсы постоянного магнита вращать вокруг ротора, то вследствие явления магнитного запаздывания (гистерезиса) активная часть ротора не будет перемагничиваться одновременно с изменением направления вращающегося магнитного поля и между осью поля ротора и осью внешнего поля появится угол. Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала (помещенного во внешнее магнитное поле), представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего поля.

На преодоление сил молекулярного трения расходуется часть подводимой мощности, которая составляет потери на гистерезис. Величина этих потерь зависит от частоты перемагничивания ротора. Применение обычной стали для изготовления ротора не обеспечивает гистерезисного момента достаточной величины. Только магнитно-твердые материалы, например такие, как викаллой, дают возможность получить большой гистерезисный момент. Роторы гистерезисных двигателей обычно делают сборными.

Гистерезисный двигатель может работать с синхронной и асинхронной частотами вращения. Однако работа двигателя в асинхронном режиме неэкономична, так как связана со значительными потерями на перемагничивание ротора, величина которых возрастает с увеличением скольжения.

Достоинства гистерезисных двигателей — простота конструкции, бесшумность и надежность в работе, большой пусковой момент, плавность входа в синхронизм, сравнительно высокий КПД, малое изменение кратности тока от пуска до номинальной нагрузки.

Недостатки гистерезисных двигателей — низкий коэффициент мощности и сравнительно высокая стоимость. Кроме того, при резких колебаниях нагрузки гистерезисные двигатели склонны к качаниям, что создает неравномерность хода (вращения). Объясняется это отсутствием у гистерезисных двигателей пусковой клетки, которая при резких изменениях нагрузки оказывает на ротор успокаивающее (демпфирующее) действие. Наиболее сильные качания наблюдаются у шихтованного ротора, в котором вихревые токи сильно ограничены. Вызываемая качаниями неравномерность вращения ограничивает области применения гистерезисных двигателей.

Шаговые двигатели. Шаговые (импульсные) двигатели используют обычно в качестве исполнительных двигателей, преобразующих электрические сигналы (импульсы напряжения) в угловые или линейные дискретные (скачкообразные) перемещения (шаги). Наибольшее применение шаговые двигатели получили в электроприводах с программным управлением. Различают шаговые двигатели с активным (возбужденным) и реактивным ротором.

Шаговые двигатели с активным ротором имеют обмотку возбуждения или выполнены с постоянными магнитами на роторе; шаговые двигатели с реактивным ротором не имеют обмотки возбуждения, а их ротор выполняют из магнитно-мягкого материала. Обмотку управления шагового двигателя обычно располагают на статоре и делают одно- или многофазной (чаще трех- или четырехфазной). Шаговые двигатели с активным ротором (с обмоткой возбуждения или постоянными магнитами на роторе) позволяют получить, большие значения вращающего момента, а также обеспечивают фиксацию ротора при отсутствии управляющего сигнала.

Быстродействие шаговых двигателей определяется скоростью протекания электромагнитных процессов при переключении управляющих импульсов напряжения с одной фазы статора на другую.

Индукторные синхронные машины. Некоторые устройства, например установки индукционного нагрева, гироскопические и радиолокационные устройства, требуют для своей работы переменного тока повышенной частоты, выражаемой сотнями и даже тысячами герц. Получение таких переменных токов посредством синхронных генераторов обычной конструкции сопряжено с непреодолимыми трудностями, так как связано с необходимостью либо увеличения частоты вращения свыше 3000 об/мин, либо чрезмерного увеличения числа полюсов, либо одновременного применения обоих мероприятий. Однако увеличение частоты вращения ведет к возрастанию центробежных усилий в роторе до опасных значений, а увеличение числа полюсов ведет к такому уменьшению полюсного деления , при котором размещение обмотки на статоре становится практически невозможным.

Для получения переменного тока повышенной частоты (до 30 кГц) применяют индукторные генераторы, отличительным признаком которых является то, что за один период магнитный поток в них не меняет своего знака, как в обычных синхронных генераторах, а лишь пульсирует. Пульсирующий поток состоит из двух составляющих: постоянной и переменной, представляющей собой периодически изменяющийся как по значению, так и по направлению магнитный поток. Постоянная составляющая потока не наводит в обмотках ЭДС, а переменная составляющая, сцепляясь с рабочей обмоткой генератора, наводит в ней ЭДС.

Образцы сочинений-рассуждений по русскому языку: Я думаю, что счастье – это чувство и состояние полного.

Методы исследования в анатомии и физиологии: Гиппократ около 460- около 370гг. до н.э. ученый изучал.

Синхронные машины специального назначения – это машины, имеющие узкую специфическую область применения (рис. 44). К ним относят:

1) Синхронные машины с постоянными магнитами (магнитоэлектрические) – не имеют обмотки возбуждения, а возбуждающий магнитный поток у них создаётся постоянными магнитами, расположенными на роторе. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с магнитным полем постоянных магнитов, расположенных на роторе, ротор начинает вращаться с частотой n2 = n1. При питании двигателя от однофазной сети в цепь одной из фаз включают конденсатор, необходимый для создания вращающегося магнитного поля статора. Применяют синхронные машины с постоянными магнитами чаще всего в качестве двигателей малой мощности до 100 Вт, реже - до 500 Вт. В качестве генераторов их применяют реже, в основном в качестве тахогенераторов. Синхронные машины с постоянными магнитами имеют высокие энергетические показатели (КПД и cos φ), но повышенную стоимость из-за дороговизны и сложности обработки постоянных магнитов.

Рис. 44. Магнитоэлектрические синхронные двигатели с радиальным (а) и аксиальным (б) расположением постоянных магнитов: 1 – статор; 2 – короткозамкнутый ротор; 3 – постоянный магнит.

2) Синхронные реактивные двигатели (СРД) (рис. 45) – отличаются отсутствием возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этих двигателях создаётся исключительно за счёт МДС обмотки статора, которая в двух - и в трёхфазных СРД является вращающейся.

Рис. 45. Принцип действия синхронного реактивного двигателя; возникновение реактивного вращающего момента) (а) Мр и изменение его до 0 (б).

Простота конструкции и высокая эксплуатационная надёжность обеспечили СРД малой мощности широкое применение в устройствах автоматики, в устройствах звуко – и видеозаписи и других устройствах, требующих строгого постоянства частоты вращения. Недостатками СРД являются низкий КПД и cos φ.

3) Гистерезисные двигатели (рис. 46.) – это синхронные двигатели, у которых вращающий момент создаётся за счёт гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала ротора. Статор в гистерезисном двигателе выполняется, так же как и в других машинах постоянного тока, т. е. может быть двух – или трёхфазной, а ротор представляет собой цилиндр из магнитно-твёрдого материала без обмотки. Ротор двигателя намагничивается под действием магнитного поля статора, т. е. становится постоянным магнитом, и гистерезисный двигатель работает аналогично синхронному двигателю с постоянными магнитами. Гистерезисные двигатели выпускают на мощность до 2000 Вт и частоту 50, 400 и 500 Гц в двух – и трёхфазном исполнениях.

Рис. 46. Конструкция гистерезисного двигателя (а), создание гистерезисного момента (б) и векторная диаграмма магнитных потоков ротора Ф2 и статора Ф1 (в).

4) Индукторные (с подмагничиванием) синхронные машины - представляют собой синхронные машины, у которых статор и ротор имеют зубчатую структуру, что позволяет им работать на частотах до тысяч герц. Их применяют в установках индукционного нагрева, в гироскопических и радиолокационных устройствах и т. д. Обмотка возбуждения (или постоянный магнит) индукторной машины, расположенная на статоре и подключенная к источнику постоянного тока, создаёт постоянный магнитный поток, который изменяется от максимального до минимального значения, т. е. пульсирует за счёт смещения зубцов вращающегося ротора относительно зубцов статора. За счёт переменной составляющей магнитного потока в обмотке статора индукторного генератора наводится ЭДС высокой частоты. Индукторные генераторы большой мощности (до 270 кВ А) применяют в качестве возбудителей турбогенераторов. Индукторные двигатели применяют в качестве шаговых двигателей, а также в качестве двигателей с весьма малыми частотами вращения.

5) Шаговые (импульсные) двигатели (ШД) – представляют собой синхронные микродвигатели, у которых питание фаз обмотки якоря осуществляется путём подачи импульсов напряжения от какого либо коммутатора, например, электронного. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определённое угловое перемещение, называемое шагом. В качестве ШД обычно применяют синхронные двигатели без обмотки возбуждения на роторе: с постоянными магнитами, реактивные и индукторные (с подмагничиванием). Наибольшее применение ШД получили в электроприводах с программным управлением.

Синхронные машины - двигатели, генераторы и компенсаторы

Синхронные машины – это электрические машины переменного тока, в которых ротор и магнитное поле токов статора вращаются синхронно.

Трехфазные синхронные генераторы – самые мощные электрические машины. Единичная мощность - синхронных генераторов на ГЭС - 640 МВт, а на ТЭС – 8 - 1200 МВт.

У синхронной машины одна из обмоток присоединена к электрической сети переменного тока, а вторая - возбуждается постоянным током. Обмотку переменного тока называют якорной.

Обмотка якоря преобразует всю электромагнитную мощность синхронной машины в электрическую и наоборот. Поэтому ее обычно располагают на статоре, который называют якорем. Обмотка возбуждения потребляет 0,3 - 2% от преобразуемой мощности, поэтому ее располагают обычно на вращающемся роторе, который называют индуктором и малую мощность возбуждения подводят через контактные кольца или устройства бесконтактного возбуждения.

При частоте промышленной сети f1 = 50 гц, ряд синхронных скоростей при различных числах полюсов: 3000, 1500, 1000 и т.д.). Так как магнитное поле индуктора неподвижно относительно ротора, то для непрерывного взаимодействия полей индуктора и якоря ротор должен вращаться с той же синхронной скоростью.

Статор синхронной машины с трехфазной обмоткой не отличается от конструкции статора асинхронной машины, а ротор с обмоткой возбуждения бывает двух видов - явнополюсный и неявнополюсный. При больших скоростях и малом числе полюсов применяют неявнополюсные роторы, как имеющие более прочную конструкцию, а при малых скоростях и большом числе полюсов применяют явнополюсные роторы сборной конструкции. Прочность таких роторов меньше, но они проще в изготовлении и в ремонте.

Применяются в синхронных машинах с большим числом полюсов и соответственно относительно низкой n. ГЭС (гидрогенераторы). частота n от 60 до нескольких сотен об/мин. Самые мощные гидрогенераторы имеют диаметр ротора - 12 м при длине – 2,5 м, p – 42 и n= 143 об/мин.

Обмотка - в пазах ротора диаметр d = 1,2 – 1,3 м, активная длина ротора не более 6,5 м. ТЭС, АЭС (турбогенераторы). S=500 000 кВА в одной машине n=3000 или 1500 об/мин (1 или 2 пары полюсов).

Кроме обмотки возбуждения на роторе располагают демпферную или успокоительную обмотку, которую в синхронных двигателях используют для запуска. Эту обмотку выполняют аналогично короткозамкнутой обмотке типа "беличья клетка", только значительно меньшего сечения, так как основной объем ротора занимает обмотка возбуждения. В неявнополюсных роторах роль демпферной обмотки выполняют поверхности сплошных зубцов ротора и токопроводящие клинья в пазах.

Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпрямитель.

Синхронная машина может работать генератором или двигателем. Синхронная машина может работать в качестве двигателя, если подвести к обмотке ее статора трехфазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора поле статора увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается в ту же сторону и с такой же скоростью, как и поле статора.

Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами. Синхронные двигатели применяются при мощности более 600 кВт и до 1 кВт как микродвигатели. Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В применяются в агрегатах для автономных систем электроснабжения.

Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизельными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели.

Синхронный двигатель отличается от синхронного генератора лишь пусковой успокоительной обмоткой, которая должна обеспечивать хорошие пусковые свойства двигателя.

Схема шестиполюсного синхронного генератора. Показаны сечения обмоток одной фазы (три обмотки, соединенные последовательно). В показанные на рисунке свободные пазы укладываются обмотки двух других фаз. Фазы соединяются в звезду или треугольник.

Режим генератора: двигатель (турбина) вращает ротор, на обмотку которого подается постоянное напряжение ? возникает ток, который создает постоянное магнитное поле. Магнитное поле вращается вместе с ротором, пересекает статорные обмотки и наводит в них одинаковые по модулю и частоте ЭДС, но сдвинутые на 1200 (симметричная трехфазная система).

Режим двигателя: обмотку статора подключают к трёхфазной сети, а обмотку ротора к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля машины с постоянным током обмотки возбуждения, возникает вращающий момент Мвр, который приводит ротор во вращение со скоростью магнитного поля.

Механическая характеристика синхронного двигателя – зависимость n(M)– представляет собой горизонтальный отрезок прямой.

Учебный диафильм - "Синхронные двигатели", созданный фабрикой учебно-наглядных пособий в 1966-году.
Посмотреть его можно здесь: Диафильм "Синхронный двигатель"

Применение синхронных двигателей

Массовое использование асинхронных двигателей с существенными недогрузками осложняет работу энергетических систем и станций: снижается коэффициент мощности в системе, что приводит к дополнительным потерям во всех аппаратах и линиях, а также и к их недоиспользованию по активной мощности. Поэтому возникла необходимость в применении синхронных двигателей, особенно для механизмов с приводами большой мощности.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosфи = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе, с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях.

Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, а у асинхронного двигателя U 2 .

Поэтому при понижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую нагрузочную способность. Кроме того, использование возможности увеличения тока возбуждения синхронных двигателей позволяет увеличивать их надежность работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом. Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асинхронных, благодаря чему к. п. д. синхронных двигателей обычно выше.

С другой стороны, конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, и, кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

При эксплуатации синхронных двигателей возникли существенные трудности с их пуском. В настоящее время эти трудности преодолены.

Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей также сложнее. Тем не менее, преимущество синхронных двигателей настолько велико, что при больших мощностях их целесообразно применять всюду, где не требуется частых пусков и остановок и регулирования скорости вращения (двигатель-генераторы, мощные насосы, вентиляторы, компрессоры, мельницы, дробилки и пр.).

Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным являемся перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения.

Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.