Что такое угловая характеристика сд

Угловая и механическая характеристики сд.

СД работает в сети с выполнением условий согласования. После включения СД в сеть его частота меняться не может. Так как должны выполняться условия согласования, поле статора и ротор должны вращаться синхронно.

Механическая характеристика есть .

Максимальный момент определяется границей устойчивости двигателя в синхронизме.

Угловая характеристика

Меняя ток возбуждения, получаем максимальные моменты, как меньше, так и больше.

Предел саморегулирования – граница устойчивости СД в синхронизме.

Момент нагрузки не должен превышать максимального момента СД.

Регулирование коэффициента мощности сд, V-образные характеристики.

При изменении момента нагрузки происходит изменение активной мощности, которую СД вырабатывает. Активная мощность любого СД никак не регулируется, она зависит только от нагрузки:

В силу свойства саморегулирования двигатели создают момент вращения, равный моменту сопротивления:

СД отличается от прочих двигателей тем, что у ТАД или у ДПТ изменение момента всегда сопутствует изменению частоты, а у СД частота не меняется, меняется угол рассогласования. Чем больше угол рассогласования, тем больший момент передается от двигателя. Чем выше момент сопротивления, тем больший угол рассогласования, так как ротор начинает тормозиться относительно поля статора, а чем выше угол рассогласования, тем по угловой характеристике выше момент. Двигатель будет переходить в новое устойчивое состояние с большим углом рассогласования. Предел увеличения момента – достижение .

При больших моментах сопротивления СД может выпасть из синхронизма. Чтобы этого не происходило, повышают ток возбуждения ротора.

Реактивная потребляемая СД из сети мощность регулируется током возбуждения ротора (как в СГ).

Пусть ток чисто активный, реактивная мощность не потребляется.

Уменьшим ток возбуждения ( ). ЭДС по величине уменьшается. Строим ЭДС, затем вектор , затем ток . запаздывает относительно . Двигатель потребляет индуктивную мощность. Аналогично строится (опережает ). Двигатель потребляет емкостную мощность.

Так как момент нагрузки не меняется – , и :

V-образные характеристики

При малом токе возбуждения потребляемая мощность носит индуктивный характер, при большом – емкостной.

Существует граница регулирования реактивной мощности. Мы не можем делать очень маленький ток возбуждения, так как момент вращения двигателя становится меньше момента нагрузки. Двигатель выходит из синхронизма (частотная авария).

Обычно СД работает с перевозбуждением, чтобы улучшить коэффициент мощности энергосистемы (синхронный компенсатор).

Синхронный компенсатор.

Синхронный компенсатор – СД, работающий без нагрузки на валу. Он потребляет из сети только реактивную емкостную мощность. Это нужно для того, чтобы компенсировать реактивную мощность двигателей, которые включены в энергосистему.

Допустим, есть ТАД, который потребляет из энергосистемы очень большой реактивный ток. Чтобы не гонять в энергосистеме по проводам большие реактивные токи, параллельно ТАД подключают СД, который работает без момента на валу, то есть не производит активной работы. При большом токе возбуждения он потребляет из энергосистемы реактивный ток . Складывая потребляемые токи СД и ТАД, видим, что ток, потребляемый от энергосистемы заметно меньше по величине, чем ток, который потреблялся бы просто ТАД. За счет этого увеличивается КПД энергосистемы, поскольку по проводам не бегает большой ток, и потери, пропорциональные квадрату тока, в линии электропередач не возникают.

Угловая характеристика. Статическая устойчивость работы генераторов при работе параллельно с сетью бесконечной мощности. V-образные характеристики генераторов

Принципиальной особенностью синхронного генератора, подключенного к сети постоянного напряжения и постоянной частоты, является способность автоматически (без участия операторов) поддерживать постоянной частоту вращения своего ротора. Мощность, отдаваемая генератором в сеть, будет определяться механическим моментом, развиваемым турбиной, вращающей ротор. В случае изменения этого механического момента, приводящего во вращение ротор, генератор без участия каких-либо внешних сил автоматически изменяет свой собственный электромагнитный момент, который противодействует вращению генератора. Сумма этих двух моментов становится равной нулю, и генератор продолжает вращаться с постоянной, синхронной скоростью. Состояние генератора с новым соотношением вращающего (от турбины) и тормозящего (внутреннего электромагнитного) моментов характеризуется так называемым углом нагрузки Θ (рис. 7.15).

Эта зависимость носит название угловой характеристики и представляет собой функцию тормозящего электромагнитного момента М_эм генератора (или электромагнитной мощности P_эм = М_эмΩ₁ где Ω₁ — угловая скорость ротора) от внутреннего угла нагрузки Θ. Для турбогенераторов угловая характеристика очень близка к синусоиде. Рабочая точка, при которой функционирует генератор, обозначена индексом номинального режима Θ _ном и P_эм.ном причем Θ _ном выбирается таким, чтобы отношение максимума синусоиды P_эм.max к P_эм.ном было в пределах 1,5—1,8. Сама мощность P_эм.max и соответствующий ей максимальный момент M_эм.max — это максимально возможная мощность и максимально возможный тормозящий электромагнитный момент, развиваемые данным синхронным генератором.

В области углов Θ от 0 до 90 ° синхронный генератор способен самостоятельно поддерживать синхронное вращение. За пределами угла 90 ° он теряет эту способность и выпадает из синхронизма. Способность са­мосинхронизировать свое вращение характеризуется удельной синхронизирующей способностью Р_с, которая дана на рис. 7.15 штриховой линией.

Важной для оценки статической устойчивости работы синхронных генераторов параллельно сети постоянной частоты f₁ и напряжения U₁, является семейство так называемых V-образных характеристик (иногда называемых U-образными характеристиками). Построенные для трех мощностей Р₁ генератора, выраженных в относительной форме, они пока­заны на рис. 7.16 и представляют собой зависимость тока обмотки ста­тора I₁ от тока возбуждения обмотки ротора I_f, I₁=f(I_f).

Минимумы токов 1₁ семейства V-образных характеристик лежат на кри­вой CD и представляют собой регулировочную характеристику рис. 7.16 при cos ф = 1.

В точках V-образных характери­стик, лежащих слева от кривой CD, генератор недовозбужден и потребляет реактивную энергию из сети. В точках, лежащих справа от кривой CD, генератор перевозбужден и генерирует в сеть реактивную энергию. Кривая АВ является границей статической устойчивости, когда генератор «теряет» спо­собность самостоятельно поддерживать синхронное вращение и выпадает из синх­ронизма. Следовательно, зона левее кривой АВ является неразрешенной для работы.

Аналогичное семейство V-образных кривых имеет место и для работы синхронной машины в режиме двигателя.

Синхронные двигатели

В § 7.1 отмечалось, что все традиционные виды электрических машин обладают свойством обратимости. Это означает, что любой электрический генератор без каких-либо переделок или изменений может работать как двигатель. Т.е. преобразовывать электрическую энергию в механическую, а любой электрический двигатель может выполнять функцию генерирова­ния электрической энергии при подаче на его вал механической энергии.

Этот принцип основан на явлении индуктирования ЭДС в обмотках статоров машин переменного тока [в данном случае синхронных машин (СМ)] вне зависимости от режима, в котором они функционируют. При работе параллельно с сетью ток обмотки статора СМ определяется взаи­модействием ЭДС обмотки статора и напряжения сети, к которой присо­единена обмотка статора. Немного упрощая картину взаимодействия ЭДС машины и напряжения сети, можно утверждать, что поток активной мощности в генераторном режиме СМ идет от машины к сети, когда ЭДС больше напряжения. В двигательном режиме — наоборот, напряжение сети «перевешивает» ЭДС машины, определяя поток активной мощности от сети к машине.

Главной характеристикой синхронных двигателей (СД) является угло­вая характеристика, в точности повторяющая такую же характеристику синхронных генераторов (см. рис. 7.13). Отличие СД от синхронного генератора (СГ) состоит только в том, что электромагнитный момент М_эм, который был тормозящим у генератора, теперь является движущим, опре­деляющим направление вращения ротора. Функцию тормозящего момента выполняет механическая нагрузка установки. Т.е. необходимая механическая работа (подъем груза, прокат металла, вентиляция, привод

насосов, компрессоров и т.п.). Частота вращения ротора СД, как у генера­торов, работающих параллельно с сетью, определяется частотой напря­жения сети.

Мощность СД редко превышает 20—30 МВт (машины типа ТДС), однако СМ для гидроаккумулирующих станций (ГАЭС), используемые как в режиме обычных генераторов, так и насосов, т.е. в двигательном режиме, достигают существенно больших по мощности уровней (десят­ков и даже сотен мегаватт).

Угловая характеристика синхронной машины

Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети ( , , ). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью.

Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю ( ) и машина не насыщена.

Активная мощность синхронной машины определяется выражением

.

Для преобразования этого выражения в искомую зависимость воспользуемся векторной диаграммой синхронной машины, включенной в мощную сеть с напряжением и и работающей в режиме генератора с выдачей реактивной мощности в сеть (рис. 5.37).

Согласно векторной диаграмме

.

С учетом этого соотношения выражение для активной мощности преобразуется к виду

.

, ,

выразим активную мощность через продольную и поперечную составляющие тока якоря:

.

Из векторной диаграммы находим выражения для продольной и поперечной составляющих тока якоря:

; .

Подставляя эти выражения в формулу для активной мощности, получим

.

Если синхронная машина имеет неявнополюсный ротор ( ), то второе слагаемое обращается в нуль и

.

Согласно этому выражению угловая характеристика неявнополюсной машины является синусоидальной функцией угла q (рис. 5.38). При мощность , машина работает в генераторном режиме. При мощность , машина работает в режиме двигателя. При синхронная машина развивает максимальную по модулю мощность

.

Величина максимальной мощности прямо пропорциональна току возбуждения (определяющему ЭДС ) и обратно пропорциональна полному индуктивному сопротивлению якоря по продольной оси . При проектировании синхронной машины сопротивление выбирают так, чтобы при номинальном токе возбуждения кратность максимального момента была не менее 1,7,

.

Выражение для угловой характеристики явнополюсной синхронной машины содержит составляющую, зависящую от (рис. 5.39). Эта составляющая обусловлена магнитной несимметрией ротора и появлением в связи с этим в явнополюсной машине чисто магнитного вращающего момента из-за стремления ротора ориентироваться по оси магнитного поля (подобно магнитной стрелке компаса). Этот эффект существует даже при отсутствии возбуждения ( ).

Синхронные машины, работающие без возбуждения, называются реактивными. Они имеют небольшую мощность (несколько киловатт). С целью повышения мощности в них стремятся конструктивными мерами увеличить разницу между сопротивлениями и , так чтобы отношение . В синхронных машинах нормального исполнения отношение . Поэтому амплитуда второй гармоники мощности не превышает 25% от амплитуды первой гармонической составляющей.

Дата добавления: 2017-11-21 ; просмотров: 2837 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Электромагнитный момент, угловая и механическая характеристика синхронного двигателя

Синхронная угловая скорость (ω₀) СД определяется частотой питания статора (f₁) и числом пар его полюсов (р):

. (5.1)

Эта скорость остается постоянной при работе в установившемся режиме с ростом нагрузки на валу, не превышающей максимального момента Ммакс, определяемого параметрами и конструкцией СД.

Поэтому механическая характеристика СД имеет вид прямой линии, параллельной оси абсцисс при ω=ω₀=const. Если нагрузка на валу превышает значение Ммакс, то СД выходит из синхронизма и останавливается.

При изменениях (пульсации) нагрузки на валу СД в установившемся режиме мгновенные значения скорости колеблются около некоего среднего значения за счет изменения угла Θ между векторами напряжения и Э.Д.С. синхронной машины. Эти колебания мгновенной скорости важны лишь при работе СД на пульсирующую нагрузку (например, для привода поршневого компрессора), так как могут привести к неустойчивой работе электропривода.

Вопрос устойчивости работы СД и значение допустимого для него Ммакс решается по так называемого угловой характеристике — зависимости М=f(Θ). Углу Θ между векторами U и E соответствует пространственный угол сдвига между осью результирующего магнитного поля СД и осью его полюсов (углу вылета), причем этот угол в р раз меньше угла Θ (р — число пар полюсов).

Уравнение угловой характеристики М=f(Θ) (получается из рассмотрения векторной диаграммы СД.

На рис. 5.1 показана такая векторная диаграмма неявнополюсной машины (полная диаграмма Блонделя).

При пренебрежении весьма малой величины R₁ (сопротивление фазы обмотки статора) получается так называемая упрощенная диаграмма Блонделя (рис. 5.2).

По этой диаграмме выводится уравнение угловой характеристики СД-М=f(Θ). При R₁=0 можно считать, что электромагнитная мощность СД равна мощности, подводимой к двигателю, то есть без учета потерь в статоре:

(5.2)

Из векторной диаграммы рис.5.2 следует:

(5.3) где U* и E* — фазные значения напряжения и Э.Д.С. статора.

Из треугольника АВС получим:

Подставляя это значение в (5.3), будем иметь:

(5.4)

Подставив затем (5.4) в (5.2), получим выражение для электромагнитной мощности СД:

а электромагнитный момент СД будет равен

, где — ток короткого замыкания в статоре СД.

По выражению (5.5) строится угловая характеристика СД, показанная на рис. 5.3.

— ток короткого замыкания в статоре СД.

По выражению (5.5) строится угловая характеристика СД, показанная на рис. 5.3.

Из диаграммы рис. 5.2. видно, что с ростом нагрузки (I) угол Θ возрастает, увеличивается и момент, развиваемый двигателем, чтобы соответствовать возросшей нагрузке на валу и обеспечить условия устойчивой работы. При Θ>90 условия устойчивой работы СД нарушаются, так как с ростом нагрузки угол продолжает возрастать, а момент, развиваемый двигателем, уменьшается.

Поэтому СД выходит из синхронизма. Левая часть угловой характеристики M=f(Θ) является ее рабочей частью, а правая часть — это характеристики неустойчивой работы. СД конструируются таким образом, что номинальному моменту двигателя М_н соответствует угол Θ_н=25-30°.

Из двух соотношений:

следует, что номинальная перегрузочная способность СД

Так как то Θ_макс=90° то

(5.7)

В необходимых случаях перегрузочная способность СД может быть кратковременно увеличена за счет увеличения возбуждения машины, роста ее магнитного потока и Э.Д.С Е. При этом увеличится и развиваемый СД максимальный момент, как это видно из соотношения (5.6). Такое "перевозбуждение" СД возможно лишь кратковременно во избежание перегрева обмотки возбуждения на роторе.

"Кратковременное увеличение перегрузочной способности СД используется при ударном повышении момента сопротивления на валу (например, при входе металла в прокатную клеть непрерывного стана с приводом от СД).

Воспользуйтесь поиском по сайту:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2023 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.006 с) .