В каком режиме работы синхронный двигатель вырабатывает реактивную мощность

5.2. Синхронный двигатель как компенсатор реактивной мощности

Работа системы электроснабжения характеризуется потреблением электроприемниками реактивной мощности. Это вызывает дополнительные потери энергии в элементах системы, снижение уровня напряжения и необходимость иметь повышенную пропускную способность подстанций и распределительных сетей, что снижает экономичность работы системы. В связи с этим для улучшения показателей работы системы электроснабжения необходимо производить компенсацию реактивной мощности, что может осуществляться несколькими способами.

Один из эффективных способов компенсации реактивной мощности связан с использованием СД, который за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в электрическую сеть. В этом случае СД работает с опережающим cos. Возможность работы СД в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U-образные характеристики СД, приведенные на рис. 5.5. Эти характеристики показывают зависимости тока статораI1и егоcosот тока возбужденияIвприU=constиP=const.

Характеристики I1(Iв) показывают, что при увеличении от нуля тока возбуждения ток статора вначале уменьшается, что происходит за счет уменьшения его реактивной составляющей. При некотором токе возбуждения она становится равной нулю,acos=l. При дальнейшем увеличении тока возбуждения вновь появляется и увеличивается реактивная составляющая тока статора, но уже с опережающей фазой. Синхронный двигатель начинает работать генератором реактивной энергии с отдачей ее в сеть.

Характеристики рис. 5.5 позволяют выявить также зависимость компенсирующей способности СД от мощности Рна его валу. Как видно из рис. 5.5, с ростом мощностиРобласть генерации реактивной мощности (опережающегоcos) смещается в сторону больших токов возбуждения. Другими словами, при неизменном токе возбуждения с изменением мощности на валу отдаваемая в сеть реактивная мощность также меняется.

Из сказанного следует важный вывод: если СД работает с переменной нагрузкой на валу, то для полного использования его компенсирующих свойств требуется регулирование тока возбуждения.

Следует подчеркнуть, что при использовании СД в качестве источника реактивной мощности необходимо обеспечивать повышенные токи возбуждения и увеличивать габаритную (полную) мощность СД, что не является ограничивающим фактором для такого применения СД. Покажем это следующим несложным расчетом.

Запишем отношение полной габаритной мощности Sк активной мощностиP

(5.8)

Пусть требуется, например, чтобы реактивная опережающая мощность составляла 40 % активной мощности, т. е. Q/P=0,4. Расчет по формуле (5.8) выявляет, что при этом отношениеS/Pсоставит 1,08, т. е. генерирование указанной реактивной мощности потребует увеличения габаритной мощности только на 8 %. Это показывает, что использование СД для компенсации реактивной мощности является выгодным.

Отдаваемая (или потребляемая при недовозбуждении) реактивная мощность СД определяется общей формулой

Читайте также:  Обороты двигателя 1jz gte

(5.9)

Более удобные для практических расчетов выражения можно получить с помощью векторных диаграмм СД. Для явнополюсного СД может быть получено следующее выражение, вывод которого дан в [6]:

(5.10)

где xdиxq– индуктивные сопротивления СД соответственно по продольной и поперечной осям.

Формулу для неявнополюсного СД можно получить из выражения (5.10), если положить в нем xd=xq=x1,

(5.11)

Полученные формулы подтверждают выводы, сделанные на основании анализа характеристик рис. 5.5, а именно: с увеличением тока возбуждения и тем самым ЭДС Ерастет генерируемая СД реактивная мощность, значение которой при этом зависит от нагрузки СД, определяющей угол.

При использовании СД для компенсации реактивной мощности сети энергоснабжения обычно требуется рассматривать в комплексе несколько вопросов. Одним из основных вопросов является технико-экономическое обоснование использования данного способа компенсации реактивной энергии. Как известно, кроме СД для этой цели могут использоваться также статические компенсирующие устройства (конденсаторы) и синхронные компенсаторы. Среди приемлемых вариантов экономически целесообразным будет тот, который обеспечивает минимум приведенных годовых затрат,

где Kн,э– нормативный коэффициент эффективности капитальных вложенийK;Сэ– эксплуатационные расходы.

Приведенные затраты, связанные с установкой средств компенсации реактивной мощности, ее генерированием и передачей, определяются [29] по формуле

(5.12)

где Q– реактивная мощность, генерируемая источником, Мвар;З– постоянная составляющая затрат, не зависящая от генерируемой реактивной мощности, руб.;Зy1– удельные затраты на 1 Мвар реактивной мощности, руб/Мвар;Зy1– удельные затраты на 1 Мвар 2 генерируемой мощности, руб/Мвар 2 .

Формулы для нахождения З,Зy1иЗy2для разных видов компенсирующих устройств, а также пример технико-экономического расчета даны в [29]. Выбор мощности компенсирующего устройстваQтакже должен быть обоснован и может быть выполнен с помощью полученных в [29] выражений.

Если в результате выполненных технико-экономических расчетов выявлена целесообразность использования СД для компенсации определенной реактивной мощности Q, то далее необходимо установить наиболее экономическое ее распределение между отдельными СД. Это достигается отысканием оптимального варианта возбуждения СД, участвующих в компенсации. Под оптимальным вариантом возбуждения СД обычно понимают такое распределение реактивной мощностиQмежду отдельными СД, при котором суммарные потери активной мощности, зависящие от выработки и распределения реактивной мощности, минимальны. В [6] для этого случая получены расчетные формулы и рассмотрены примеры их использования.

На практике распределение реактивной мощности между СД часто производят пропорционально либо их полной номинальной мощности Sном, либо пропорционально их активной мощностиРном. Этот принцип, как показывают расчеты, дает потери активной мощности, близкие к минимальному значению.

Токи возбуждения отдельных СД, компенсирующих заданную для них реактивную мощность, могут быть определены по формулам [6] либо по кривым Q(Iв), снятым опытным путем.

Читайте также:  Какие плюсы у двигателя приоры

Источник

Синхронные двигатели как источники реактивной мощности

Основной характеристикой СД является угловая характеристика.

Нарисовать угловую характеристику.

Нарисовать векторные диаграммы.

СД могут потреблять из сети либо емкостную, либо индуктивную мощности.

Если IВ IНОРМ, то СД для сети – емкость.

IВ 0 – потребление реактивной мощности;

IВ=IНОРМ Q=0;

IВ>IНОРМ Q

Величина Q0,85=1,2Qном закладывается в расчеты при проектировании средств компенсации на первом этапе проектирования.

Рассмотрим зависимость генерируемой РМ от напряжения сети.

Зависимость от напряжения

При снижении напряжения мощность растет, потом резко снижается. Это напряжение называют критическим. При этом напряжении СД теряет устойчивость и переходит в асинхронный режим.

Свойство СД увеличивать генерируемую РМ при сниже-нии напряжения стабилизирует напряжение в сети.

Достоинства СД как источников РМ:

1.Плавное регулирование реактивной мощности;

2.Экономия капитальных затрат, так как СД уже есть на предприятиях и не нужно дополнительных расходов на приобретение СД и их монтаж.

Недостатки:

1)По сравнению с БК повышенные потери активной мощности (на два порядка, в сотни раз);

2)Зависимость генерации реактивной мощности от нагрузки на валу.

Энергосистема в ряде случаев запрещает использовать СД для КРМ.

Источник

Регулирование активной и реактивной мощностей синхронного двигателя

Изменение активной мощности синхронного двигателя Рмех — Р — = 3 Шл = и;рМто р, подключенного к системе большой мощности(U = = const), происходит при изменении значения тормозного момента на валу (Мтор = var). При увеличении тормозного момента мощ­ность синхронного двигателя возрастает, одновременно увеличива­ется и угол 9, что понижает запас устойчивости двигателя тг/2 — 0. Для того чтобы синхронный двигатель не терял запаса устойчивос­ти при увеличении активной мощности, необходимо одновременно увеличивать ток возбуждения. Синхронные двигатели большой мощ­ности снабжены специальной регулирующей аппаратурой, при по­мощи которой при изменении активной мощности двигателя обес­печивается требуемый уровень запаса устойчивости.

Реактивная мощность синхронного двигателя Q — 3C/7sincp, под­ключенного к системе большой мощностиU =const, при постоян­ной активной мощности Р регулируется изменением тока возбуж­дения 1В. При токе возбуждения 1В

Практический интерес представляет применение синхронного двигателя в режиме регулируемого емкостного элемента (рис. 15.18, Р = 0 и 1В> 1В Тр) — синхронного компенсатора. Синхронные компен­саторы позволяют улучшить коэффициент мощности cos ц> электри­ческой системы (см. 2.20).

Пуск синхронного двигателя в ход

Результирующий момент синхронного двигателя, возникающий в результате взаимодействия магнитного поля статора с неподвиж­ным возбужденным ротором, при пуске двигателя близок к нулю.

Поэтому ротор двигателя необходимо раскручивать тем или иным способом до частоты вращения, близкой к синхронной. В настоящее время для этой цели используется асинхронный пуск синхронного двигателя. Чтобы приспособить двигатель к такому пуску, при яв- нополюсном роторе в полюсные наконечники закладывается пус­ковая короткозамкнутая обмотка из медных или латунных стерж­ней. Она напоминает беличье колесо асинхронной машины, но за­нимает лишь часть окружности ротора. В некоторых конструкциях двигателей роль короткозамкнутой обмотки выполняют сам массив­ный сердечник ротора и металлические клинья, заложенные в пазы ротора, а также бандажи, не имеющие с сердечником ротора элект­рического соединения.

Читайте также:  Контроллер управления шаговыми двигателями своими руками

Пуск двигателя в ход состоит из двух этапов: первый этап — асин­хронный набор частоты вращения при отсутствии возбуждения по­стоянным током и второй этап — втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источни­ка постоянного тока и замыкается через резистор с сопротивлением, превышающим активное сопротивление обмотки возбуждения в 8 — 10 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, так как вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значи­тельную ЭДС, опасную для целостности изоляции. Нецелесообраз­но также замыкать эту обмотку накоротко, так как в ней возникает значительный однофазный ток, который будет тормозить ротор по достижении им половины синхронной частоты вращения.

Для уменьшения пусковых токов синхронных двигателей часто применяется понижение напряжения при пуске включением двига­теля через пусковой автотрансформатор АТ или индуктивную ка­тушку, например по схеме на рис. 15.19. Сначала замыканием вык­лючателя 2 три фазные обмотки автотрансформатора АТ соединя­ются звездой, а затем включением выключателя 1 подключаются к трехфазной сети. Таким образом, между выводами обмоток статора синхронного двигателя СД подаются пониженные автотрансформа­тором линейные напряжения трехфазной системы. Ротор двигателя начинает вращаться как короткозамкнутый ротор асинхронного дви­гателя. Когда скольжение ротора станет достаточно малым, вы­ключатель 2 размыкается и напряжение на двигателе несколько по­вышается. Это объясняется тем, что теперь лишь часть каждой из фазных обмоток автотрансформатора играет роль индуктивной ка­тушки, включенной последовательно с фазной обмоткой двигателя и несколько ограничивающей своим сопротивлением пусковой ток. Следующая операция пуска заключается во включении двигателя на полное напряжение сети замыканием выключателя 3. Но пока нет постоянного тока возбуждения, ротор вращается асинхронно. Пуск заканчивается включением постоянного тока возбуждения /„ посредством переключателя 4. РеостатыRxи Д2 служат для регули-

рования режима работы возбудителя (В). Под действием электро­магнитных сил двигатель достигает синхронной частоты вращения и развивает требуемый вращающий момент. При таком пуске не нуж­ны операции по синхронизации двигателя с сетью и операции пуска могут быть автоматизированы.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 1035 ;

Источник

Adblock
detector