Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

временного (на два — три периода) дополнительного намагничивания при синхронной скорости. Это может быть произведено за счет крат­ ковременного (на 2—3 периода) повышения напряжения, приложен­ ного к обмотке статора.

На рис. 39-14 приведены рабочие характеристики гистерезисного двигателя с ротором из листового викаллоя.

39-11. Синхронные компенсаторы

Синхронным компенсатором называется синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода при изменяющемся токе воз­ буждения / в. В перевозбужденных синхронных двигателях ток Іг опережает напряжение сети Uc, т. е. является по отношению к этому напряжению емкостным, а в недовозбуждешшх — индуктивным (§ 39-7). Таким образом, синхронные компенсаторы являются гене­ раторами реактивной мощности.

Обычно в сетях, питаемых синхронными генераторами, преобла­ дает индуктивная нагрузка, так как трансформаторы и широко рас­ пространенные асинхронные двигатели потребляют намагничивающие (индуктивные) токи. Но работа генератора на длинную линию пере­ дачи или широко развитую кабельную сеть обусловлива­ ет иногда значительные ем­ костные эффекты. Если / а — активная составляющая тока в сети, а IL — его реактивная составляющая, то весь ток в

сети

і= Ѵ Т І + К .

туры. Поэтому вопрос разгрузки линий, трансформаторов и генера­ торов от слишком больших реактивных токов — весьма актуален.

В большинстве случаев синхронные компенсаторы работают в ре­ жиме перевозбуждения и служат для компенсации индуктивных то­ ков в линии и генераторах с целью улучшения cos ф.

І = У І \ + І І = У WOO2 + lOOO2 = 1414 a\ cos cp = / a// = 1000 : 1414 = 0,71.

Для разгрузки генератора и линии от индуктивного тока у потребителя энергии поставлен синхронный компенсатор СК, который при некотором возбу-

470

жденпп берет из сети емкостный ток / 0 = 600 а. В этом случае индуктивный ток

находится между синхронным генератором и компенсатором. Во­ прос об улучшении cos ф приемников, находящихся вне данного участка, решается особо.

Как видно из примера, ток в генераторе и линии уменьшился на 1414—1077 = 337а, что потребовало выработки синхронным компен сатором 600 а.

Дальнейшее улучшение cos ф потребует еще относительно боль­ шего увеличения мощности компенсаторов; так, чтобы полностью освободить генератор и линию от индуктивных токов, т. е. сделать cos ф = 1, потребуется выработка компенсатором еще 400 а, причем ток в линии уменьшится лишь на 1077—1000 = 77 а. Как видно, в этой зоне улучшение cos ф обходится дорого, поэтому и не стре­ мятся доводить его до единицы.

В крупных сетях с линиями большой длины синхронные компен­ саторы применяются для регулирования напряжения у потребителей. При большой индуктивной нагрузке напряжение у потребителя зна­ чительно меньше напряжения генераторов; при малой нагрузке напряжение у потребителя может даже повыситься, так как длинные линии обладают емкостью. Поэтому в этих случаях иногда приме­ няют синхронные компенсаторы, которые при большой индуктивной нагрузке работают с перевозбуждением и тем самым освобождают линию от реактивных токов; при этом уменьшается падение напря­ жения в линии. При малых нагрузках у потребителя синхронный компенсатор работает с недовозбуждением, забирая из сети индук­ тивные токи, компенсирующие действие емкостных токов в линии.

Синхронные компенсаторы работают только в режиме U-образных характеристик, главным образом при перевозбуждении, т. е. в зоне емкостных токов, но он должен иметь возможность работать и при иедовозбуждении, т. е. в зоне отстающих токов.

Мощность компенсатора при отстающем токе составляет 0,5— 0,66 мощности при опережающем токе, принимаемой за номиналь­ ную мощность машины.

Пуск в ход синхронных компенсаторов производится так же, как синхронных двигателей. Главное значение имеет асинхронный способ пуска (§ 39-4). Пусковые токи обычно составляют 1,0—1,5 номиналь­ ного тока компенсатора при пониженном напряжении до 0,25—0,3 номинального. Время пуска обычно не превышает 40—90 сек.

Синхронные компенсаторы выполняются как машины явнополюс­ ного типа с горизонтальным валом. Но в связи с развитием мощных электроэнергетических систем поставлен вопрос о значительном уве­ личении мощности синхронных компенсаторов — до 500 Мв-а и

471

выше. Одним из возможных вариантов решения этой задачи является разработка тихоходных синхронных компенсаторов с вертикальным валом в исполнении, аналогичном исполнению мощных тихоходных синхронных генераторов.

39-12. Одноякорный преобразователь

Одиоякорным преобразователем называется машина, преобразующая в одном якоре переменный ток в постоянный, или наоборот.

Одноякорный преобразователь конструктивно представляет собой машину постоянного тока с дополнением в виде контактных колец 1, насаженных на вал якоря 2 со стороны, обратной коллектору 3 (рис. 39-16).

Для примера на рис. 39-17 приведено условное изображение якорной об­ мотки двухполюсного трехфазного преобразователя. Так как в данном случае число пар ветвей обмотки якоря а — 1, то имеются три точки а — b — с, сдви-

нутые взаимно на 120° и присоединенные к трем кольцам Кг — К2 — К3. Со стороны постоянного тока на коллекторе по нейтрали расположены две щетки

А и В.

Если при возбужденных полюсах привести во вращение посторонним дви­ гателем якорь преобразователя, то в обмотке якоря будет наводиться переменная э. д. с., которую можно снять с колец. На щетках, расположенных на коллек­ торе, будет постоянная э. д. с., как в машинах постоянного тока. В этом случае с одного якоря можно получить постоянный и переменный ток. Такая машина называется генератором двойного тока.

Можно подвести постоянный ток к якорю, тогда машина со стороны коллек­ тора будет работать двигателем, а со стороны колец — генератором переменного тока. Энергия постоянного тока преобразуется в механическую, а механическая энергия — в электрическую энергию переменного тока.

Если к контактным кольцам подвести переменный ток, то машина будет работать со стороны переменного тока двигателем, а со стороны постоянного — генератором, т. е. будет происходить процесс преобразования энергии перемен­ ного тока в энергию постоянного тока в одном якоре.

Для возможности взаимодействия вращающееся поле якоря должно быть неподвижно относительно поля полюсов. В рассматриваемом преобразователе (рис. 39-16) поле полюсов неподвижно в пространстве; следовательно, поле якоря и якорь вращаются в противоположные стороны с одинаковой скоростью.

Вобычном преобразователе кольца и коллектор присоединяются к одной II той же обмотке, поэтому э. д. с. на них находится в определенном соотношении,

зависящем от числа фаз преобразователя. Так как отдельные секции соединены

472

между собой последовательно, то при обходе обмотки необходимо отдельные лучи звезды пазовых э. д. с. складывать геометрически.

В результате для каждой пары параллельных ветвей обмотки получается правильный многоугольник э. д. с., который при большом числе секций пре­ вращается в окружность (рис. 39-18).

Напряжение между щетками разной полярности на коллекторе равно сумме мгновенных значений э. д. с. секций одной параллельной ветви, т. е. равно

диаметру окружности AB.

Если число фаз преобразователя равно т, то имеется т точек присоединения обмотки к т кольцам (для однофазной обмотки число колец и точек присоединения равно двум). Тогда амплитуда э. д. с. будет выражаться

хордой между соседними точками присоединения колец к обмотке. Угол меж­ ду двумя соседними лучами OB и OF равен 2л/m и амплитуда m-фазной пе­ ременной э. д. с.

Для однофазного преобразователя нужно подставить т = 2; тогда

При определении соотношений между величинами постоянного и перемен­ ного тока не учитывают потери в преобразователе.

Мощность со стороны колец Рт = тЕфІф cos cp. Мощность со стороны коллектора Рп = Еа1ц- При сделанном допущении

тЕф cos ф

т sin — cos го in т

Так как обмотка якоря, преобразователя соединена многоугольником, то фазная и линейная э. д. с. равны между собой, а линейный ток равен геометри­ ческой разности двух фазных токов (рис. 39-19):

/л = 2/фяш ,

поело подстановки из формулы (39-3) значения /ф

2 V2

синусоиде. Так как со стороны переменного тока машина работает в режиме

при работе машины синхронным двигателем.

Для улучшения коммутации в преобразователе, так же как и в машинах постоянного тока, применяются добавочные полюсы.

Преобразователь переменно-постоянного тока имеет характеристики, ана­ логичные рабочим характеристикам синхронного двигателя. На рис. 39-21 показаны зависимости / л; ц; cos ф и Un от тока І п. Вследствие малой реак­ ции якоря напряжение Un и cos ф почти не зависят от нагрузки. Изменяя воз­ буждение, можно получить для преобразователя U-образные характеристики, аналогичные U-образиым характеристикам синхронного двигателя (§ 39-7). Свойством преобразователя работать с опережающим или отстающим током пользуются для регулирования его напряжения Ua на стороне постоянного тока и улучшения cos ф каскадов.

474