5. Работа синхронных электродвигателей под нагрузкой. Рабочие характеристики.
Синхронная машина, работающая параллельно с сетью, автоматически переходит в двигательный режим, если к валу ротора приложен тормозной момент. При этом машина начинает потреблять из сети активную мощность и возникает электромагнитный вращающий момент. Частота вращения ротора остается неизменной, жестко связанной с частотой сети по соотношению п2 = п1 = 60f1/p, что является важнейшим эксплуатационным свойством синхронных двигателей.
Следовательно, изменение активной мощности синхронного двигателя приводит к изменению его cos φ: при уменьшении нагрузки вектор тока поворачивается в сторону опережения и двигатель может работать с cos φ = 1 или с опережающим током; при увеличении нагрузки вектор тока поворачивается в сторону отставания.
Рабочие характеристики (рис. 6.47). Они представляют собой зависимости тока Ia , электрической мощности Р1 , поступающей в обмотку якоря, КПД η и cos φ от отдаваемой механической мощности Р2 при Uc = const, fc = const и Iв = const. Часто эти характеристики строят в относительных единицах. Поскольку частота вращения двигателя постоянна, зависимость n2 = f(P2) обычно не приводится; не приводится также и зависимость М =f(P2), так как вращающий момент М пропорционален Р2. Зависимость P1 =f(P2 ) имеет характер, близкий к линейному.
Ток двигателя при холостом ходе является практически реактивным. По мере роста нагрузки возрастает активная составляющая тока, в связи с чем зависимость тока Iа от мощности Р2 является нелинейной. Кривая η =f(P2) имеет характер, общий для всех электрических машин. Синхронные двигатели могут работать при cos φ = 1, но обычно их рассчитывают на работу при номинальной нагрузке с опережающим током и cos φном =0,9 ÷ 0,8. В этом случае улучшается суммарный cos φ сети, от которой питаются синхронные двигатели, так как создаваемая ими опережающая реактивная составляющая тока Iа компенсирует отстающую реактивную составляющую тока асинхронных двигателей. Зависимость cos φ = f(P2) при работе машин с перевозбуждением имеет максимум в области Р2 > Рном . При снижении Р2 значение cos φ уменьшается, а отдаваемая в сеть реактивная мощность возрастает.
6. Типы синхронных электродвигателей.
Синхронные машины используют главным образом в качестве источников электрической энергии переменного тока; их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанциях, а также на передвижных электростанциях и транспортных установках (тепловозах, автомобилях, самолетах). Конструкция синхронного генератора определяется в основном типом привода. В зависимости от этого различают турбогенераторы, гидрогенераторы и дизель-генераторы. Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, гидрогенераторы — гидротурбинами, дизель-генераторы — двигателями внутреннего сгорания. Синхронные машины широко используют и в качестве электродвигателей при мощности 100 кВт и выше для привода насосов, компрессоров, вентиляторов и других механизмов, работающих при постоянной частоте вращения. Для генерирования или потребления реактивной мощности с целью улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения применяют синхронные компенсаторы.
В электробытовых приборах (магнитофонах, проигрывателях, киноаппаратуре) и системах управления широкое применение получили различные синхронные микромашины — с постоянными магнитами, индукторные, реактивные, гистерезисные, шаговые.
В настоящее время советской электропромышленностью для тепловых и атомных электростанций разработана и выпускается серия унифицированных турбогенераторов мощностью 63, 125, 320, 500 и 800 МВт и уникальные турбогенераторы мощностью 1000 МВт для атомных электростанций и 1200 МВт для тепловых электростанций. Для гидроэлектростанций созданы гидрогенераторы мощностью 350, 590 и 640 МВт, а также обратимые генераторы-двигатели для гидроаккумулирующих электростанций мощностью 200-300 МВт. Для высоковольтных линий электропередачи выпускаются синхронные компенсаторы мощностью до 350 MB • А. Планируется начать разработки турбогенераторов мощностью 1600—2000 МВт и гидрогенераторов мощностью 1000 МВт.