Синхронный двигатель и компенсатор

Синхронный двигатель может работать в качестве генератора и двигателя. Синхронный двигатель выполнен так же, как и синхронный генератор. Его обмотка якоря I (рис. 291, а) подключена к источнику трехфазного переменного тока; в обмотку возбуждения 2 подается от постороннего источника постоянный ток. Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля 4, созданного трехфазной обмоткой якоря, и поля, созданного обмоткой возбуждения, возникает электромагнитный момент М (рис. 291,б), приводящий ротор 3 во вращение. Однако в синхронном двигателе в отличие от асинхронного ротор будет разгоняться до частоты вращения n = n₁, с которой вращается магнитное поле (до синхронной частоты вращения). Объяс-

Рис. 291. Электрическая (а) и электромагнитная (б) схемы синхронного электродвигателя

няется это тем, что ток в обмотку ротора подается от постороннего источника, а не индуцируется в нем магнитным полем статора и, следовательно, не зависит от частоты вращения вала двигателя. Характерной особенностью синхронного двигателя является постоянная частота вращения его ротора независимо от нагрузки.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу; при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения cos φ или в режиме стабилизации напряжения.

Обычно электрическая сеть, питающая электроэнергией промышленные предприятия, нагружена током I _н, отстающим по фазе от напряжения сети U _c (рис. 6.55, а). Это объясняется тем, что от сети получают питание асинхронные двигатели, у которых реактивная составляющая тока довольно велика. Для улучшения cos φ сети синхронный компенсатор должен работать в режиме перевозбуждения. При этом ток возбуждения регулируется так, чтобы ток якоря Í_а синхронного компенсатора опережал на 90° напряжение сети Ú _c (рис. 6.55, а) и был примерно равен реактивной составляющей Í _н.р тока нагрузки Í _н. В результате сеть загружается только активным током нагрузки Í _с = Í _н.а.

При работе в режиме стабилизации напряжения ток возбуждения синхронного компенсатора устанавливается постоянным, причем такого значения, чтобы ЭДС компенсатора Е ₀ равнялась номинальному напряжению сети U _c.ном (рис. 6.55, б). В сети при этом имеется некоторый ток I _н, создающий падение напряжения Δ U ≈ I _н R _c cos φ + I _н X _c sin φ, где R _c и Х _с — активное и индуктивное сопротивление сети; φ — угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока сети.

Рис. 6.55. Векторные диаграммы синхронного компенсатора: а — в режиме улучшения cos φ сети; б, в, г — в режиме стабилизации напряжения

Если напряжение сети в точке подключения синхронного компенсатора несколько понижается из-за возрастания тока нагрузки I _н и становится меньше U _с.ном, то синхронный компенсатор начинает забирать из сети реактивный опережающий ток Í _а (рис. 6.55, в). Это уменьшает падение напряжения в ней на величину Δ U _к = I _a X _c. При повышении напряжения в сети, когда U _c > U _с.ном, синхронный компенсатор загружает сеть реактивным отстающим током Í _а (рис. 6.55, г), что приводит к увеличению падения напряжения на величину Δ U _к = I _a X _c. При достаточной мощности синхронного компенсатора колебания напряжения в сети не превышают 0,5 —1,0 %. Недостатком указанного метода стабилизации напряжения является то, что синхронный компенсатор загружает линию реактивным током, увеличивая потери в ней.