Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности - Блантер С.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Синхронный двигатель. Синхронный двигатель широко распространен в нефтяной и газовой промышленности, особенно для электроприводов средней и большой мощности (поршневые компрессоры, буровые насосы, центробежные насосы и нагнетатели).
Ротор двигателя (рис. 3.10, а) вращается с частотой, равной частоте вращения поля статора и определяемой по формулам (3.26) или (3.27). Поскольку частота вращения синхронного двигателя не зависит от момента сопротивления на валу при его изменении от нуля до Л1 = ММ, механическая характеристика синхронного двигателя представляется прямой линией, параллельной оси абсцисс (рис. 3.10,6).
ИЗ
При отсутствии нагрузки на валу синхронного двигателя ось полюсов его обмотки возбуждения практически совпадает с осью полюсов вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Увеличение нагрузки синхронного двигателя приводит к появлению угла сдвига между осями полюсов полей статора и ротора. Этот угол, обозначаемый 6, называется внутренним углом синхронной машины, а зависимость электро-
Рис. 3.10. Схема включения (а), механическая характеристика (б), упрощенная векторная диаграмма (о) и угловые характеристики (г) синхронного двигателя
магнитного момента от внутреннего угла G называется угловой характеристикой синхронного двигателя.
Для вывода уравнения угловой характеристики рассмотрим упрощенную векторную диаграмму явнополюсного синхронного двигателя (рис. 3.10, в), не учитывающую активное сопротивление обмотки статора. Действующее в цепи машины результирующее напряжение равно сумме э. д. с. E0, индуктированной в обмотке статора полем ротора, и напряжения сети U. Под действием результирующего напряжения в цепи статора протекает ток /, отстающий от него на 90°
В синхронном двигателе электромагнитная мощность Рт, передаваемая со статора на ротор, меньше потребляемой из сети активной мощности />i = 3l//cos ср на величину потерь в активном сопротивлении обмотки статора и потерь в стали
144
статора. Пренебрегая этими потерями, можно считать, что Рэм = Р\.
В этом случае из векторной диаграммы (см. рис. 3.10) имеем
Ф =1(3-6; (3.43)
/ =/со3тр = -^1; (3.44)
Id = Isiny = E°-U(:os0, (3.45)
Xd
где Id и Iq — продольная и поперечная составляющие тока статора; Xd и xq — синхронные сопротивления по продольной и поперечйой осям.
Подставляем эти выражения в формулу мощности:
Рэм = 3(7/ cos тф = 3(7/ cos (гр — 0) = 3(7/ sin 0 + 3(7/ cos тр cos 0 = = 5Ш± sine +!(/a /J---L)Sin29. (3.46)
Момент синхронного двигателя
M = -^L = i^sin6 + — (-----)sin20 (3.47)
(U0 <uaXd 2(U0 \ Xq XdJ
ИЛИ
M =М0СН+МЯ.
Из формулы (3.47) следует, что электромагнитный момент синхронного двигателя имеет основную составляющую Мосн, пропорциональную синусу угла 9, и дополнительную составляющую Mn, пропорциональную разности Xd—xq и синусу двойного угла 0. На рис. 3.10, г показаны зависимости полного электромагнитного момента (кривая /), его основной (кривая 2) и дополнительной (кривая 3) составляющих от внутреннего угла.
Максимальное значение дополнительной составляющей момента обычно не превышает 25—30% от основной и имеет место при 0 = 45°. Поэтому максимум полного электромагнитного момента наблюдается при 9М~72—75°.
При возрастании угла 0 от нуля до 0„ момент двигателя возрастает. Этот участок характеристики обеспечивает устойчивую работу электропривода, так как при возрастании момента сопротивления динамический момент становится отрицательным, вследствие чего ротор начинает отставать, увеличивая угол 0 до тех пор, пока момент двигателя не станет равным моменту нагрузки.
При 0>0М условие устойчивой работы двигателя нарушается, так как при увеличении нагрузки угол 0 растет, а момент двигателя уменьшается, и он выпадает из синхронизма.
145
Поэтому участок кривой от 0 = 9М до 6=180° является неустойчивой частью характеристики.
Номинальному моменту двигателя Mn обычно соответствует угол 8Н = 25—30°. Кратность максимального момента обычно jL = Af„/Al„ = 2—2,5.
Участок механической и угловой характеристик правее оси ординат соответствует двигательному режиму работы, левее оси ординат — режиму рекуперативного (генераторного) торможения. Для перевода синхронного двигателя в режим рекуперативного торможения необходимо, чтобы момент сопротивления изменил свой знак, т. е. стал двигательным. Под действием этого момента ротор начинает ускорять свое движение, уменьшая угол 0 до нуля и далее до отрицательных значений, при которых двигатель начинает отдавать энергию в сеть.
Как следует из формулы (3.47), амплитуда основной составляющей электромагнитного момента пропорциональна первой степени напряжения сети. Поэтому синхронный двигатель в меньшей степени подвержен влиянию колебаний напряжения сети, чем асинхронный. Максимальное значение основной составляющей момента зависит также от э. д. с. E0, которую можно изменять, меняя ток возбуждения.
Увеличение тока возбуждения при неизменном напряжении сети влечет за собой уменьшение угла 0(84<ОН) вследствие перехода рабочей точки с кривой / на кривую 4 (см. рис. 3.10,а). Увеличивая ток возбуждения, можно иногда скомпенсировать уменьшение момента двигателя, вызванное снижением напряжения сети. В этом заключается одно из преимуществ синхронного двигателя перед асинхронным.
