Электрические двигатели и генераторы

Трансформаторы
Устройство трансформаторов
Векторная диаграмма трансформатора
Переходные процессы в трансформаторах
Трансформатор для дуговой электросварки
Импульсные трансформаторы
Расчет тока холостого хода
Трансформаторы специального назначения
Трёхфазной цепи
Электрические машины
Классификация электрических машин
Асинхронные машины
Режимы работы машин двигателем, тормозом и генератором
Векторная диаграмма асинхронного двигателя
Вращающий момент в асинхронной машине
Рабочие характеристики двигателей
Регулирование скорости вращения
Однофазные асинхронные двигатели
Двухфазные двигатели.
Асинхронный преобразователь частоты 
Генераторы переменного тока
Трехфазный синхронный генератор
Индукционная нагрузочная характеристика
Однофазный синхронный генератор

Реактивная машина 

Потери и коэффициент полезного действия

Машины постоянного тока

Электродвижущие силы коммутируемой секции

Система "генератор – двигатель"

Реактивная машина 

Как указывалось, реактивной машиной называется явнополюсная синхронная машина, работающая без возбуждения постоянным током (при Е0 = 0). В такой машине электромагнитный вращающий момент получается из-за различия xd и xq

Можно представить себе, что этот момент, называемый реактивным или «моментом явнополюсности», создается вследствие намагничивания ротора вращающимся магнитным полем и стремления полюсов ротора ориентироваться относительно поля так, чтобы магнитные сопротивления для его индукционных трубок были наименьшими.

Можно также объяснить возникновение реактивного момента в явнополюсной машине, исходя из закона электромагнитных сил. Для этого обратимся к рис. 4-86 и будем считать, что ротор вращается с синхронной частотой, т. е. с такой же частотой, как и н.с. Fа статора.

Рис. 4-86. К объяснению возникновения реактивного момента в явнополюсной машине (режим двигателя).

Примем распределение н.с. Fa статора по его окружности синусоидальным, так же как и статорных токов i, создающих ее. Электромагнитный момент в данном случае может возникнуть только в результате взаимодействия первой гармоники поля с токами статора, так как значения моментов от взаимодействия высших гармоник поля с токами статора (синусоидально распределенными) равны нулю. Чтобы найти первую гармонику поля машины, заменим Fa ее продольной Fd и поперечной Fq составляющими (рис. 4-86,а).

На рис. 4-86,б показаны кривые: продольного Bd и поперечного Bq полей, их первых гармоник Bd1 и Bql и первой гармоники B1 результирующего поля; здесь же снова показана кривая распределения токов i статора. На рисунке мы видим, что кривая токов i и кривая поля B1 сдвинуты между собой на угол, больший 90°; поэтому среднее значение электромагнитных сил, действующих на статор, не равно нулю (см § 3-13,а; рис 3-42). Следовательно, возникает электромагнитный момент Мр, действующий на статор, и точно такой же момент Мр, действующий на ротор, но в противоположную сторону. Этот момент и есть реактивный момент.

Если бы мы имели равномерный воздушный зазор, то кривая поля машины совпадала бы с кривой Fa и сдвиг между нею и кривой токов i был бы равен 90° (рис. 4-86,а). При таком сдвиге среднее значение тангенциальных электромагнитных сил было бы равно нулю, а следовательно, и электромагнитный момент был бы равен нулю. В машине с равномерным воздушным зазором электромагнитный момент при синхронной частоте вращения может получиться только при возбуждении машины постоянным током, так как только в этом случае получается сдвиг между кривыми поля и токов статора, отличающийся от 90°.

Реактивная машина получает намагничивающий ток от другой (или других) синхронной машины, параллельно с которой она должна работать. Очевидно, что этот ток является отстающим по отношению к напряжению сети, так же как и в случае недовозбужденной синхронной машины.

Векторную диаграмму реактивной машины можно получить из соответствующей диаграммы явнополюсной машины, положив в ней E0 = 0. На рис. 4-87 приведены диаграммы реактивной машины: а) для генератора; б) для двигателя.

Рис. 4-87. Векторные диаграммы реактивной машины.
a – генератора, б – двигателя.

Уравнение для электромагнитной мощности явнополюсной машины (4-75) в случае реактивной машины (E0 = 0) принимает следующий вид:

.          (4-85)

Оно может быть также получено непосредственно из диаграмм на рис. 4-87, если принять активное падение напряжения равным нулю. Для режима двигателя угол θ в (4-85) нужно считать отрицательным.

Максимум Рэм будем иметь при sin 2θ = 1, т. е. при θ = 45°. Следовательно, максимальное значение электромагнитной мощности реактивной машины

.          (4-86)

Pэм.м будет тем больше, чем меньшее xq по сравнению с xd. Для нормальных синхронных машин обычно . Подставляя это значение в уравнение для Pэм.м, получим максимальную мощность нормальной явнополюсной синхронной машины при отсутствии возбуждения и при Uн:

,          (4-87)

где  – установившийся ток короткого замыкания при возбуждении, соответствующем номинальному напряжению при холостом ходе.

Так как ток Iк0 обычно не превышает номинального Iн, то, следовательно, максимальный реактивный момент нормальной явнополюсной машины не превышает 25% номинального момента (в крупных гидрогенераторах, где  снижается до 0,6  0,7, Мр.м может составлять до 35  40% от Мн).

Реактивный генератор на практике распространения не получил. Бывают случаи, когда явнополюсный генератор в результате обрыва цепи возбуждения работает как реактивный генератор, потребляя при этом большой реактивный (намагничивающий) ток. Но эти случаи должны быть отнесены к аварийным.

Турбогенератор как реактивный генератор может развивать лишь очень небольшую мощность, так как в нем . Наблюдавшиеся на практике случаи, когда турбогенераторы отдавали активную мощность при отсутствии возбуждения, соответствовали работе этих машин в качестве асинхронных генераторов. Такая работа для турбогенераторов может быть допущена в течение непродолжительного времени при небольшой нагрузке, так как их скольжение, а следовательно, и потери в роторе при этом относительно невелики. Здесь роль короткозамкнутой обмотки ротора выполняют контуры вихревых токов и контуры, образованные металлическими клиньями в пазах ротора.

На практике получили распространение лишь реактивные двигатели. В таких двигателях явнополюсный ротор не имеет обмотки возбуждения, причем он выполняется таким образом, что . В этом случае согласно (4-85)

.          (4-88)

Очевидно, что cos φ реактивных двигателей невысок, и это является одним из основных их недостатков.

Реактивные двигатели небольшой мощности (от нескольких Вт до нескольких сотен Вт) в последние годы получили большое распространение (схемы сигнализации, телемеханики, синхронной связи, звуковое кино, часы и пр.). Ценность их заключается в том, что они при сравнительно простой конструкции требуют для питания только переменный ток и вращаются при этом с частотой, строго соответствующей частоте питающего тока.

Наряду с трехфазными применяются также однофазные реактивные двигатели. Пуск в ход тех и других производится так же, как соответствующих асинхронных короткозамкнутых двигателей. Поэтому роторы их снабжаются пусковой клеткой.

Параллельная работа двух соизмеримых по мощности генераторов Рассмотрим параллельную работу генераторов, имеющих одинаковые номинальные величины и одинаковые параметры

Электромагнитная и синхронизирующая мощности явнополюсной машины В предыдущем при определении электромагнитной и синхронизирующей мощностей мы исходили из упрощенной диаграммы, не учитывающей ни насыщения машины, ни различия магнитных проводимостей по ее продольной и поперечной осям.

Пуск в ход синхронного двигателя. Синхронные двигатели долгое время находили себе применение лишь в редких случаях вследствие тех затруднений, которые создавались при пуске их в ход.

Использование электрических машин в качестве генераторов и двигателей