24. Механічна та кутова характеристики синхронних електродвигунів
Синхронні двигуни починають широко впроваджувати в будівельне виробництво, застосовуючи їх для приводу машин середньої та великої потужності, що не вимагають регулювання швидкості: компресорів, насосів, камнедробілок, екскаваторів.
Синхронний двигун має незмінну швидкість обертання, тому його механічна характеристика являє пряму лінію, паралельну осі абсцис. В квадраті координатної системи вона характеризує руховий, а в квадраті - генераторний режим (рис. 35, а).
Мал. 35. Механічна та кутова характеристики синхронного двигуна а - механічна характеристика; б - кутова характеристика
Синхронний двигун має абсолютно жорсткою механічною характеристикою. Однак його зараз не може мати безмежно великого значення. При деякому граничному або максимальному значенні моменту навантаження синхронний двигун виходить з стійкою синхронної роботи і зупиняється.
Синхронний двигун може працювати і генератором з віддачею енергії в мережу при синхронної швидкості, коли навантажувальний момент на його валу буде мати негативне значення. Такий режим використовується в мережевих двигунах перетворювальної групи системи Г-Д. Для цілей гальмування такий режим практичного значення не має, оскільки при цьому не можна отримати зниження швидкості.
Гальмування синхронних двигунів протівовключе-ням практично не застосовується через великі поштовхів струму і ускладненою апаратури управління. Замість цього зазвичай застосовують динамічне гальмування.
При динамічному гальмуванні синхронного двигуна до кілець ротора підводиться постійний струм, а обмотка статора замикається на опір. Механічні характеристики синхронного двигуна в цьому режимі будуть подібні характеристикам асинхронного двигуна при динамічному гальмуванні.
Сучасні синхронні двигуни мають в роторі крім нормальної робочої обмотки, що живиться постійним струмом, ще й спеціальну пускову короткозам-батіг обмотку. За допомогою цієї обмотки двигун пускається в хід як асинхронний, тому в пускових режимах він володіє асинхронної характеристикою.
Хоча синхронний двигун є кілька більш складною машиною, ніж асинхронний двигун з ко-роткозамкнутим ротором (через наявність у першого збудника, кілець і щіткового пристрою), проте він застосовується дуже широко, замінюючи асинхронний електродвигун. Об'ясняется- це головним чином тим, що синхронний двигун може працювати з випереджаючим cos ф, віддаючи в мережу реактивну потужність, необхідну для збудження асинхронних машин і трансформаторів. Тим самим підвищується cos ф всього підприємства в цілому і зменшується потужність компенсуючих пристроїв. При значній потужності синхронних двигунів в даній електроустановці від компенсуючих пристроїв можна повністю відмовитися. Коефіцієнт корисної дії синхронних двигунів і надійність їх вище, ніж асинхронних, внаслідок збільшеного зазору між статором і ротором і меншою чутливості до змін напруги мережі. Остання обставина викликається тим, що момент асинхронного двигуна пропорційний квадрату напруги мережі, а момент синхронного - першого ступеня напруги.
Для зменшення величини пускових струмів і пов'язаного з ними зниження напруги, особливо в мережах невеликої потужності, пуск синхронних двигунів здійснюється зазвичай через реактор, а в деяких випадках-через автотрансформатор. Обмеження пускових струмів захищає обмотки двигунів від підвищених динамічних навантажень, що виникають при прямому включенні в мережу.
Активна потужність таких споживачів при заданих значеннях струму і напруги залежить від cosφ:
P = UICosφ, I = P / UCosφ
Зниження коефіцієнта потужності призводить до збільшення струму. Косинус фі особливо сильно знижується при роботі двигунів і трансформаторів вхолосту або при великій недовантаження. Якщо в мережі є реактивний струм потужність генератора, трансформаторних підстанції та мереж використовується не повністю. Зі зменшенням cosφзначітельно зростають втрати енергії на нагрів проводів і котушок електричних апаратів.
Коефіцієнт потужності показує, як використовується номінальна потужність джерела.
Отже, підвищення коефіцієнта потужності збільшує ступінь використання потужності генераторів.
Для підвищення коефіцієнта потужності (cosφ) електричних установок застосовують компенсацію реактивної потужності.
Збільшення коефіцієнта потужності (зменшення кута φ - зсуву фаз струму і напруги) можна домогтися наступними способами:
1) заміною мало завантажених двигунів двигунами меншої потужності,
2) зниженням напруги
3) вимкненням двигунів і трансформаторів, що працюють на холостому ходу,
4) включенням в мережу спеціальних пристроїв, що компенсують, є генераторами випереджаючого (ємнісного) струму.
На потужних районних підстанціях для цієї мети спеціально встановлюють синхронні компенсатори - синхронні перезбуджені електродвигуни.