Регулирование коэффициента мощности

Синхронный двигатель позволяет регулировать реактивную мощность, отдаваемую в сеть, что является очень ценным качеством.

Пусть двигатель работает с неизменной механической нагрузкой на валу, т. е. М _с = const при U = const.

При изменении тока возбуждения I _в будут изменяться противоЭДС E ₀ и ток якоря I _я, однако вращающий момент М и активная мощность двигателя в установившемся режиме останутся неизменными. Это означает, что изменение тока I _вне изменяет для ₀его горизонтальной проекции E ₀sinθ на рис. 3.48, б, т. е. приводит к перемещению вершины ₀ по вертикальной прямой b ₁ –b ₂. Аналогично изменение тока I _вне изменяет для тока якоря вертикальной проекции I _яcosφ, т. е. приводит к перемещению вершины вектора İ _я по горизонтальной прямой а ₁– а ₂. На рис. б ₀ находится в точке b ₁. При этом İ _я, ортогональный вектору jX _сн İ _я, отстает от на угол φ₁ (φ₁ > 0). Такой режим называют режимом недовозбуждения, в этом режиме двигатель для сети представляет активно-индуктивную нагрузку и отдает в сеть положительную реактивную мощность Q = UI _яsinφ₁ > 0.

Увеличив I _в до значения, при котором вершина ₀ станет на одной горизонтали с вершиной, т. е. в точке b ₀, получим номинальный режим (I _в = I _в,ном). В этом режиме İ _я находится в точке а ₀ и совпадает по фазе с напряжением (φ₀ = 0), двигатель является чисто активной нагрузкой с cosφ₀ = 1. Продолжим увеличение тока I _в. Пусть I _в > I _в,ном, чему соответствует положение вершины вектора ₀ в точке b ₂. Такой режим называют режимом перевозбуждения. Точке b ₂ соответствует положение вершины _я в точке а ₂. Тогда в режиме перевозбуждения _я опережает по фазе напряжение на угол φ₂ < 0. Двигатель в перевозбужденном режиме представляет для сети активно-емкостную нагрузку и отдает в сеть отрицательную реактивную мощность Q = UI sinφ₂ < 0. Эта мощность может использоваться для компенсации положительной реактивной мощности других потребителей (например, АД). В итоге можно значительно повысить суммарный коэффициент мощности всех потребителей. Изменяя ток I _ви пользуясь диаграммой б, можнополучить зависимость I _я = f (I _в) для разных значений M _c. Эти зависимости называют V -образными характеристиками.

Сделаем выводы по
V -образным характеристикам. При значительных токах I _в > I _в,ном рост тока якоря замедляется в связи с насыщением магнитной цепи. Пунктирная линия cosφ = 1 показывает, что с ростом момента сопротивления M _c для сохранения номинального режима нужно увеличивать ток возбуждения. Чем меньше ток I _в в режиме недовозбуждения, тем ближе двигатель кгранице устойчивости (выпадение из синхронизма). Режим перевозбуждения выгоден и тем, что увеличивает запас K _м по моменту, так как уменьшается угол нагрузки θ (рис. б). Поскольку в режиме перевозбуждения рост I _введет к росту I _я, то при номинальной нагрузке двигателя (М _с = М _ном) возможность введения перевозбуждения ограничена, так как оно приводит к перегреву обмоток двигателя. Для увеличения резерва перевозбуждения нужно снижать М _с. В наибольшей мере эта возможность реализована в синхронных компенсаторах. Синхронный компенсатор – синхронная машина облегченной конструкции, работающая без нагрузки на валу в перевозбужденном режиме. По отношению к сети он практически эквивалентен конденсатору и используется для повышения cosφ за счет компенсации положительной реактивной мощности асинхронных двигателей.