Регулирование коэффициента мощности синхронного двигателя: РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОГО ТОКА И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОГО ТОКА И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Существенной особенностью синхронных двигателей является то, что они, работая с механической нагрузкой, позволяют в широких пределах изменять потребляемый из сети реактивный ток и реактивную мощность. Осуществляется это путем изменения тока возбужденияI_в с помощью реостата r_р (см. рис. 11.8).

Предположим, что двигатель работает при постоянном моменте статического сопротивления (М_с = const) и что некоторому току возбуждения I_в1 соответствуют ЭДС Е₀₁, ток I₁, углы φ₁ и θ₁(рис. 11.12, а).

Прямым следствием изменения тока I_в является изменение магнитного потока Ф₀, а значит, и ЭДС E₀; последнее приводит к изменению тока якоря I. Так как М = const, то при различных I_вмомент двигателя М и мощность Р_эм будут оставаться также неизменными, поскольку при установившихся режимах работы с различными токами M = M_c = const, а Р_эм = Mω. Если не учитывать потерь мощности I²r, то можно считать неизменной и мощность Р_φ.

Очевидно, мощность Р_эм будет постоянной при изменении тока возбуждения, если Е₀ sin θ = const. Последнее означает, что геометрическим местом концов векторов ЭДС при изменении токаI_в является линия АБ, параллельная вектору напряжения U.

На основании выражения Р_φ = 3 UIcos φ можно сделать вывод о том, что мощность Р_φ будет постоянной, если Icos φ = const, т. е. если остается постоянной активная составляющая тока. Геометрическим местом концов вектора тока I при изменении тока I_в является, очевидно, линияВГ, перпендикулярная вектору напряжения U.

Чтобы составить представление о влиянии тока I_в на реактивный ток и реактивную мощность двигателя, на рис. 11.12, а совмещено несколько векторных диаграмм для различных токов возбуждения.

Рис. 11.12. Векторные диаграммы синхронного двигателя при различных токах возбуждения (а) и U-образные характеристики при различных мощностях (б)

При некотором токе возбуждения I_в2 > I_в1 двигатель имеет ЭДС Е₀₂ и токI₂, совпадающий по фазе с напряжением (φ₂ = 0). Реактивные составляющие тока якоря и потребляемой двигателем мощности в этом случае равны нулю. При недовозбуждении (I_в1 < I_в2 и Е₀₁ < Е₀₂) двигатель имеет индуктивные составляющие тока (φ₁ > 0) и потребляемой мощности, а при перевозбуждении (I_в3 > I_в2 и Е₀₃ > Е₀₂) — емкостные составляющие тока (φ₃ < 0) и потребляемой мощности.

При недовозбуждении под действием индуктивной составляющей тока двигатель дополнительно подмагничивается, при перевозбуждении под действием емкостной составляющей тока размагничивается. Степень подмагиичивания или размагничивания двигателя такова, что при всех значениях тока возбуждения в обмотке якоря возникает результирующая ЭДС Е,действующее значение которой остается неизменным, так как Е= U.

Зависимость I (I_в), показывающая, как изменяется ток якоря I при изменении тока возбуждения I_в в случае постоянной мощности, называется U-образной характеристикой синхронного двигателя. Несколько таких характеристик для различных значений мощностей приведены на рис. 11.12, б. Минимальные значения токов I получаются при cos φ = l. Область, расположенная слева от пунктирной линии, соответствует работе с токами, отстающими по фазе от напряжения, справа — с токами, опережающими напряжение.

Рис. 11.13 Векторная диаграмма синхронного компенсатора

Свойство перевозбужденного синхронного двигателя потреблять кроме активной составляющей тока и активной мощности емкостную составляющую тока и емкостную мощность, используют для повышения (компенсации) коэффициента мощности других потребителей, создающих активно-индуктивную нагрузку системы. Используя указанное свойство синхронных двигателей, оказалось возможным создавать синхронные машины, называемые синхронными компенсаторами. Синхронный компенсатор представляет собой по существу синхронный двигатель, рассчитанный на работу с перевозбуждением без механической нагрузки и предназначенный специально для улучшения коэффициента мощности. Если не учитывать относительно небольших потерь мощности в синхронном компенсаторе, можно считать, что им потребляются из сети трехфазного тока чисто емкостный ток и емкостная мощность. Векторная диаграмма синхронного компенсатора при таком допущении приведена на рис. 11.13.

Регулирование активной и реактивной мощности синхронных генераторов при параллельной работе

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 10Следующая ⇒

Рассмотрим способы регулирования мощности на примере неявнополюсного генератора.

Если пренебречь активным сопротивлением R₁, ток якоря можно определить из уравнения напряжения:

Т.к U₁=U_с=const, то силу тока I₁ можно изменить только изменяя ЭДС Е_f по фазе или по вел-не.

Регулирования активной мощности. Если к валу генератора приложить внешний момент, больший необходимого для компенсации магнитных и механических потерь, то ротор приобретает ускорение. Вектор Е_f. смещается относительно вектора U₁ на угол Θ в направлении вращения векторов (рис.1, б), т. е. меняет фазу. Возникает небалансная ЭДС ∆Е=Е_f —U₁=jI₁х₁, приводящая к появлению тока I₁. Вектор I₁ отстает от вектора Е_fна 90°, так как его величина и направление определяются индуктивным сопротивлением х₁.

При этом генератор отдает в сеть активную мощность
Р=m₁U₁I₁cosφ_1. На его вал действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, и частота вращения ротора остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол Θ, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть. Для увеличения активной мощности генератора необходимо увеличивать приложенный к его валу внешний вращающий момент, а для уменьшения нагрузки — уменьшать этот момент.

а) б) в)

Рисунок 1 – Упрощенные вект. диагр. неявнополюсного генераторапри парал работе с сетью.

Если к валу ротора приложить внешний тормозной момент, то вектор Е_fбудет отставать от вектора напряжения U₁ на угол Θ (рис.1, в). При этом возникают небалансная ЭДС ∆Е и ток I₁, вектор которого отстает от вектора Е_f на 90°. Так как угол φ₁>90°, активная составляющая тока находится в про-тивофазе с напряжением генератора. Следовательно активная мощность Р=m₁U₁I₁cosφ₁ забирается из сети. Машина переходит из генераторного в двигательный режим, создавая электромагнитный вращающий момент, который уравновешивает внешний тормозной момент. Частота вращения ротора при этом остается неизменной.

Регулирование реактивной мощности. Если в машине, подключенной к сети и работающей в режиме холостого хода (рис. 2, а), увеличить ток возбуждения I_f, то возрастет ЭДС Е_f (рис. 2, б). Возникнет небалансная ЭДС ∆Е=-jI₁х₁. По обмотке якоря будет проходить реактивный ток I₁, который определяется только индуктивным сопротивлением х₁ машины. Ток I₁ отстает по фазе от напряжения генератора U₁ на угол 90° и опережает на угол 90°напряжение сети U_с. При уменьшении тока возбуждения ток I₁ изменяет свое направление: он опережает на 90° генератора U₁ (рис. 2, в) и отстает на 90° от напряжения U_с.

При изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока I₁ и реактивная мощность машины Q. Активная составляющая тока I₁ и активная мощность в режиме холостого хода равны нулю.

Рисунок 2 – Упрощ. вект. диагр. неявнополюсного ген-ра при парал-ной работе с сетью при отсутствии активной нагрузки

При работе машины под нагрузкой при изменении тока возбуждения также изменяется только реактивная составляющая тока I₁ и реактивная мощность машины Q.

При работе машины на сеть бесконечно большой мощности:U₁ = Е_f + Е_а + Е_1σ = — U_с = const.

Суммарный магнитный поток, сцепленный с каждой из фаз, ΣФ = Ф_f + Ф_а + Ф_1σ

не зависит от тока возбуждения и при всех условиях остается неизменным.

Режим возбуждения синхронной машины с током I_fн, при котором реактивная составляющая тока I₁ равна нулю, а cosφ₁=1,0, называют режимом полного нормального возбуждения.

Если ток возбуждения I_f >I_fн , такой режим называют режимом перевозбуждения. Ток якоря I₁ содержит отстающую от U₁ реактивную составляющую, что соответствует активно-индуктивной нагрузке генератора. Реактивная составляющая тока I₁ создает размагничивающий поток реакции якоря. Реактивная составляющая тока направлена от генератора в сеть, так как . Генератор отдает реактивную мощность в сеть.

Если ток возбуждения I_f <I_fн , такой режим называют режимом недовозбуждения. Ток I₁ содержит опережающую U₁ реактивную составляющую, что соответствует активно-емкостной нагрузке генератора. Опережающая составляющая тока I₁ создает подмагничивающий поток реакции якоря. Реактивная составляющая тока направлена к генератору — генератор потребляет реакт. мощ.

Во всех случаях суммарный поток машины ΣФ автоматически поддерживается неизменным.

Зависимости тока статора от тока возбуждения I₁=f(I_f) при
n₂= const, Р= const, U= const называются U-образными характеристиками.

При увеличении нагрузки значение тока возбуждения I_fн соответствующее cosφ₁=1, увеличивается, потому что с ростом активной составляющей тока якоря увеличиваются потери напряжения в генераторе.

С уменьшением тока возбуждения наступает такой момент, при котором магнитный поток оказывается настолько ослабленным, что нагрузочный угол Θ превышает критическое значение, и генератор выпадает из синхронизма. Пунктирной линией отмечен предел статической устойчивости генератора при недовозбуждении.

Минимумы токов всего семейства U-образных характеристик лежат на линии, которая представляет собой регулировочную I_f=f(I₁) при cosφ₁=1.

Форма U-образных кривых зависит от величины x₁(x_d): при большем значении x₁ получаются пологие (тупые) кривые, при малом значении x₁— острые.

Наиболее выгодным для генератора является его работа с нормальным током возбуждения, когда cosφ₁=1. Но так как нагрузка энергосистемы имеет индуктивный характер (асинхронные двигатели, люминесцентные лампы и др.) для уменьшения потерь энергии в линиях электропередачи генераторы работают в режиме перевозбуждения.

Читайте также:





Как регулировать напряжение синхронным двигателем

Регулирование напряжения синхронными двигателями и конденсаторами

Синхронные двигатели

К синхронным машинам относятся генераторы электрических станций, синхронные двигатели, устанавливаемые на промышленных предприятиях, и специальные синхронные  двигатели, работающие в режиме холостого хода и используемые как источники или потребители реактивной мощности (синхронные компенсаторы).

Способность синхронных машин к регулированию напряжения основана главным образом  на том, что плавное изменение режима возбуждения синхронной машины сопровождается изменением ее реактивной мощности и соответствующим перераспределением потоков реактивной мощности в сети. Обычно в сетях предприятий в величине протекающего тока присутствует значительная доля индуктивного (реактивного) тока. Чем больше его доля, тем ниже коэффициент мощности, меньше пропускная способность питающих линий, больше потери напряжения в сети. Использование в таких сетях в близи от потребителя синхронных двигателей или компенсаторов, работающих в режиме генерации реактивного тока (мощности), освобождает сетьот перетока реактивной мощности и может существенно улучшить режим напряжения у потребителя и повысить экономичность системы электроснабжения. Аналогичное действие могут  оказать и батареи статических конденсаторов, оборудованных автоматическим регулятором мощности типа АРКОН.

Рассмотрим некоторые детали вопроса регулирования напряжения синхронными двигателями и конденсаторными батареями регулируемой мощности. Отечественная промышленность выпускает синхронные двигатели различных типов и мощности. Наиболее распространенной серией двигателей на напряжение 380-660 В являются двигатели сери СД и на напряжение 3-10 кВ серии СДН мощностью от 320 до 10000 кВт. двигатели рассчитаны на работу при коэффициенте мощности 0,9 в опережающем режиме. Возбуждение двигателей производится от собственных машинных возбудителей, расположенных на одном валу с двигателем. Машина допускает ручное или автоматическое регулирование возбуждения — воздействием на шунтовой реостат. Перевозбуждая ротор, можно еще больше снизить коэффициент мощности в опережающем режиме, увеличивая выдаваемую мощность в сеть, однако при этом должна быть снижена активная мощность. Характеристики двигателей показывают, что незначительное — на 10 % увеличение реактивной мощности снижает использование кажущейся мощности на 28 %, а активной — на 63 %.

При работе синхронного двигателя в режиме перевозбуждения реактивная мощность его создает отрицательную величину потери напряжения в питающей сети.

Эффект от такого режима тем больший, чем больше величина реактивного сопротивления внешней сети. Способность синхронных двигателей регулировать напряжение основана на перераспределении или ограничении участка, на котором происходит периодическое перемещение реактивной мощности между приемником электрической энергии и синхронным двигателем так, что вся оставшаяся часть сети частично или полностью освобождается от реактивной мощности. В том случае, если синхронный двигатель устанавливается для целей регулирования напряжения, возможна его работа не только в режиме перевозбуждения, но и в режиме недовозбуждения. Работа в указанных режимах должна быть обоснована технико-экономическим расчетом. Недовозбужденный синхронный двигатель является своеобразным поглотителем избыточной реактивной мощности. При регулировании напряжения в энергосистеме существенное значение имеют режимы работы генераторов электрических станций. На электрических станциях, работающих в режиме покрытия пиковой  нагрузки энергосистемы, работа всех агрегатов необходима только в часы максимальной нагрузки. В остальное время часть генераторов может быть остановлена или переведена в режим синхронного компенсатора (СК). Синхронные генераторы в режиме СК могут работать как без отсоединения генератора от турбины при закрытии доступа пара в турбину, так и при полном отсоединении турбины. Перевод гидроагрегатов в компенсаторный режим широко распространен и производится сравнительно быстро и просто. перевод генераторов в режим СК обусловлен тем, что расход энергии, потребляемой из сети генератором, меньше расхода при вращении генератора турбиной на холостом ходу.

Конденсаторы регулируемой мощности

Между статическими и синхронными двигателями как средствами компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения и коэффициента мощности много общего. Батарея конденсаторов поперечного (параллельного) включения в сеть по схеме звезда или треугольник является генератором реактивной мощности, которая при установке батареи вблизи приемника полностью или частично освобождает внешнюю сеть от перетоков реактивной мощности, улучшая на этих участках коэффициент мощности, снижая потери активной мощности и увеличивая этим напряжение во всех звеньях сети. Простота обслуживания, малая величина потерь энергии в конденсаторах, высокая надежность конструкции и общее развитие конденсаторостроения в основных промышленно развитых странах привели к тому, что для целей регулирования напряжения однозначно предпочтение отдается конденсаторам при одновременном сокращении применения синхронных компенсаторов

Регулирование реактивной мощности синхронной машины

Страница 33 из 51

Регулирование реактивной мощности синхронной машины, включенной в сеть

Регулирование реактивной мощности в энергосистемах имеет такое же важное значение, как и регулирование активной мощности. Реактивная мощность необходима для создания магнитных полей во многих электротехнических устройствах, работающих в энергосистеме. Регулирование реактивной мощности позволяет повысить перегрузочную способность этих устройств, поддерживать постоянство напряжения в сети, снизить ее перетоки по линиям и тем самым обеспечить устойчивую и экономичную работу энергосистемы.

Вернемся вновь к режиму холостого хода синхронной машины (рис. 5.34, а).
В этом режиме по обмотке возбуждения протекает ток , соответствующий по характеристике холостого хода напряжению сети . Увеличим ток возбуждения , тогда модуль ЭДС возрастет и возникнет ток
.

По отношению к напряжению синхронной машины ток будет индуктивным, а по отношению к напряжению сети — емкостным (рис. 5.34, б), поэтому синхронная машина вырабатывает и отдает в сеть реактивную мощность
.
При уменьшении тока возбуждения () модуль ЭДС снижается и фаза тока меняется на противоположную (рис. 5.34, в). В этом случае ток по отношению к напряжению синхронной машины является емкостным, а по отношению к напряжению сети — индуктивным. Следовательно, сеть является источником реактивной мощности, и синхронная машина ее потребляет.
Таким образом, изменение тока возбуждения синхронной машины обуславливает изменение в обмотке якоря реактивного тока и, следовательно, происходит регулирование реактивной мощности.
Синхронная машина, загруженная только реактивным током и не несущая активной нагрузки, называется синхронным компенсатором.

Регулирование реактивной мощности возможно при работе синхронной машины в режимах генератора и двигателя. Согласно векторным диаграммам (рис. 5.35), в генераторном режиме при увеличении тока возбуждения (рис. 5.35, а) синхронная машина отдает в сеть реактивную мощность, а при уменьшении тока возбуждения (рис. 5.35, б) потребляет из сети реактивную мощность.

Аналогичные явления имеют место и в двигательном режиме (рис. 5.36).

При увеличении тока возбуждения (рис. 5.36, а) синхронный двигатель отдает в сеть реактивную мощность, а при уменьшении (рис. 5.36, б) — потребляет реактивную мощность.
Активная мощность при этом как в двигательном, так и в генераторном режимах, не меняется.

Возможность плавного регулирования реактивной мощности в широких пределах является важным преимуществом синхронных машин перед асинхронными.

Основные законы автоматического регулирования возбуждения синхронных двигателей

внутреннего угла сдвига двигателя между основной ЭДС статора и напряжением сети; активной составляющей тока статора; полного тока статора; реактивной мощности двигателя; коэффициента мощности двигателя; напряжения сети. Выбор того или иного закона регулирования тока возбуждения синхронного двигателя определяется на основе анализа конкретных условий его работы с учетом свойств нагрузки и питающей сети. Регулирование возбуждения в функции угла в является наиболее эффективным для получения высокой динамической устойчивости и демпфирования колебаний при резких набросах и сбросах нагрузки. В системе, построенной по данному принципу, сохраняется высокой перегрузочная способность двигателя, он работает с более высоким КПД, чем в системе без автоматического регулирования возбуждения, более стабильным становится его коэффициент мощности.

Реализуя в системе управления возбудителем известные функциональные зависимости, можно стабилизировать реактивную мощность двигателя или минимизировать потери. Одним из недостатков данного закона является сравнительная сложность датчиков угла в, с достаточным быстродействием и точностью отрабатывающих изменения угла 9 в высоко динамических переходных режимах. Регулирование возбуждения в функции активной составляющей тока статора также обеспечивает быстрое демпфирование колебаний ротора и повышение динамической устойчивости в целом. По эффективности демпфирования качаний при ударной нагрузке данный закон стоит на втором месте после регулирования возбуждения в функции угла в, но отличается от него более простым и надежным схемным решением датчика основной регулируемой величины — активной составляющей тока статора. Регулирование возбуждения в функции полного тока статора рализуется наиболее просто. При этом законе улучшается устойчивость работы двигателя и его КПД. Кроме того, при этом законе при правильно выбранных параметрах САР возбуждения достигается поддержание высокого коэффициента мощности двигателя и повышенная перегрузочная способность, что очень важно при ударных нагрузках. Вместе с тем следует указать на ограниченность закона, связанную с пониженным быстродействием САР возбуждения, реализующей его, а также сложностью зависимостей тока статора от нагрузки и тока возбуждения. Регулирование возбуждения в функции вырабатываемой двигателем реактивной мощности рекомендуется в случае, если момент сопротивления производственного механизма носит резко переменный характер при больших мощностях двигателей. При данном законе регулирования возбуждения наблюдается увеличение тока возбуждения с увеличением момента сопротивления, обеспечивающее максимум выработки двигателем реактивной мощности по условию его теплового режима в сочетании с минимумом колебаний напряжения питающей сети.

В отношении свойств самого двигателя обеспечивается высокая экономичность его работы (если учесть благоприятное влияние САР возбуждения как на двигатель, так и на питающую сеть) наряду с динамической устойчивостью. Регулирование возбуждения в функции коэффициента мощности со8(Л двигателя характеризуется значительно большим увеличением тока возбуждения с ростом сопротивления, чем при регулировании в функции реактивной мощности, особенно при настройке САР возбуждения на поддержание пониженного (0,8 — 0,85) значения. При этом законе регулирования возбуждения обеспечивается высокое использование двигателя по моменту и его достаточная перегрузочная способность. Особенностью данного закона является значительное влияние двигателя на питающую сеть и большие колебания напряжения сети. Поэтому он рекомендуется для двигателей большой мощности — при их спокойной, медленно изменяющейся нагрузке; для двигателей же малой и средней мощности этот закон может быть использован и при резко переменной нагрузке.

Регулирование возбуждения в функции напряжения питающей сети применяется при наличии большого резерва мощности крупных двигателей со спокойной, плавно изменяющейся нагрузкой, когда сеть имеет малую пропускную способность и значительный дефицит реактивной мощности. Необходимо отметить, что у двигателей с большим значением отношения короткого замыкания (ОКЗ) компенсирующий эффект наблюдается и без регулирования возбуждения. Вместе с тем только САР возбуждения может обеспечить эффективное выравнивание напряжения сети, независимое от параметров двигателя нагрузки. Регулирование возбуждения в функции узла нагрузки возможно только для синхронных двигателей большой мощности с большим резервом мощности при плавно изменяющейся нагрузке. Высокие динамические показатели качества регулирования в любой САР, в том числе и в САР возбуждения синхронных двигателей, обеспечиваются в первую очередь использованием быстродействующих элементов систем управления. В этом отношении применение в качестве возбудителей вентильных преобразователей постоянного тока позволяет поднять динамические показатели на качественно более высокий уровень по сравнению с электромашинными возбудителями. Кроме того, для повышения динамической устойчивости и демпфирования колебаний вводятся сигналы управления, пропорциональные: производной (скорости изменения) активной составляющей тока статора; квадрату активной составляющей тока статора или полного тока статора; приращению угла в. Наконец, на повышение быстродействия направлена форсировка напряжения, подводимого к обмотке возбуждения.

На практике описанные законы регулирования возбуждения в чистом виде, как правило, не реализуются, так как любое изменение режимов работы двигателя или питающей сети может потребовать реализации своего, наиболее выгодного закона регулирования. Например, для синхронных электроприводов с плавным изменением нагрузки целесообразно следующее комбинирование законов регулирования возбуждения: при номинальном напряжении сети — регулирование возбуждения в функции отдаваемой в сеть реактивной мощности; при снижении напряжения сети — в функции напряжения; при повышении напряжения сети — в функции отдаваемой в сеть реактивной мощности с ограничением минимума тока возбуждения для предотвращения выпадения двигателя из синхронизма; во всех режимах САР возбуждения должна ограничивать токи статора и возбуждения их максимально допустимыми значениями. Для приводов с резко переменной нагрузкой регулирование в функции реактивной мощности двигателя дополняется регулированием в функции активной составляющей тока статора или ее производной. Такое сочетание законов регулирования обеспечивает высокие энергетические показатели системы электропривода в сочетании с его высокой динамической устойчивостью. Одним из мощных способов построения САР возбуждения синхронных двигателей, обеспечивающих рациональный переход от одного закона регулирования к другому в сочетании с оптимизацией контуров регулирования методом последовательной корреляции, является способ подчинения регулирования координат. При этом способе объект регулирования разбивается на ряд последовательно соединенных звеньев, для каждого из которых организуется свой контур регулирования с регулятором, формирующим технически оптимальный переходный процесс в контуре. При этом выходной сигнал одного регулятора — внешнего — является задающим для другого — внутреннего, подчиненного внешнему.

Достоинства такого способа построения САР состоят: в возможности разбиения объекта регулирования на произвольное число звеньев в соответствии с количеством величин, требующих контроля и регулирования; в независимой настройке контуров регулирования различных величин; в ограничении каждой из регулируемых и, следовательно, контролируемых величин путем ограничения задающего напряжения, поступающего на вход ее регулятора; в формировании оптимальных статических и динамических характеристик контуров регулирования с введением в закон регулирования как интегральных, так и дифференциальных (первого и более высоких порядков) составляющих; в синтезе однотипных регулирующих устройств регуляторов различных величин. Система разработана во ВНИИ Электроприводе. В этой системе четыре контура регулирования: внешний контур — контур регулирования напряжения сети; контур регулирования реактивного тока двигателя; контур регулирования задания тока возбуждения; внутренний контур регулирования тока возбуждения. Каждый из контуров содержит регулятор, на входе которого сравниваются сигналы задания и обратной связи, часть объекта регулирования и тракт обратной связи. Основным контуром является внешний контур регулирования напряжения,остальные контуры подчинены, ему: они обслуживают этот основной контур,обеспечивая в то же время технически оптимальный характер изменения в переходных режимах реактивного тока; задания на ток возбуждения; тока возбуждения. Аналогичным образом каждый из последующих контуров подчинен предыдущему, более внешнему контуру. При напряжении сети меньше заданного в пределах рабочих допусков регулятор напряжения, работая в активном режиме, формирует задающий сигнал регулятора реактивного тока. Последний отрабатывает задание, в результате чего устанавливается ток возбуждения, обеспечивающий равенство напряжения сети заданному. Если напряжение сети имеет значительную посадку, регулятор напряжения входит в режим ограничения выходного сигнала на уровне, соответствующем максимуму вырабатываемого двигателем реактивного тока. Двигатель будет вырабатывать максимум реактивной мощности, допустимый условиями его нагрева. Контур задания тока возбуждения служит для эффективного демпфирования колебаний в системе при резко изменяющейся нагрузке двигателя. Все сказанное выше об автоматическом регулировании возбуждения синхронных двигателей справедливо и в случае использования их для привода поршневых компрессоров.

Вместе с тем при построении САР возбуждения синхронных двигателей, используемых для привода компрессоров, должна учитываться специфика последних, заключающаяся в систематических колебаниях момента с частотой в одно колебание за один оборот двигателя (в предположении без редукторного привода). При допустимой пульсации тока в 66% колебания вращающего момента двигателя составляют около 80%, что приводит к колебаниям угла в в пределах 16,5 — 38,5° (при среднем значении в = = 27,5° и колебаниях 0 макс — 0 МИН = 22°). Отмечается, что на колебания фунтдамента расходуется энергия, достигающая иногда 5% мощности привода. Поэтому демпфирование колебаний является важной технико-экономической задачей. Наибольший демпфирующий эффект в синхронных приводах с периодически меняющейся нагрузкой обеспечивается при регулировании напряжения возбуждения в соответствии с законом, который совпадает с законом регулирования на поддержание постоянной реактивной мощности, отдаваемой двигателем в сеть. Большой необходимый диапазон изменения ЭДС двигателя требует значительной форсировки напряжения, подводимого к обмотке возбуждения. Кроме того, прямой тракт регулирования тока возбуждения содержит ряд больших и малых постоянных времени, которые сдвинут фазу колебаний выходной величины — тока возбуждения — относительно задающего сигнала. Точное значение угла сдвига определяется конкретными параметрами системы.

Поэтому для настройки САР возбуждения,обеспечивающей наибольший демпфирующий эффект, потребуется плавное регулирование фазы колебаний задающего сигнала. При работе одного синхронного двигателя на несколько компрессоров дозировка из кривошипно-шатунных механизмов, определяющая минимум колебательности системы на всех ее уровнях — от моментов сопротивления до токов, потребляемых из питающей сети, предусматривается самой конструкцией компрессорной установки и не предъявляет каких-либо особых требований к электроприводу. Вместе с тем электропривод предоставляет возможность синхронизации фаз кривошипно-ша тунных механизмов ряда однотипных компрессорных установок, приводимых в движение индивидуальными двигателями. Если в системах плавного регулирования скорости выполнение этой функции электропривода достигается взаимо связанностью САР положения отдельных двигателей, то синхронный привод обеспечивает указанную возможность и при питании статоров от общей сети стандартного напряжения. Наиболее просто достигается ступенчатое (с шагом в одно полюсное деление синхронного двигателя) регулирование фазы его ротора.

В большинстве случаев при тихоходных синхронных двигателях этого оказывается достаточно для равномерного распределения фаз роторов. Так, при синхронной скорости 300 об/мин шаг регулирования фазы ротора составляет 18°. При меньшей скорости он оказывается еще меньшим. Фиксация фазы ротора синхронного двигателя осуществляется точной его синхронизацией в заданное полюсное деление. Точная синхронизация может осуществляться в асинхронном режиме. В этом случае подача возбуждения производится при выполнении двух условий: 1) при достижении требуемого значения под синхронной скорости; 2) при достижении заданного углового положения ротора. Последнее фиксируется специальным датчиком. Кроме того, существует метод пошагового изменения углового положения ротора синхронного двигателя путем реверса тока в обмотке возбуждения. Значительный экономический эффект при эксплуатации поршневых компрессоров может быть достигнут за счет применения регулируемого электропривода. Именно регулируемый электропривод обеспечивает самое экономичное регулирование подачи компрессора. Как отмечается, удельный расход энергии, затрачиваемой на сжатие единицы массы газа, снижается с уменьшением скорости. В связи со сравнительно небольшим требуемым диапазоном регулирования частоты вращения компрессоров, не превышающим двух, в свое время была предложена система синхронного вентильного каскада. Такая система не получила широкого распространения из-за очень низкого коэффициента мощности. В связи с развитием силовой полупроводниковой техники и техники управления в настоящее время оказывается реальным применение для компрессоров асинхронного привода по схеме машин двойного питания и синхронного — по схеме вентильного двигателя. Учитывая значительную экономическую эффективность компенсации реактивной мощности синхронным двигателем, а также большие их мощности, вопрос регулирования скорости вращения для этих двигателей нужно решать путем детального технико-экономического анализа.

Синхронный реактивный двигатель

Дмитрий Левкин

Синхронный реактивный электродвигатель — синхронный электродвигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов [1].

Статор реактивного двигателя бывает с распределенной и сосредоточенной обмоткой, и состоит из корпуса и сердечника с обмоткой.

Синхронный реактивный двигатель

Статор синхронного реактивного электродвигателя с распределенной обмоткой

Выделяют три основных типа ротора реактивного двигателя: ротор с явновыраженными полюсами, аксиально-расслоенный ротор и поперечно-расслоенный ротор.

Ротор с явновыраженными полюсами

Аксиально-расслоенный ротор

Поперечно-расслоенный ротор

Переменный ток, проходящий по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре электродвигателя. Крутящий момент создается, когда ротор пытается установить свою наиболее магнито проводящую ось (d-ось) с приложенным полем, для того чтобы минимизировать магнитное сопротивление в магнитной цепи. Амплитуда момента прямо пропорциональна разницы между продольной L_d и поперечной L_q индуктивностями. Следовательно, чем больше разница, тем больше создаваемый момент.

Линии магнитного поля синхронного реактивного электродвигателя

Главная идея может быть объяснена с помощью рисунка представленного ниже. Объект «a» состоящий из анизотропного материала имеет разную проводимость по оси d и оси q, в то время как изотропный магнитный материал объекта «b» имеет одинаковую проводимость во всех направлениях. Магнитное поле, которое прикладывается к анизотропному объекту «a», создает вращающий момент если существует угол между осью d и линиями магнитного поля. Очевидно, что если ось d объекта «a» не совпадает с линиями магнитного поля, объект будет вносить искажения в магнитное поле. При этом направление искаженных магнитных линий будут совпадать с осью q объекта.

Объект с анизотропной геометрией (a) и изотропной геометрией (b) в магнитном поле

Силовые линии магнитного поля вокруг объекта с анизотропной геометрией

В синхронном реактивном электродвигателе магнитное поле создается синусоидально распределенной обмоткой статора. Поле вращается с синхронной скоростью и может считаться синусоидальным.

В такой ситуации всегда будет существовать момент направленный на то, чтобы уменьшить полную потенциальную энергию системы, путем уменьшения искажения поля по оси q (). Если угол сохранять постоянным, например путем контроля магнитного поля, тогда электромагнитная энергия будет непрерывно преобразовываться в механическую.

Ток статора отвечает за намагничивание и за создание момента, который пытается уменьшить искаженность поля. Управление моментом осуществляется путем контроля фазы тока, то есть угла между вектором тока обмоток статора и d-осью ротора во вращающейся системе координат.

Преимущества:
• Простая и надежная конструкция ротора:
  ротор имеет простую конструкцию, состоящую из тонколистовой электротехнической стали, без магнитов и короткозамкнутой обмотки.
• Низкий нагрев:
  так как в роторе отсутствуют токи, он не нагревается во время работы, увеличивая срок службы электродвигателя.
• Нет магнитов:
  снижается конечная цена электродвигателя, так как при производстве не используются редко земельные металлы. При отсутствии магнитных сил упрощается содержание и техническое обслуживание электродвигателя.
• Низкий момент инерции ротора:
  так как на роторе отсутствует обмотка и магниты, момент инерции ротора ниже, что позволяет электродвигателю быстрее набирать обороты и экономить электроэнергию.
• Возможность регулирования скорости:
  в виду того, что синхронный реактивный электродвигатель для своей работы требует частотный преобразователь, имеется возможность управления скоростью вращения реактивного двигателя в широком диапазоне скоростей.

Недостатки:
• Частотное управление:
  для работы требуется частотный преобразователь.
• Низкий коэффициент мощности:
  из-за того, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока. Решается за счет использования частотного преобразователя с коррекцией мощности.

Смотрите также

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ — Скачать PDF бесплатно

1 СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ Геометрия синхронной машины очень похожа на геометрию индукционной машины. Сердечник статора и обмотки трехфазной синхронной машины практически идентичны таковым в трехфазной асинхронной машине.Функция статора синхронной машины заключается в обеспечении вращающегося mmf ротору, как и статора асинхронной машины. С другой стороны, ротор синхронной машины отличается от ротора асинхронной машины. Ротор синхронной машины представляет собой вращающийся электромагнит с тем же числом полюсов, что и статор. Полюса ротора синхронной машины образуются обмотками ротора, по которым протекает постоянный ток. Таким образом, синхронная машина требует одновременного возбуждения переменного и постоянного тока обмоток статора (якоря) и обмоток ротора (возбуждения) соответственно.Магнитные моменты, связанные с полюсами ротора, следуют за магнитными моментами создаваемого статором mmf, который вращается с синхронной скоростью. Другими словами, магнитные поля статора и ротора имеют тенденцию выравниваться. Следовательно, в условиях установившегося состояния при источнике переменного тока постоянной частоты, скорость (n) синхронной машины равна синхронной скорости (n), определяемой s, где f — частота сигнала переменного тока на статоре, а p — количество полюсов синхронной машины.Таким образом, фундаментальное различие между синхронной машиной и асинхронной машиной состоит в том, что токи ротора асинхронной машины индуцируются, а токи синхронной машины — нет. В синхронных машинах используются два основных типа роторов: роторы с явнополюсными роторами и цилиндрические (или с невыпадающими полюсами) роторы (см. Рис. 3-12, стр. 170). Каждый из этих роторов хорошо подходит для различных применений в зависимости от их физических характеристик.

2 типа ротора синхронных машин 1.Ротор с явными полюсами — отдельные полюса ротора выступают из центра ротора, характеризуются сосредоточенными обмотками, неравномерным воздушным зазором, большим диаметром ротора, используются в приложениях, требующих низкой скорости машины и большого количества полюсов машины (пример — гидроэлектростанция ). 2. Цилиндрический ротор — отдельные полюса ротора производятся с использованием цилиндрического ротора с прорезями, который характеризуется распределенными обмотками, почти однородным воздушным зазором, меньшим диаметром ротора, используется в приложениях, требующих высокой скорости машины и небольшого количества полюсов машины, обычно 2 или 4 полюса (пример — парогенераторы или газотурбинные генераторы).Цилиндрический ротор обычно представляет собой сплошную стальную деталь (изготовленную из цельной поковки) по причинам прочности, учитывая высокие скорости вращения, которым подвержен ротор. Ротор с явным полюсом не обеспечивает механической прочности, необходимой для этих высокоскоростных приложений. Кроме того, ротор с явными полюсами оказывает слишком большое сопротивление ветру при вращении на высоких скоростях. Постоянный ток, необходимый для ротора, обычно обеспечивается внешним источником постоянного тока (обычно называемым возбудителем), который подключен к обмоткам ротора с помощью токопроводящих колец (контактных колец), которые установлены концентрично на валу машины (контакт кольца электрически изолированы от вала).Стационарный контакт, необходимый для соединения источника постоянного тока с этими контактными кольцами, достигается с помощью угольных щеток, которые физически контактируют с контактными кольцами при их вращении. Угольные щетки обеспечивают хороший электрический контакт с низким трением. Постоянный ток ротора также может быть обеспечен выпрямительным источником (преобразует переменный ток в постоянный), установленным непосредственно на валу машины. Этот тип конфигурации известен как бесщеточное возбуждение.

3 СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР (ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЦЕПЬ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ) Синхронная машина может работать как двигатель или генератор, но наиболее распространенное применение синхронной машины — в электроэнергетике как трехфазный генератор.Синхронный генератор также иногда называют генератором переменного тока. В синхронном генераторе магнитное поле, создаваемое постоянным током в роторе, имеет статический характер (магнитостатическое поле). Однако, если ротор приводится в движение некоторой внешней силой (ветер, вода, турбина и т. Д.), Вращающееся магнитное поле, создаваемое ротором синхронного генератора, выглядит как вращение mmf, создаваемое переменным током в статоре индукционной мотор. Этот вращающийся МДС изменяет магнитный поток через обмотки статора со временем, вызывая ЭДС в выводах статора в соответствии с законом Фарадея.Частота f напряжения, создаваемого на обмотках статора, напрямую связана с механической скоростью вращения ротора (нм) в об / мин, где p — количество полюсов. Как ранее было показано для асинхронного двигателя, наведенная ЭДС в зажимах статора может быть связана с общим магнитным потоком R m в магнитной цепи, образованной ротором / воздушным зазором / статором, согласно где N 1 — количество витков в обмотка статора, а K W1 — коэффициент обмотки статора. Полный магнитный поток через обмотку статора представляет собой суперпозицию потоков, обусловленных токами статора и ротора.R m = R ma + R mf R ma — магнитный поток от тока статора (якоря) R mf — магнитный поток от тока ротора (возбуждения)

4 Вставка уравнения полного потока статора в уравнение ЭДС статора дает две составляющие напряжения, которые могут быть определены как где V a — векторная составляющая напряжения статора, обусловленная R ma V f — векторная составляющая напряжения статора, обусловленная R mf Когда синхронная машина работает при работе в качестве генератора составляющая напряжения V f представляет генерируемое напряжение, а напряжение V a представляет собой реакцию статора на процесс генерации.Решение для напряжения генератора дает. В приведенном выше уравнении член! V a представляет падение напряжения в генерируемом напряжении из-за рассеяния магнитного потока, намагничивания сердечника синхронной машины и потерь в обмотках статора. Это соотношение может быть представлено простой эквивалентной схемой, как показано ниже. Эквивалентная схема синхронной машины Импеданс Z s = R a + jx s определяется как синхронный импеданс, где R a — эффективное сопротивление якоря, а X s определяется как синхронное реактивное сопротивление.Синхронное реактивное сопротивление состоит из двух составляющих: реактивного сопротивления рассеяния X l и реактивного сопротивления намагничивания X m.

5 Использование синхронного генератора для питания одной нагрузки является необычным. В энергосистемах большое количество индивидуальных синхронных генераторов подключено к электросети, которую иногда называют бесконечной шиной. Большие синхронные генераторы подключены к электросети, расположенной в разных местах.Эти генераторы подключаются к сети через трансформаторы, так как выходное напряжение генератора должно быть повышено до более высокого уровня для эффективной передачи. Различные центры нагрузки также подключены к сети по всей системе. Эти центры нагрузки также присоединяются к сети через трансформаторы, поскольку напряжение нагрузки должно быть понижено от уровня напряжения передачи. Учитывая большое количество генераторов, подключенных к электросети, уровень напряжения и частота в электросети остаются очень стабильными, даже когда генераторы и нагрузки подключаются и отключаются.Это главное преимущество бесконечной шины.

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ (ИСПЫТАНИЯ РАЗОМКНУТОГО И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ) Компоненты синхронного реактивного сопротивления могут быть определены путем выполнения двух тестов на синхронной машине: теста холостого хода и теста короткого замыкания. Тест на разрыв цепи Тест на короткое замыкание Когда обмотки статора разомкнуты, синхронная машина приводится в движение с синхронной скоростью при изменении тока возбуждения I f.Измеряется напряжение холостого хода V 1 на обмотках статора. Этот тест предоставляет данные для графика зависимости V 1 от I f. Этот график известен как характеристика холостого хода (OCC) и представляет изменение напряжения генератора по отношению к току возбуждения. При коротком замыкании входных клемм статора (обмотки статора соединены параллельно) синхронная машина приводится в движение с синхронной скоростью, в то время как ток возбуждения I f изменяется. Измеряется ток I 1 в каждой из трех обмоток статора и определяется среднее значение.Этот тест предоставляет данные для графика зависимости I 1 от I f. Этот график известен как характеристика короткого замыкания (SCC) и представляет собой изменение тока якоря (статора) по отношению к току возбуждения. OCC будет нелинейным из-за насыщения магнитопровода при более высоких уровнях тока возбуждения. SCC будет линейным, поскольку магнитный сердечник не насыщается в условиях короткого замыкания.

7 Эффективное сопротивление якоря R a часто очень мало, и в большинстве задач им можно пренебречь.Если это значение включено в анализ, оно обычно предоставляется. Определение синхронного реактивного сопротивления В соответствии с подключениями, выполненными при испытаниях на обрыв и короткое замыкание, значение синхронного импеданса представляет собой отношение испытательного напряжения статора обрыва цепи к испытательному току статора короткого замыкания. Это соотношение следует оценивать при обычном значении тока возбуждения, таком как I f N, показанном на графике выше. Обратите внимание, что это значение тока возбуждения — это значение, при котором OCC проходит через номинальное напряжение синхронной машины.

8 Синхронное реактивное сопротивление будет иметь другое значение в зависимости от того, насыщен магнитопровод или нет. Обратите внимание, что сердечник насыщается на OCC при значении тока возбуждения I f1. Если бы магнитопровод был ненасыщенным при этом значении тока возбуждения, ОКК продолжился бы вдоль линейной части кривой, которая была расширена на графике как линия воздушного зазора (AGL).Ненасыщенное значение синхронного импеданса находится в соответствии с тем, что синхронное реактивное сопротивление равно Если R a пренебрежимо мало, ненасыщенное синхронное реактивное сопротивление равно Предполагая, что генератор подключен к бесконечной шине, синхронное реактивное сопротивление при насыщении определяется с использованием значения V 1, который возникает на линии модифицированного воздушного зазора (MAGL). Когда синхронный генератор подключен к бесконечной шине, его напряжение на клеммах повышается до номинального значения (когда сердечник насыщается).После подключения к бесконечной шине напряжение на клеммах генератора останется постоянным. Если теперь изменить ток возбуждения, генерируемое напряжение изменится не по кривой OCC, а по измененной линии воздушного зазора. Таким образом, синхронный импеданс при насыщении равен

.

9 Тогда насыщенное синхронное реактивное сопротивление равно. Если R a пренебрежимо мало, ненасыщенное синхронное реактивное сопротивление равно. Пример (эквивалентная модель синхронной машины) Следующие данные получены для трехфазной синхронной машины 10 МВА, 14 кВ, соединенной звездой (все напряжения равны построчно).Сопротивление якоря составляет 0,07 Ом на фазу. I f (A) OCC (кв) SCC (A) AGL (кв) (a.) Найдите ненасыщенные и насыщенные значения синхронного реактивного сопротивления в и pu. (б) Найдите ток возбуждения, необходимый, если синхронный генератор подключен к бесконечной шине и выдает номинальное значение МВА при отстающем коэффициенте мощности 0,8. (c.) Если генератор, работающий как в части (b.), отключен от бесконечной шины без изменения тока возбуждения, найдите напряжение на клеммах.

10 Базовыми величинами для расчетов pu являются: (a.) S база = 10 7 ВА V база = V 1 номинальная = 14000 /% & 3 = 8083 VI база = S база / 3V база = 10 7 ВА / [3 (8083)] V = AZ база = V база / I база = 8083 /412.4 = S (b.) Учитывая, что машина работает при номинальной нагрузке, можно предположить, что машина работает в режиме насыщения. Таким образом, используется эквивалентная схема, содержащая насыщенное синхронное реактивное сопротивление.

11 Соответствующий ток возбуждения определяется по MAGL (MAGL — это характеристика разомкнутой цепи, где V f = V 1).Уравнение для MAGL (крутизна = 14000 В / 200 А = 70 В / А) таково, что ток возбуждения для V f = V 1 = kv равен

.

12 (c.) Если генератор отключен от бесконечной шины, то мы перескакиваем с MAGL на OCC. Для того же тока возбуждения (I f = A) соответствующее напряжение на клеммах равно МОЩНОСТИ И МОМЕНТУ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ. Комплексную мощность на клеммах синхронной машины можно определить с помощью эквивалентной схемы.Для удобства, машинные терминалы используют в качестве опорной фазы, так что где * представляет собой фазовый угол напряжения генераторного и 2 с является фазовым углом синхронного импеданса. Комплексная мощность на выводах синхронной машины равна Из эквивалентной схемы, ток I 1 равен Сопряженная величина I 1 равна Результирующая комплексная мощность на каждую фазу составляет

13 Реальная мощность и реактивная мощность равны. Если пренебречь эффективным сопротивлением якоря (R a = 0), величина синхронного импеданса становится величиной синхронного реактивного сопротивления (Z s = X s) с 2 s = 90 o и пофазные выражения для P и Q сводятся к. Для трехфазной синхронной машины мы имеем где

14 Потери в статоре не учитывались, предполагая, что R a = 0, так что реальная мощность на выводах синхронной машины равна мощности воздушного зазора, которая равна развиваемому крутящему моменту, умноженному на угловую скорость машины.где Обратите внимание, что мощность и крутящий момент изменяются как sin угла *, который известен как угол мощности или угол крутящего момента. Синхронная машина будет оставаться на синхронной скорости, если она будет постепенно нагружена до предела P max для генератора или T max для двигателя. Но машина теряет синхронизм, если угол поворота превышает 90 °. Значение максимального крутящего момента T max известно в момент отрыва. Обратите внимание, что значение момента отрыва можно увеличить, увеличив значение V f.Таким образом, синхронный двигатель, который имеет тенденцию терять синхронизм из-за чрезмерного крутящего момента, может быть возвращен в синхронизм путем увеличения тока возбуждения. Синхронный генератор может потерять синхронизм, потому что первичный двигатель стремится вращать машину на скоростях выше синхронной. Синхронный генератор можно вернуть в синхронный режим, увеличив ток возбуждения, который увеличивает противодействующий момент и замедляет машину до синхронной скорости.

15 ФАЗОРНЫХ ДИАГРАММ ДЛЯ СИНХРОННЫХ МАШИН Синхронный генератор Синхронный двигатель

16 Пример (синхронный генератор / комплексная мощность) Трехфазная синхронная машина 5 кВА, 208 В, четырехполюсная, 60 Гц, соединенная звездой, имеет незначительное сопротивление обмотки статора и синхронное реактивное сопротивление 8 S на фазу при номинальном напряжении.Машина работает как генератор параллельно с трехфазным источником питания 208 В, 60 Гц. (a.) (b.) Определите напряжение генератора и угол мощности, когда машина выдает номинальное значение в кВА при отставании 0,8 PF. Нарисуйте векторную диаграмму. При том же токе возбуждения, что и в части (a.), Мощность первичного двигателя медленно увеличивается. Определите значения тока статора, коэффициента мощности, активной и реактивной мощности в условиях передачи максимальной мощности.

17 (г.) V 1, V f остается постоянным, * изменяется, Максимальная мощность Y * = 90 o P 3N = 9,31 кВт o Q 3N =! 5,4 квар

18 Пример (синхронный двигатель) Синхронная машина, описанная в предыдущем примере, работает как синхронный двигатель при питании от трехфазного источника питания 208 В, 60 Гц. Возбуждение поля регулируется таким образом, чтобы коэффициент мощности был равен единице, когда машина потребляет 3 кВт от источника питания.(a.) Определите напряжение возбуждения и угол мощности. Нарисуйте векторную диаграмму. (b) Если возбуждение поля поддерживается постоянным, а нагрузка на вал медленно увеличивается, определите максимальный крутящий момент (момент отрыва), который может обеспечить двигатель. (а.)

19 (b.) V 1, V f остается постоянным, * изменяется, состояние максимальной мощности Y * = 90 o

20 УПРАВЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОМ МОЩНОСТИ С СИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ Коэффициент мощности синхронной машины легко регулируется путем регулирования тока возбуждения машины.Достижимы опережающие или запаздывающие коэффициенты мощности. Таким образом, синхронные двигатели с опережающим коэффициентом мощности могут использоваться в сочетании с асинхронными двигателями (отстающие коэффициенты мощности) для улучшения общего коэффициента мощности комбинации нагрузок. Характеристика коэффициента мощности синхронного двигателя в зависимости от тока возбуждения может быть продемонстрирована путем изучения векторной диаграммы двигателя. Рассмотрим трехфазный синхронный двигатель, подключенный к бесконечной шине и обеспечивающий требуемую выходную мощность P 3ö, как показано на схеме замещения фаз синхронного двигателя, показанной ниже, где сопротивлением статора пренебрегли.Реальная трехфазная выходная мощность двигателя может быть определена в соответствии с простыми характеристиками клемм двигателя на входе статора в пофазной эквивалентной схеме. Поскольку напряжение статора V 1 является постоянным (при бесконечном подключении к шине) , ток на клеммах продукта и коэффициент мощности должны оставаться постоянными, чтобы обеспечить требуемое значение реальной мощности. Если мы используем напряжение статора в качестве опорной фазы (е = 0), то ток статора должен удовлетворять V

21 для необходимой выходной мощности.На векторной диаграмме это требование к току статора соответствует вертикальному геометрическому пространству, как показано ниже (действительная часть вектора I 1 постоянна). Взаимосвязь между током статора и напряжением, как видно на схеме замещения по фазам: Если мы рассмотрим произвольные токи статора для условий опережения, запаздывания и единичного коэффициента мощности, мы можем нарисовать векторы тока статора и определить направление результирующий вектор ji1x s (который должен указывать в направлении o соответствующего вектора I 1, повернутого по часовой стрелке на 90).Добавление фазора ji1xs к фазору V дает вектор V. 1 ff Величину вектора V можно определить из соотношения мощности трехфазного синхронного двигателя с точки зрения угла мощности:

22 Опять же, отмечая, что V и X постоянны, тогда 1 с Поскольку угол ä представляет фазу угла вектора V f, указанное выше ограничение означает, что вертикальная составляющая (мнимая часть) вектора V f постоянна, что определяет горизонтальное геометрическое место для V f.Напряжение возбуждения в синхронном двигателе V f изменяется линейно с током возбуждения I f. Таким образом, три вектора V f на предыдущей векторной диаграмме представляют три различных значения тока возбуждения, демонстрируя, что корректировки тока возбуждения могут привести к различным условиям коэффициента мощности. В соответствии с величиной векторов V f, показанных на векторной диаграмме, мы находим. Согласно векторной диаграмме, величина тока статора минимальна при единичном коэффициенте мощности и увеличивается при опережающем или запаздывающем факторах мощности.Характеристики коэффициента мощности синхронного двигателя обычно определяются с использованием терминов нормальное возбуждение, недовозбуждение и перевозбуждение. Режим синхронного двигателя PF Ток возбуждения Ток статора Запаздывание при недовозбуждении низкое большое значение Нормальное возбуждение единица среднего диапазона минимум Передовозбуждение опережает высокое значение большое Учтите, что коэффициент мощности и ток статора имеют обратную зависимость. Коэффициент мощности максимален, когда ток статора минимален.

23 Пример (синхронный двигатель, коррекция коэффициента мощности) Нагрузка на заводе состоит из нескольких трехфазных асинхронных двигателей и одного синхронного двигателя.Асинхронные двигатели потребляют 500 кВА при отставании 0,8 PF, в то время как синхронный двигатель (4 кВ, 400 кВА) потребляет 300 кВА при единичном коэффициенте мощности. (a.) Определите общий заводской коэффициент мощности и входной ток, потребляемый синхронным двигателем. (b) Синхронный двигатель теперь перевозбужден для дальнейшего улучшения заводской PF, при условии, что нагрузка двигателя не изменится. Определите оптимальную заводскую PF с учетом ограничения, заключающегося в том, что номинальная мощность синхронного двигателя в кВА не должна превышаться. (c.) Определите входной ток и коэффициент мощности для синхронного двигателя частично (b.). (a.) Асинхронные двигатели: cos (èv è i) = 0,8 (èv è i) = oo P IM = 500 cos (36,87) = 400 кВт o Q IM = 500 sin (36,87) = 300 квар Синхронный двигатель: P SM = 300 кВт Q IM = 0 квар Заводская нагрузка: PF = P IM + P SM = = 700 кВт QF = Q IM + Q SM = = 300 квар

24 2 2 1 / / 2 SF = [PF + QF] = [] = кВА PF F = PF / SF = 700 / = запаздывающий Входной ток для синхронного двигателя: (b.) Мощность синхронного двигателя = 400 кВА Максимальный опережающий квар, который синхронный двигатель может потреблять, не превышая его номинал, можно рассчитать из силовой треугольник.S SM = 400 кВА P SM = 300 кВт 2 2 1 / / 2 Q SM = [S SM P SM] = [] = квар Заводская нагрузка: PF = P IM + P SM = = 700 кВт QF = Q IM + Q SM = = 35,4 кВАр 2 2 1 / / 2 SF = [PF + QF] = [] = кВА PF F = PF / SF = 700 / = с запаздыванием

25 (c.) Синхронный двигатель PF и ток. PF SM = P SM / S SM = 300/400 = 0,75 опережения

26 Пример (синхронный двигатель, изменение тока возбуждения) A 1 МВА, 2,3 кв, 60 Гц, трехфазная синхронная машина, соединенная звездой (X s = 5 .03, сопротивление статора незначительно) подключен к бесконечной шине и работает как синхронный двигатель. КПД машины при номинальной скорости составляет 95%. (a.) Определите напряжение возбуждения и угол мощности, когда двигатель работает с запаздыванием PF = 0,85 и выходной мощностью 500 л.с. (b) Теперь ток возбуждения снижен на 40%, а выходная мощность остается постоянной. Определите ток статора и коэффициент мощности машины. (a.)

27 (b.)

28 ЗАПУСК СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В отличие от асинхронного двигателя, синхронный двигатель не запускается автоматически (его нельзя просто подключить к источнику переменного тока для запуска).Если синхронный двигатель подключен непосредственно к источнику переменного тока, он просто будет вибрировать. Инерция ротора предотвращает его блокировку на вращающемся поле статора. Обычно для запуска синхронного двигателя используются два метода. Источник переменного тока — Синхронный двигатель можно запустить с помощью преобразователя частоты (выход с регулируемой частотой) путем медленного увеличения частоты поля статора при запуске. Это позволяет ротору время, чтобы преодолеть инерцию, необходимую для того, чтобы он следовал за полем статора при увеличении скорости.Основным недостатком этого метода является стоимость преобразователя частоты. Запуск синхронного двигателя как асинхронного двигателя — к синхронному двигателю могут быть добавлены дополнительные обмотки, известные как демпферные обмотки, чтобы он мог запускаться как асинхронный двигатель. Демпферные обмотки очень напоминают клетку асинхронного двигателя. Чтобы запустить асинхронный двигатель, сначала через обмотку возбуждения не пропускают постоянный ток. Когда двигатель подключен к источнику питания, синхронный двигатель запускается как асинхронный двигатель, поскольку в обмотках демпфера индуцируются токи.Двигатель будет увеличивать скорость, пока не достигнет скорости, немного меньшей, чем синхронная скорость. В это время на ротор подается постоянный ток возбуждения. Поскольку ротор близко следует за полем статора, он быстро увеличивает скорость до синхронной скорости и блокируется на вращающемся поле статора. Обратите внимание, что демпферные обмотки не имеют индуцированных токов, так как синхронный двигатель вращается с синхронной скоростью. Демпферные обмотки выполняют еще одну функцию, поскольку они помогают синхронному двигателю синхронизироваться.Если скорость синхронного двигателя увеличивается или уменьшается по сравнению с синхронной скоростью, в демпферных обмотках индуцируются токи, которые имеют тенденцию противодействовать изменению скорости.

Синхронные машины. — скачать ppt

Презентация на тему: «Синхронные машины» — стенограмма презентации:

1

Синхронные машины

2

Синхронные машины Синхронные генераторы или генераторы переменного тока используются для преобразования механической энергии, получаемой от пара, газа или гидротурбины, в электроэнергию переменного тока. Синхронные генераторы являются основным источником электроэнергии, которую мы потребляем сегодня. встраиваются в большие блоки по сравнению с асинхронными двигателями (асинхронные двигатели дешевле для меньших номиналов) и используются для промышленных приводов с постоянной скоростью

3

Конструкция Основные части синхронного генератора:
Ротор — обмотка, возбуждаемая постоянным током, Статор — трехфазная обмотка, в которой генерируется ЭДС переменного тока. Способ охлаждения активных частей синхронной машины определяет ее общий физический размер и структуру.

4

Различные типы Явно-полюсная синхронная машина
Цилиндрическая или круглороторная синхронная машина

5

Синхронный генератор с явными полюсами
Большинство гидравлических турбин должны вращаться на низких скоростях (от 50 до 300 об / мин). Требуется большое количество полюсов на роторе. Турбина Гидро (вода) D »10 м Неравномерный воздух- зазор NS ось d ось q гидрогенератор

7

Синхронный генератор с цилиндрическим ротором
Турбина D »1 м L» 10 м Ось пара d-ось q-ось Обмотка статора Высокая скорость 3600 об / мин Þ 2-полюсный 1800 об / мин 4-полюсный î Прямое охлаждение ( с использованием водорода или воды в качестве хладагента) î Номинальная мощность до 2000 МВА Н Равномерный воздушный зазор Статор Обмотка ротора Ротор S Турбогенератор

9

Ротор генератора приводится в движение первичным двигателем.
Принцип работы Ротор генератора приводится в движение первичным двигателем. В обмотке ротора протекает постоянный ток, который создает вращающееся магнитное поле внутри машины. поле индуцирует трехфазное напряжение в обмотке статора генератора

Контроллер Inpower Enpower для всех электромобилей соответствовал популярному в настоящее время двигателю переменного тока Синхронный двигатель PMSM электромобилей / трехколесных мотоциклов | Переключатели для мотоциклов |

Лучший контроллер EVEtrike для всех электромобилей соответствовал популярным в настоящее время двигателям переменного тока Синхронным электродвигателям и трехколесным мотоциклам с синхронным управлением синхронным управлением двигателем

Подробная информация о спецификациях и технологиях, торговая марка Enpower, цены должны обсуждаться в сообщении или с помощью источника evetrike.com, или добавьте мой WhatsApp / Wechat: + 86-13735746658, имя в facebook или LinkedIn «William Qin».

Существует также еще одна ссылка на английскую версию программного обеспечения контроллера с кабелем, пожалуйста, проверьте там, можете предложить это, и мы ищем большие заказы, отправляемые полным контейнером или морским сборным контейнером, воздушной доставкой.

У нас есть все решения для электромобилей с полной системой трансмиссии, просто рассмотрите ваше требование и сообщите нам, нужен ли вам датчик / измеритель скорости, педаль газа или ручной дроссель и т. Д., Тогда мы можем предложить правильную систему без головной боли для вас, ура.

РЕГЕНЕРАЦИОННОЕ ТОРМОЖЕНИЕ

Рекуперативное торможение замедляет автомобиль и возвращает энергию обратно в аккумулятор, таким образом подзаряжая его.

Maten Industrial and Trading Co., Ltd занимается производством автозапчастей, предлагает все решения для электромобилей, от 2-х колесных, мотоциклетных, 3-х колесных и 4-х колесных эджипней до даже больших автобусов для быстрой перевозки. Торговля как одно из предприятий имеет более чем десятилетнюю историю развития EV Etrike. Компания руководствуется принципом «качество во-первых, репутация во-первых, взаимовыгодное сотрудничество» в деловых целях, все сотрудники улавливают стремительное развитие области электромобилей и имеют в ней большой опыт.Мы производим все металлические работы, полную конструкцию шасси, регулировку трансмиссии, программу управления и испытания, окончательное утверждение, завершающееся передовыми исследованиями, проектированием, производственными технологиями, завершающими идеальную систему, оснащенную передовыми средствами тестирования, устанавливаем полный набор управления качеством система и строгие правила и нормы, имеет хорошее качество технического персонала, отличную команду менеджеров в очень передовой индустрии электромобилей.

Продукция компании: коробка передач, двигатель, контроллер, свинцово-кислотный гель, литиевая батарея BMS и другие проверенные детали продаются по всей стране для ряда производителей автомобилей. E.грамм. Kangdi, Chery, Zotye, Changan, JAC и т. Д., А также экспортируются в зарубежные страны, например. На Филиппинах, в Нидерландах, Таиланде и т. Д. Продукты завоевали доверие и похвалу большинства пользователей. Новый маркетинговый отдел объединяет современную популярную передовую систему вождения, двигатель переменного тока или синхронный двигатель, электронную систему управления и идеальное решение для замены литиевых батарей BMS, различные высококачественные системы и аксессуары для четырехколесных электромобилей, предлагая очень высокое качество и разумную конкурентоспособность цена, идеальный сервис для клиентов без головной боли.Для получения дополнительной информации. и предысторию, вы можете отправить нам сообщение или электронное письмо, все части и решения можно обсудить подробнее, чтобы продолжить. Просто почувствуйте себя надежным и легким с нами, спасибо за поддержку друг друга.

Автоматическая коррекция коэффициента мощности | Электротехнические примечания и статьи

Что такое коэффициент мощности?

• Определение коэффициента мощности: Коэффициент мощности — это соотношение между кВт и кВА, потребляемыми электрической нагрузкой, где кВт — это фактическая мощность нагрузки, а кВА — полная мощность нагрузки.Это показатель того, насколько эффективно ток преобразуется в полезную работу, и, в частности, это хороший индикатор влияния тока нагрузки на эффективность системы питания.
• Весь ток вызывает потери как в системе подачи, так и в системе распределения. Нагрузка с коэффициентом мощности 1,0 обеспечивает наиболее эффективную загрузку источника питания. Нагрузка с коэффициентом мощности, скажем, 0,8, приводит к гораздо более высоким потерям в системе питания и более высокому счету для потребителя.Сравнительно небольшое улучшение коэффициента мощности может привести к значительному снижению потерь, поскольку потери пропорциональны квадрату тока.
• Когда коэффициент мощности меньше единицы, «недостающая» мощность известна как реактивная мощность, которая, к сожалению, необходима для создания намагничивающего поля, необходимого двигателям и другим индуктивным нагрузкам для выполнения их желаемых функций. Реактивную мощность также можно интерпретировать как заряд, намагничивание или потерянную мощность, и она представляет собой дополнительную нагрузку на систему электроснабжения и на счет потребителя.
• Низкий коэффициент мощности обычно является результатом значительной разницы фаз между напряжением и током на клеммах нагрузки, или это может быть связано с высоким содержанием гармоник или искаженной формой волны тока.
• Низкий коэффициент мощности обычно является результатом индуктивной нагрузки, такой как асинхронный двигатель, силовой трансформатор и балласт в светильнике, сварочном агрегате или индукционной печи. Искаженная форма волны тока может быть результатом работы выпрямителя, инвертора, привода с регулируемой скоростью, импульсного источника питания, разрядного освещения или других электронных нагрузок.
• Низкий коэффициент мощности из-за индуктивных нагрузок можно улучшить, добавив оборудование для коррекции коэффициента мощности, но низкий коэффициент мощности из-за искаженной формы сигнала тока требует изменения конструкции оборудования или добавления фильтров гармоник.
• Некоторые инверторы имеют коэффициент мощности лучше 0,95, тогда как в действительности фактический коэффициент мощности составляет от 0,5 до 0,75. Значение 0,95 основано на косинусе угла между напряжением и током, но не учитывает, что форма волны тока является прерывистой и, следовательно, способствует увеличению потерь.
• Индуктивная нагрузка требует для работы магнитного поля, и при создании такого магнитного поля ток оказывается не в фазе с напряжением (ток отстает от напряжения). Коррекция коэффициента мощности — это процесс компенсации запаздывающего тока путем создания опережающего тока путем подключения конденсаторов к источнику питания.
• P.F (Cos Ǿ) = кВт / кВА или
• P.F (Cos Ǿ) = Истинная мощность / Полная мощность.
• кВт — рабочая мощность (также называемая фактической мощностью, активной мощностью или реальной мощностью).
• Это сила, которая питает оборудование и выполняет полезную работу.
• KVAR — реактивная мощность.
• Это мощность, необходимая магнитному оборудованию (трансформатору, двигателю и реле) для создания намагничивающего потока.
• кВА — полная мощность.
• Это «векторное суммирование» KVAR и KW.

Коррекция коэффициента мощности смещения.

Асинхронный двигатель потребляет ток от источника питания, состоящего из резистивных и индуктивных компонентов.Активные компоненты:
1) Ток нагрузки.
2) Ток потери.
И индуктивные компоненты:
3) Реактивное сопротивление утечки.
4) Ток намагничивания.

• Ток из-за реактивного сопротивления утечки зависит от общего тока, потребляемого двигателем, но ток намагничивания не зависит от нагрузки на двигатель. Ток намагничивания обычно составляет от 20% до 60% от номинального тока полной нагрузки двигателя. Ток намагничивания — это ток, который устанавливает магнитный поток в железе и очень необходим, если двигатель собирается работать.
• Ток намагничивания фактически не влияет на фактическую рабочую мощность двигателя. Это катализатор, который позволяет мотору работать должным образом. Ток намагничивания и реактивное сопротивление утечки можно рассматривать как пассажирские составляющие тока, которые не влияют на мощность, потребляемую двигателем, но вносят вклад в мощность, рассеиваемую в системе питания и распределения.
• Возьмем, к примеру, двигатель с потребляемым током 100 А и коэффициентом мощности 0,75. Резистивная составляющая тока составляет 75 А, и это то, что измеряет счетчик кВтч.Более высокий ток приведет к увеличению потерь при распределении (100 x 100) / (75 x 75) = 1,777 или 78% к увеличению потерь питания.
• В интересах уменьшения потерь в системе распределения добавлена ​​коррекция коэффициента мощности для нейтрализации части тока намагничивания двигателя. Обычно скорректированный коэффициент мощности составляет 0,92 — 0,95
• Коррекция коэффициента мощности достигается добавлением конденсаторов параллельно подключенным цепям двигателя и может применяться на пускателе или на распределительном щите или распределительном щите.Результирующий емкостной ток является опережающим током и используется для компенсации запаздывающего индуктивного тока, протекающего от источника питания.

Статическая коррекция смещения (статическая компенсация).

• Поскольку большая часть индуктивного или запаздывающего тока в источнике питания обусловлена ​​током намагничивания асинхронных двигателей, каждый двигатель легко исправить, подключив корректирующие конденсаторы к пускателям двигателя.
• При статической коррекции важно, чтобы емкостной ток был меньше индуктивного тока намагничивания асинхронного двигателя. Во многих установках, использующих статическую коррекцию коэффициента мощности, корректирующие конденсаторы подключаются непосредственно параллельно обмоткам двигателя.
• Когда двигатель отключен, конденсаторы также отключены. Когда двигатель подключен к источнику питания, конденсаторы также подключаются, обеспечивая коррекцию в любое время, когда двигатель подключен к источнику питания. Это устраняет необходимость в дорогостоящем оборудовании для контроля и управления коэффициентом мощности.
• В этой ситуации конденсаторы остаются подключенными к клеммам двигателя, поскольку двигатель замедляется.Асинхронный двигатель, подключенный к источнику питания, приводится в действие вращающимся магнитным полем в статоре, которое индуцирует ток в роторе. Когда двигатель отключен от источника питания, на некоторое время возникает магнитное поле, связанное с ротором. Когда двигатель замедляется, он генерирует напряжение на своих клеммах с частотой, которая зависит от его скорости.
• Конденсаторы, подключенные к клеммам двигателя, образуют резонансный контур с индуктивностью двигателя. Если двигатель критически исправлен, (исправлен до коэффициента мощности 1.0) индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению на частоте сети, и поэтому резонансная частота равна частоте сети. Если двигатель чрезмерно скорректирован, резонансная частота будет ниже частоты сети. Если частота напряжения, генерируемого замедляющим двигателем, проходит через резонансную частоту скорректированного двигателя, в цепи двигатель / конденсатор будут большие токи и напряжения. Это может привести к серьезному повреждению конденсаторов и двигателя.Крайне важно, чтобы двигатели никогда не подвергались чрезмерной или критической коррекции при использовании статической коррекции.
• Статическая коррекция коэффициента мощности должна обеспечивать емкостной ток, равный 80% тока намагничивания, , который по существу является током открытого вала двигателя.
• Ток намагничивания асинхронных двигателей может значительно варьироваться. Обычно ток намагничивания для больших двухполюсных машин может составлять всего 20% от номинального тока двигателя, в то время как меньшие низкоскоростные двигатели могут иметь ток намагничивания до 60% от номинального тока полной нагрузки двигателя
• Если ток открытого вала не может быть измерен и ток намагничивания не указан, приблизительный уровень максимальной поправки, которую можно применить, может быть рассчитан на основе характеристик половинной нагрузки двигателя.Опасно основывать коррекцию на характеристиках двигателя при полной нагрузке, поскольку в некоторых случаях двигатели могут демонстрировать высокое реактивное сопротивление утечки, и корректировка до 0,95 при полной нагрузке приведет к чрезмерной коррекции без нагрузки или в отключенном состоянии.
• Статическая коррекция обычно применяется с использованием контактора E для управления двигателем и конденсаторами. Лучше использовать два контактора: один для двигателя и один для конденсаторов. Если используется один контактор, он должен быть рассчитан на емкостную нагрузку.Использование второго контактора устраняет проблемы резонанса между двигателем и конденсаторами.

Как работают конденсаторы

• Асинхронным двигателям, трансформаторам и многим другим электрическим нагрузкам требуется ток намагничивания (квар), а также фактическая мощность (кВт). Представляя эти составляющие полной мощности (кВА) в виде сторон прямоугольного треугольника, мы можем определить полную мощность по правилу прямоугольного треугольника: кВА2 = кВт2 + кВАр2.
• Чтобы уменьшить количество кВА, требуемое для любой данной нагрузки, необходимо сократить линию, представляющую квар.Именно это и делают конденсаторы. Подавая квар прямо на нагрузку, конденсаторы освобождают коммунальное предприятие от бремени переноса лишнего квар. Это делает систему передачи / распределения коммунальных услуг более эффективной, снижая затраты для коммунальных предприятий и их клиентов. Отношение фактической мощности к полной мощности обычно выражается в процентах и ​​называется коэффициентом мощности.

Что вызывает низкий коэффициент мощности?

• Поскольку коэффициент мощности определяется как отношение кВт к кВА, мы видим, что низкий коэффициент мощности возникает, когда кВт мал по сравнению с кВА.Индуктивные нагрузки. К индуктивным нагрузкам (которые являются источниками реактивной мощности) относятся:

1. Трансформаторы
2. Асинхронный двигатель
3. Генераторы индукционные (ветряные генераторы)
4. Освещение с разрядом высокой интенсивности (HID)

• Эти индуктивные нагрузки составляют основную часть энергии, потребляемой в промышленных комплексах.
• Реактивная мощность (кВАр), необходимая индуктивным нагрузкам, увеличивает полную мощность (кВА) в вашей распределительной системе.Это увеличение реактивной и полной мощности приводит к большему углу (измеренному между кВт и кВА). Напомним, что при увеличении косинус (или коэффициент мощности) уменьшается.

Почему я должен улучшать коэффициент мощности?

• Вы хотите улучшить коэффициент мощности по нескольким причинам. Вот некоторые из преимуществ повышения коэффициента мощности:

1) Уменьшение платы за коммунальные услуги:

(а). Снижение пикового спроса на выставление счетов за кВт:

• Индуктивные нагрузки, которым требуется реактивная мощность, вызвали у вас низкий коэффициент мощности.Это увеличение требуемой реактивной мощности (KVAR) вызывает увеличение требуемой полной мощности (KVA), которую поставляет коммунальное предприятие. Таким образом, низкий коэффициент мощности объекта заставляет коммунальное предприятие увеличивать свою генерирующую и передающую мощность, чтобы удовлетворить этот дополнительный спрос.
• Снижая коэффициент мощности, вы используете меньше кВАр. Это приводит к меньшему количеству киловатт, что эквивалентно долларовой экономии от коммунального предприятия.

(б). Устранение штрафа по коэффициенту мощности:

• Коммунальные предприятия обычно взимают с клиентов дополнительную плату, если их коэффициент мощности меньше 0.95. (Фактически, некоторые коммунальные предприятия не обязаны поставлять электроэнергию своему потребителю в любое время, когда коэффициент мощности потребителя падает ниже 0,85.) Таким образом, вы можете избежать этой дополнительной платы, увеличив свой коэффициент мощности.

2) Повышенная пропускная способность системы и снижение системных потерь в вашей электрической системе

• За счет добавления конденсаторов (генераторов KVAR) в систему повышается коэффициент мощности и увеличивается мощность системы в кВт.
• Например, трансформатор на 1000 кВА с коэффициентом мощности 80% обеспечивает мощность 800 кВт (600 кВАр) на главной шине.
• Увеличив коэффициент мощности до 90%, можно получить больше кВт на такое же количество кВА.
• 1000 кВА = (900 кВт) 2 + (? КВАр) 2
• КВАР = 436
• Мощность системы увеличивается до 900 кВт, а коммунальное предприятие поставляет только 436 кВт.
• Нескорректированный коэффициент мощности вызывает потери в энергосистеме вашей распределительной системы. Эти потери можно уменьшить, улучшив коэффициент мощности. В связи с нынешним ростом стоимости энергии очень желательно повысить эффективность установки.А с меньшими потерями в системе вы также можете добавить дополнительную нагрузку на вашу систему.

3) Повышенный уровень напряжения в вашей электрической системе и более эффективные двигатели охладителя

• Как упоминалось выше, нескорректированный коэффициент мощности вызывает потери в энергосистеме вашей распределительной системы. По мере увеличения потерь мощности может наблюдаться падение напряжения. Чрезмерные падения напряжения могут вызвать перегрев и преждевременный выход из строя двигателей и другого индуктивного оборудования.Таким образом, повышая коэффициент мощности, вы минимизируете эти падения напряжения на фидерных кабелях и избежите связанных с этим проблем. Ваши двигатели будут работать холоднее и эффективнее, с небольшим увеличением мощности и пускового момента.

Панель автоматической коррекции коэффициента мощности (APFC)

Повышение коэффициента мощности:

1. Пожалуйста, проверьте, установлены ли необходимые конденсаторы в кВАр.
2. Убедитесь, что тип установленного конденсатора подходит для применения, или конденсаторы имеют пониженный номинал.
3. Убедитесь, что конденсаторы постоянно включены. Конденсатор не отключается
4. , когда нагрузка не работает, при таких условиях средний коэффициент мощности оказывается ниже.
5. Проверьте, все ли конденсаторы работают в APFC в зависимости от нагрузки.
6. Проверьте, работает ли APFC, установленный в установке. Убедитесь, что подключение ТТ осуществляется со стороны главного ввода трансформатора, после исправления компенсации трансформатора.
7. Проверьте, не увеличилась ли потребность в нагрузке в системе.
8. Проверьте, предусмотрена ли компенсация силового трансформатора.

Thumb Rule, если известно HP.

• Компенсацию двигателя следует рассчитывать, используя данные с паспортной таблички двигателя или
• конденсатор должен быть рассчитан на 1/3 HP

КВАр, необходимое для компенсации трансформатора:

Требуется трансформатор КВА

• <= 315 кВА T.C = 5% кВА
• 315 ​​кВА до 1000 кВА = 6% от кВА
• > = 1000 кВА = 8% от кВА

Куда подключить конденсатор:

• Исправная компенсация должна быть предусмотрена для ухода за силовым трансформатором. Силовые и распределительные трансформаторы, работающие по принципу электромагнитной индукции, потребляют реактивную мощность для собственных нужд, даже если вторичная обмотка не подключена к какой-либо нагрузке.В такой ситуации коэффициент мощности будет очень низким. Для повышения коэффициента мощности необходимо подключить конденсатор постоянной емкости или конденсаторную батарею на стороне LT трансформатора. Для примерного кВАр конденсаторов требуется
• Если установка имеет различные малые нагрузки со смесью больших нагрузок, то следует рекомендовать APFC. Обратите внимание, что APFC должен иметь минимальный рейтинг шага 10% как меньший шаг.
• Если нагрузка небольшая, конденсатор следует подключать параллельно нагрузке.Подключение должно быть таким, чтобы при включении нагрузки конденсатор также включался вместе с нагрузкой.
• Обратите внимание, что панель APFC может поддерживать коэффициент мощности на стороне НТ трансформатора, и необходимо обеспечить фиксированную компенсацию для силового трансформатора.
• Если в установке нет трансформатора, то на входе главного выключателя установки должен быть предусмотрен трансформатор тока для измерения коэффициента мощности.

Расчет необходимого конденсатора:

• Предположим, что фактическая P.F составляет 0,8, требуемый коэффициент мощности равен 0,98, а общая нагрузка составляет 516 кВА.
• Коэффициент мощности = кВт / кВА
• кВт = кВА x коэффициент мощности
• = 516 х 0,8 = 412,8
• Требуемый конденсатор = кВт x множитель
• = (0,8 x 516) x коэффициент умножения
• = 412,8 x 0,547 (См. Таблицу, чтобы найти значение в соответствии с P.F 0.8 — P.F 0.98)
• = 225,80 кВар

Коэффициент умножения для расчета кВАр

Целевой PF

Действительно ли частотно-регулируемые приводы улучшают коэффициент мощности двигателей переменного тока?

Коэффициент мощности — это, по сути, показатель того, насколько эффективно часть оборудования (или все предприятие) использует электричество для выполнения полезной работы, такой как обогрев, освещение или движение.Электроэнергетические компании контролируют коэффициент мощности и часто взимают с клиентов штраф, если их коэффициент мощности падает ниже установленного порога — обычно 0,90 или выше.

К счастью, большинство электрических нагрузок в жилых зданиях являются резистивными (например, отопление и освещение) и имеют высокий коэффициент мощности, поэтому потребители обычно не подвергаются этой метрике. С другой стороны, промышленные предприятия обычно имеют высокие индуктивные нагрузки, которые значительно снижают их коэффициент мощности. Например, асинхронные двигатели переменного тока, которые используются для привода насосов, вентиляторов, компрессоров и конвейеров, имеют относительно низкие коэффициенты мощности, даже когда их мощность используется в полную силу.А когда эти двигатели слегка нагружены, их коэффициент мощности падает еще ниже, иногда приближаясь к нулю.

Когда асинхронный двигатель сильно нагружен (вверху), формы сигналов напряжения и тока почти синфазны (небольшое смещение), а коэффициент мощности высокий. Когда двигатель слегка нагружен (внизу), формы волны не совпадают по фазе (большое смещение) и коэффициент мощности низкий.
Изображение предоставлено: Yaskawa America

Существует несколько методов повышения коэффициента мощности на промышленном объекте, но когда главными виновниками являются асинхронные двигатели, особенно асинхронные двигатели, не работающие при полной нагрузке, применение частотно-регулируемых приводов (VFD) является часто лучшее решение.

Напомним, что в асинхронном двигателе переменного тока мощность подается непосредственно на статор, а магнитное поле индуцируется в роторе. Мощность, подаваемая на статор, называется «реальной» или «активной» мощностью, поскольку она создает крутящий момент. Мощность, используемая для создания магнитного поля в роторе, называется «реактивной» мощностью, поскольку она не производит активной работы. Комбинация активной и реактивной мощности называется «полной» мощностью. Реальная, реактивная и полная мощность часто изображается на треугольнике мощности.

В идеальной системе коэффициент мощности (PF _D ) представляет собой косинус θ, который равен реальной мощности (P), деленной на полную мощность (S).

Обратите внимание на нижний индекс D в обозначении коэффициента мощности. В треугольнике мощности θ представляет собой смещение на (разность фаз) между напряжением и током. Таким образом, это выражение коэффициента мощности часто называют коэффициентом мощности смещения , PF _D .

Для резистивных нагрузок вся (или почти вся) используемая мощность — это реальная мощность, которая производит полезную работу — например, тепло или свет. Следовательно, ток и напряжение остаются в фазе (θ = 0), а коэффициент мощности близок к единице (т. Е. 1). Но реактивная мощность, необходимая для индуктивных нагрузок — например, для индукции магнитного поля в роторе — имеет тенденцию сдвигать ток по фазе с напряжением (следовательно, больший угол θ), вызывая более низкий коэффициент мощности.

Количество реальной мощности , требуемой асинхронному двигателю, зависит от нагрузки, но количество реактивной мощности (мощность, необходимая для создания магнитного поля ротора) является постоянным независимо от нагрузки.Таким образом, когда асинхронный двигатель слегка нагружен, отношение реальной мощности к полной уменьшается, что приводит к более низкому коэффициенту мощности.

Использование частотно-регулируемых приводов для управления асинхронными двигателями может улучшить коэффициент мощности, но это не панацея, которую предлагают некоторые производители.

Преобразователи частоты обычно имеют очень высокие значения PF _D . Это связано с тем, что конденсаторы шины постоянного тока подают на двигатель необходимый реактивный ток для создания магнитного поля ротора, а линия питания переменного тока должна подавать только действительной мощности .Это означает, что напряжение и ток остаются почти идеально синфазными, с очень небольшим смещением, а коэффициент мощности может быть равным или близким к единице.

Но частотно-регулируемые приводы также вносят гармонические искажения тока. А поскольку гармонические токи не производят полезной работы, они являются реактивными, что сводит на нет некоторые преимущества коэффициента мощности частотно-регулируемого привода.

Чтобы определить истинный коэффициент мощности PF _T , который учитывает влияние гармонических искажений, мы используем уравнение:

THD = полное гармоническое искажение тока

К счастью, есть способы уменьшить гармонические искажения, вызванные ЧРП, и минимизировать их влияние на коэффициент мощности.Для частотно-регулируемых приводов, в которых используется стандартный диодный выпрямитель, добавление импеданса через сетевой дроссель или дроссель звена постоянного тока уменьшит THD.

Другой вариант — использовать активный внешний привод (AFE), который представляет собой частотно-регулируемый привод, который использует IGBT, а не диоды, для преобразования входящей мощности переменного тока в постоянный. Активные фронтальные приводы имеют значительно более низкий коэффициент нелинейных искажений, чем стандартные диодные выпрямители. Например, привод AFE обычно имеет THD около 5 процентов, тогда как стандартный VFD с диодным выпрямителем может иметь THD в диапазоне 45 процентов.

Q: Почему коммунальное предприятие заботится о том, насколько эффективно завод или оборудование использует поставляемую электроэнергию?

A: Поскольку низкий коэффициент мощности вызывает более высокие линейные токи, которые создают большую нагрузку (в основном в виде тепла) на кабели, трансформаторы и другое оборудование.