Проверка кабельной сети по потерям напряжения при пуске наиболее мощного и удалённого электродвигателя

Допустимое минимальное напряжение на зажимах электродвигателя при пуске

где к – минимальная кратность пускового момента электродвигателя, обеспечивающая трогание с места и разгон исполнительного органа рабочей машины;

М_{пуск.дв}/М_н.дв– соотношение пускового и номинального момента для данного типа электродвигателя [3];

Суммарные потери напряжения при пуске в любой ветви определяются как

где ΔU_{тр. пуск}– потери напряжения в трансформаторе при пуске наиболее мощного и удалённого электродвигателя;

∑ΔU_{к. пуск}– суммарные потери напряжения при пуске в рассматриваемой кабельной ветви участка.

где I_пуск– пусковой ток запускаемого электродвигателя;

r_тр,x_тр– соответственно активное и реактивное сопротивление трансформатора, принимаются по [1, с.511, таблица 20.4];

cosφ_п– коэффициент мощности электродвигателя в пусковом режиме, принимаетсяcosφ_п=0,5.

где n_дв– количество одновременно запускаемых двигателей;

r_к,x_к– соответственно активное и реактивное сопротивление кабеля.

Таблица 7 Проверка кабельной сети по пуску самого мощного и удалённого двигателя

Трансформаторная подстанция	Потребитель	Iпуск, А	ΔU∑пуск, В	Uпуск, В	Uдоп, В

Проверка кабельной сети по сопротивлению изоляции и ёмкости

Устойчивая работа реле утечки, обеспечивающего контроль сопротивления изоляции в низковольтных сетях шахты, возможна при условии

где r_ф– фактическое сопротивление изоляции фазы относительно земли, кОм/фазу;

r_кр– критическое сопротивление изоляции сети, принимается 60 кОм/фазу для сетей 1140 В и 30 кОм/фазу – для сетей 660 В.

Ожидаемое сопротивление изоляции фазы для всей электрически связанной сети

где n_дв.з,n_дв,n_ап,n_тр,n_к– соответственно количество двигателей на забойных машинах, на других механизмах, количество защитной и коммутационной аппаратуры, силовых трансформаторов и кабелей;

r_дв.з,r_дв,r_ап,r_тр,r_к– минимально допустимое сопротивление изоляции этих элементов сети, МОм/фазу.

Согласно [2] сопротивление изоляции относительно земли электрических установок и кабелей на номинальные напряжения 127-1140 в должно быть не ниже следующих норм:

• электродвигателей угледобывающих и проходческих машин – 0,5 МОм/фазу;

• электродвигателей других шахтных машин, осветительных трансформаторов, пусковых агрегатов и ручных электросвёрл – 1 МОм;

• пусковой и распределительной аппаратуры, бронированных и гибких кабелей любой длины – 1 МОм/фазу.

Проверка кабельной сети по сопротивлению изоляции сведена в таблицу 8.

Таблица 8 Проверка кабельной сети по сопротивлению изоляции

Трансформаторная подстанция	nдв.з	nдв	nап	nтр	nк	rф, кОм/фазу

Расчёт ёмкости кабельной сети участка сведён в таблицу 9.

Таблица 9 Расчёт ёмкости кабельной сети участка

Трансформаторная подстанция	Обозначение кабеля на схеме	Марка кабеля	Длина кабеля, км	Средняя величина ёмкости, мкФ/км	Ёмкость кабеля мкФ/фазу	Ёмкость сети, мкФ/фазу	Общая Ёмкость сети

Общая ёмкость сети с учётом ёмкости электродвигателей и электрических аппаратов

Падение напряжения при запуске двигателя

О ЧЕМ ГОВОРЯТ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК

О ЧЕМ ГОВОРЯТ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК

Как проверить — знают многие, как должно быть — известно не всем.

Василий СИНЬКЕВИЧ, Валерий КИРСАНОВ, СКБ «Камертон» (Минск)

В наши дни проверку-диагностику электрических систем автомобиля не только в солидном автосервисе, но и во многих малых мастерских все чаще ведут специальными приборами-автотестерами. Конструкция их (равно как и цена) зависит от количества и точности измеряемых параметров. Для автолюбителей же предназначены простейшие приборы, измеряющие напряжение, ток, электрическое сопротивление, а также частоту вращения коленчатого вала. Выполнить эти измерения способны почти все, кто за рулем, а вот о чем говорят полученные данные, знает далеко не каждый.

Рассмотрим диагностику агрегатов электроснабжения автомобиля — аккумулятора и генератора. Чтобы оценить состояние батареи, к ее выводам подключаем автотестер (можно использовать и обыкновенный тестер-автометр). Для всех автомобилей напряжение на аккумуляторе без нагрузки (то есть без работающих потребителей) должно быть в среднем 12,6 В. Если оно меньше, аккумулятор частично разряжен или неисправен, а потому будет вращать стартер медленнее. О степени разряженности можно судить по приведенной таблице.

На СТО емкость аккумулятора оценивают с помощью нагрузочной вилки. Это, проще говоря, набор сопротивлений (шунтов), подключаемых к батарее.

Измеряя напряжение вольтметром автотестера, можно в качестве нагрузки включить габаритные огни и дальний свет. Ток разряда при такой нагрузке (проверено неоднократно) будет 5–6 А. Если при этом напряжение не падает ниже 11,5 В, батарея в порядке.

Напряжение на клеммах аккумулятора при пуске двигателя стартером не должно падать ниже 9,5 В. В противном случае неисправен стартер (потребляет очень много энергии). При этом чем он старше, тем сильнее окислены все его контакты — щеток, реле и т.п. В некоторых случаях из-за этого пусковой ток может достигать огромной величины — 150–200 А.

Кстати, об измерении тока. Обычно для этого амперметр включают в разрыв цепи. В автомобиле разрывать цепи нежелательно, да и не все приборы смогут зафиксировать такие большие значения, как при пуске двигателя. В мотортестерах применяют специальные, не требующие разрыва цепи накладные датчики. В них используют эффект изменения напряженности магнитного поля при прохождении тока определенной величины. Таким измерениям не мешает и изоляция проводов.

Продолжаем проверку. Пустив двигатель, контролируем напряжение на выводах аккумулятора и ток заряда. В работу включаются еще два важнейших узла электрооборудования автомобиля — генератор и реле-регулятор напряжения. Через несколько секунд после пуска напряжение на выводах поднимается выше 12,6 В. Генератор начинает заряжать аккумулятор. Увеличиваем обороты двигателя до 2000 в минуту и контролируем напряжение заряда. Нормальное значение — от 13,8 до 14,5 В.

Работу генератора под нагрузкой можно оценить, включив фары. Напряжение должно быть выше 13,8 В. Если оно ниже (12,6–13 В), надо проверить натяжение ремня привода генератора. Причиной низкого напряжения могут быть и дефекты самого генератора. Но если он работает исправно, то искать причину следует в реле-регуляторе. В старых механических реле напряжение можно поднять регулировкой его нижнего уровня. В современных электронных регулировка невозможна, поэтому надо проверить надежность их контактов с цепью. Они в порядке — значит, неисправно реле.

Если напряжение, преодолев рубеж 14,5 В, продолжает расти, то регулируем электромеханическое реле или заменяем электронное.

Ток заряда после пуска двигателя обычно составляет 6–10 А и по мере работы двигателя и заряда аккумулятора падает при выключенных потребителях до нуля.

Оценим напряжение в других точках системы электрооборудования. Разница между напряжением, измеренным на аккумуляторной батарее, и напряжением между ее «минусом» и «батарейным» (сетевым) контактом на катушке зажигания подскажет о потерях в цепи, идущей от аккумулятора к катушке. Они должны быть минимальны — не выше 1 В. Если на автомобиле установлена катушка, не имеющая балластного резистора (дополнительного сопротивления как в «Москвиче» прежних моделей, ИЖе) или если резистор подключен со стороны батареи и разница больше 1 В, причину следует искать в надежности контактов проводов с приборами, в первую очередь — в замке зажигания. Такой, казалось бы, пустяк, а ведь из-за него во вторичной обмотке катушки зажигания выработается высокое напряжение меньше номинального значения. Это приведет к уменьшению энергии искры и, как следствие, к снижению мощностных характеристик двигателя.

У катушек с балластным резистором (на выводе после балластного резистора) напряжение должно быть в пределах 5–9 В. При плохих контактах в подводящих проводах или неисправностях резистора напряжение может быть меньше 5 В. Если же оно выше 9 В, то, возможно, произошло короткое замыкание балластного резистора.

Измерив напряжение между «минусом» аккумулятора и тем контактом катушки зажигания, который соединен с прерывателем, можем оценить степень чистоты контактов прерывателя в наших старых классических моделях автомобилей. В механических прерывателях на это следует обратить внимание, когда величина напряжения больше 0,3 В. Если контакты в порядке, надо проверить надежность соединения опорной платы внутри прерывателя с «массой». Возможной причиной повышения напряжения могут быть также ненадежное соединение прерывателя с «массой» или неисправность конденсатора.

Вот так, выполняя измерения всего в трех точках электрооборудования автомобиля, можно оценить работу источников тока.

ЗАВИСИМОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫВОДАХ БАТАРЕИ ОТ СТЕПЕНИ ЕЕ РАЗРЯЖЕННОСТИ

Напряжение аккумулятор- 12,6 12,0 11,6 11,3 10,5

Всем привет! Парни имеется проблема, нужна помощь! При запуске 406 двигателя большая просадка напряжения. Стрелка амперметра уходит далеко в красную зону. Двигатель запускается сначала бодро, но с каждым последующим запуском, заводится все труднее, по причине разряда аккумулятора. Зарядка на аккумулятор идет, т.к. при скинутой с АКБ массе, двигатель не глохнет, работает без изменений. Грешу на стартер. Возможно ли что где-то в обмотке стартера КЗ, но он при этом крутит и заводит двигатель, при этом «высасывая» батарею? Или может еще какая причина?

Комментарии 37

Такая же история, думаю сменить таблЭтку в гене. Хотя может это и стартер. Вольтаж сильно прыгает при включении света, печки, вентилятора охлаждения. Даже обороты слегка падают…

У меня было из-за стартера.То-ли обмотка перемыкала, то-ли статор под нагрузкой перекашивало.Вылечил заменой.

При чём здесь стартер? Начни с АКБ. У тебя все признаки разряженной батареи. Причин море от недозаряда до уставшей АКБ.

Да нет…аккум в норме. Я выше в комментах писал…

Если КЗ в стартере или износ втулок стартер крутит с провалами как бы клин ловит. У тебя бодро потом потихоньку тухнет. У тебя двс какой?

Для 406-го маловата батарей, плотность какая? Возможно устаёт, бери 74-77 Ач, проверь токи утечки. Проверь напругу после стоянки перед запуском если меньше 11.5 плохо.

У меня на Соболе движок ЗМЗ 40522. С завода шла АКБ 6СТ-50Ач. При выборе емкости АКБ в первую очередь важен ток холодной прокрутки АКБ — он должен быть не меньше, чем потребляет стартер, а лучше больше — с запасом. Если будет наоборот — АКБ быстро сдохнет.
Вот на этом бусике www.drive2.ru/r/gmc/1056484/ установлена АКБ всего на 50 Ач, но ток холодной прокрутки она имеет 815 А (!), и при пуске мощного V8 так прёт движок, шо кажется что он пойдет в разнос !))) Вот здесь об этом чуть подробнее — www.drive2.ru/l/459837754042244843/
А так, конечно, согласен с Вами, что для Волги, Соболя лучше брать АКБ с емкостью не меньше 70 Ач. Сам такой (6CТ-77) недавно поставил на Соболь.

АКБ возможно старый и плохо держит нагрузку это в первую очередь
стартер втулки разбиты и т.д.
ну и сам генератор надо тоже проверить на нагрузку держит он её или нет- может там межветковое замыкание
ну начинать надо с АКБ

Батарейка 62 А, 2013 года, заряжена, плотность в норме. А вот в плане остального вопрос конечно. Я думаю что причина все-же больше в стартере чем в генераторе. Просадка именно при запуске. Хотя на заведенном двиге. при подаче нагрузки т.е свет, печка, и т.д. стрелка ампера отклоняется, но в пределах нормы. Х.З…

Подписаться на тему
Уведомление на e-mail об ответах в тему, во время Вашего отсутствия на форуме.

Подписка на этот форум
Уведомление на e-mail о новых темах на форуме, во время Вашего отсутствия на форуме.

Скачать/Распечатать тему
Скачивание темы в различных форматах или просмотр версии для печати этой темы.

Расчет сетей на колебания напряжения при пуске электродвигателя

Любую электрическую сеть следует проверять на колебания напряжения при пуске двигателя.

В момент пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя на его зажимах допускаются колебания напряжения U_t > –30 %, если начальный момент приводного механизма не превышает 1/3 номинального момента электродвигателя. При этом на зажимах любого из числа остальных работающих двигателей напряжение не должно снижаться больше чем на 20 % от U_н сети. Колебания напряжения в сети при пуске двигателя определяют по приближенной формуле:

(41)

где Z_с – полное сопротивление сети, Ом. При пуске электродвигателя, подключенного к линии, запитанной от трансформатора, полное сопротивление сети равно:

Z_c = Z_Л + Z_тр, (42)

где Z_Л – полное сопротивление ВЛ; Z_тр – полное сопротивление трансформатора

(43)

где U_к % – напряжение короткого замыкания трансформатора.

Полные сопротивления короткого замыкания трансформаторов 10/0,4 кВ равны:

Sтр-ра, кВ∙А
Zтр, Ом	0,65	0,41	0,32	0,163	0,103	0,072

 

При пуске электродвигателя от синхронного генератора полное сопротивление сети

Z_c = Z_г + Z_Л, (44)

где Z_г – полное сопротивление генератора, равное

(45)

где ОКЗ – отношение короткого замыкания генератора [1]; Z_эп – полное сопротивление короткого замыкания асинхронного двигателя, Ом, определяемое уравнением

(46)

где К_п – кратность пускового тока (приводится в паспортных данных электропривода).

Задача 2.18

В какой точке сети, изображенной на рис. 2.19, можно подключить асинхронный короткозамкнутый двигатель мощностью 25 кВт, с номинальным напряжением 380 В и кратностью пускового тока К = 5,5. Сопротивления участков сети сведены в табл. 2.6. Мощность трансформатора 100 кВ∙А.

 

Рис. 2.19. Схема сети 10 и 0,38 кВ

Приводим сопротивление линии 10 кВ участка сети А-ТП к напряжению 0,38 кВ:

(47)

Таблица 2.6

Результаты расчетов сопротивлений участков ВЛ 0,38 кВ

Участок сети	Марка провода	Активное сопротивление провода rо, Ом/км	Индуктивное сопротивление провода xo, Ом/км	Полное сопротивление провода Zо, Ом/км	Сопротивление участка Z, Ом
А-ТП	АС35	0,77	0,352	0,85	4,25
ТП-1	А50	0,58	0,341	0,68	0,075
1-5	А16	1,8	0,377	1,84	0,386
1-2	А35	0,83	0,352	0,9	0,9
2-3	А16	1,8	0,377	1,84	0,184
2-4	А16	1,8	0,377	1,84	0,147

 

Сопротивление трансформатора мощностью 100 кВ∙А

Z_тр = 0,072 Ом.

Определяем сопротивление двигателя при пуске по формуле (46):

Определяем колебания напряжения V_t, %, при запуске двигателя в точке 5 (см. рис. 2.19):

Двигатель в точке 5 не запустится.

Проверяем запуск двигателя в точке 1 (см. рис. 2.19):

Двигатель в точке 1 запустится.

Проверяем запуск двигателя в точке 2 (см. рис. 2.19):

Двигатель в точке 2 запустится.

Проверяем запуск двигателя в точке 3 (см. рис. 2.19):

Двигатель в точке 3 не запустится.

Проверяем запуск двигателя в точке 4:

Двигатель в точке 4 не запустится.

2.9. Определение оптимальных надбавок трансформаторов
и допустимой потери напряжения в сети

В соответствии с ГОСТ 13109–97 норы отклонений напряжения у потребителей допускаются ± 5 % от номинального в течение 95 % времени суток.

Допустимую максимальную потерю напряжения в сети следует определить исходя из указанных норм отклонений напряжения с учетом элементов сети и режимов нагрузки.

Генератор обеспечивает либо постоянное напряжение на шинах на 5 % выше номинального напряжения сети, либо режим встречного регулирования напряжения в пределах от 0 до +10 %.

Трансформаторы, регулируемые вручную на холостом ходу (ПБВ), дают надбавку напряжения от 0 до +10 % ступенями по 2,5 %, если они применяются для понижения напряжения, и надбавку от 0 до –10 %, если их использовать для повышения напряжения.

Надбавки напряжения трансформаторов с регуляторами под нагрузкой (РПН) зависят от мощности и напряжения трансформаторов.

Потеря напряжения в трансформаторах определяется формулой:

(48)

где S_max – расчетная мощность; S_н – номинальная мощность трансформатора; U_ка%, U_кр% – активная и реактивная потери напряжения короткого замыкания трансформатора:

(49)

(50)

где Р_м – потери короткого замыкания; потери в меди трансформатора; U_к% – напряжение короткого замыкания, %.

Обычно в трансформаторах, применяемых в сельских сетях, потеря напряжения при номинальной нагрузке составляет 4…5 %, что и принимают при определении допустимой потери напряжения в сети.

Допустимую потерю напряжения в сети находят для двух режимов нагрузки: максимального и минимального. При этом в режиме максимальной нагрузки рассматривают наиболее удаленный потребитель, отклонения напряжения у которого не должны превышать –5 %.

В режиме минимальных нагрузок, которые составляют 25 % от максимальных, проверяют ближайший потребитель – у него отклонения напряжения не должны превышать +5 % от номинального напряжения.

 

Задача 2.19

Определить допустимую максимальную потерю напряжения в сети, питающейся от сельской электростанции, и выбрать надбавки на трансформаторах (рис. 2.20) для двух случаев:

на генераторе поддерживается режим постоянного напряжения, равного U_г = 1,05U_н линии;

генератором осуществляется встречное регулирование напряжения с надбавкой напряжения +6 % при максимальной нагрузке; +1 % – при минимальной нагрузке.

Рис. 2.20. Схема сети

Составляем таблицу потерь и отклонений напряжения для первого случая (постоянное напряжение на генераторе) (табл. 2.7).

Потери напряжения в трансформаторах при максимальной нагрузке принимаем равными 4 %, а при минимальной – 1 %, что соответствует действительным значениям.

В таблицу вносим известные величины. Во-первых, это значения отклонений напряжения у потребителей, которые по ГОСТ 13109–97 равны ± 5 % от U_н. Уровни напряжения на генераторе, %, от U_н. Потери напряжения в трансформаторе (тоже, %, от U_н). Наибольшая надбавка на трансформаторе 0,4/10 кВ равна +0 %, поэтому выбираем ее.

Таблица 2.7

Значения отклонений и потерь напряжения в сети

Элементы сети	Отклонения напряжения при постоянном напряжении на генераторе	Отклонения напряжения при встречном регулировании напряжения на генераторе
ТП2	ТП1	ТП2	ТП1
Нагрузка, %	Нагрузка, %
Генератор	+5	+5	+5	+5	+6	+1	+6	+1
Трансформатор 0,4/10 кВ
надбавка
потери	–4	–1	–4	–1	–4	–1	–4	–1
Линия 10 кВ	–2	–0,5			–6	–1,5
Трансформатор 0,4/10 кВ
надбавка	+2,5	+2,5			+7,5	+7,5	+5	+5
потери	–4	–1	–4	–1	–4	–1	–4	–1
Линия 0,38 кВ	–2,5		–2		–4,5		–8
Потребитель	–5 (в)	+5 (а)	–5 (d)	+3 (с)	–5 (в)	+5 (а)	–5 (d)	+4 (с)

 

Для удаленного понижающего трансформатора ТП 10/0,4 (№ 2) принимаем надбавку +2,5 %. Тогда суммарная допустимая потеря напряжения в линиях 10 и 0,38 кВ в режиме максимальной нагрузки и при отклонении –5 % составляет:

ΔU_{ВЛ10 и 0,38} = +5 + 0 – 4 + 2,5 – 4 – (–5) = + 4,5 %.

Распределяем потерю напряжения между линиями 10 и 0,38 кВ приблизительно поровну, но, предполагая потери на ВЛ 0,38 кВ несколько большими, так как ее сечение меньше, заносим их в табл. 2.7 (2 % и 2,5 %). Эти потери напряжения соответственно заносят со знаком минус. Затем проверяем отклонения напряжения у ближайшего потребителя в точке «а» схемы (см. рис. 2.20) в период минимальных нагрузок. Поскольку минимальная нагрузка при таких расчетах всегда принимается 25 % от максимальной [2], то потери напряжения в отдельных элементах сети снизятся в 4 раза по сравнению с режимом максимальных нагрузок.

Подставив в таблицу значения потерь напряжения в трансформаторах и линии 10 кВ (в линии 0,38 кВ потери напряжения равны нулю, так как потребитель «а» подключен непосредственно к шинам трансформатора), проверяем отклонения напряжения у потребителя «а»:

V_а²⁵ = +5 – 1 – 0,5 + 2,5 – 1 = +5 %.

Определим допустимую потерю напряжения в линии 0,38 кВ для ближайшего ТП № 1. Задавшись надбавкой трансформатора 0 %, находим допустимую потерю напряжения в линии 0,38 кВ:

ΔU_доп¹⁰⁰ = +5 – 4 – 4 – (–5) = +2 %.

Проверяем отклонения напряжения у потребителя (см. рис. 2.20) в режиме минимальных нагрузок:

V_с²⁵ = +5 – 1 – 1 = +3 % < 5 %.

Если принять надбавку напряжения на ступень большую (+2,5 %), то отклонения напряжения будут больше допустимых.

Заполняем табл. 2.7 для режима встречного регулирования напряжения на генераторе:

V_г¹⁰⁰ = +6; V₁²⁵ = +1.

Принимаем надбавку на удаленном трансформаторе +7,5 %. Тогда суммарная допустимая потеря напряжения в линиях 10 и 0,38 кВ составит:

ΔU_{ВЛ 10 и 0,38}¹⁰⁰ = +6 – 4 + 7,5 – 4 – (–5) = 10,5 %.

Распределяем потерю напряжения между линиями 10 и 0,38 кВ как –6 и -4,5 %. Проверяем отклонение напряжения у потребителя «а» в режиме минимальных нагрузок:

V_а²⁵ = +1 – 1 – 1,5 + 7,5 – 1 = +5 %.

Принимаем надбавку трансформатора ближайшего ТП1 +5 %.

Тогда допустимая потеря напряжения в линии 0,38 кВ

ΔU_{ВЛ 0,38}¹⁰⁰ = +6 – 4 + 5 – 4 – (–5) = +8 % (вносим в таблицу со знаком минус).

Проверяем отклонения напряжения у ближайшего потребителя в точке «с» в режиме минимальных нагрузок:

V_с²⁵ = +1 – 1 + 5 – 1 = +4 % < 5 %.

Анализ результатов расчетов показывает, что встречное регулирование напряжения на генераторе позволяет увеличить допустимую потерю напряжения в линиях в 1,5…2 раза.

Задача 2.20

Определить допустимую потерю напряжения в линиях 35, 10, 0,38 кВ для схемы, изображенной на рис. 2.21.

Уровни напряжения на шинах 35 кВ составляют V¹⁰⁰ = +2 % и V²⁵ = 0 % от номинального напряжения. Расчет провести для случаев без регулятора напряжения и при его наличии. Регулятор напряжения под нагрузкой (РПН) имеет шесть ступеней регулирования в сторону увеличения и в сторону снижения по 1,5 % каждая для трансформаторов с высшим напряжением 35 В (±6×1,5 %).

Потери напряжения в линии 35 кВ заданы равными 4 %:

 

Рис. 2.21. Схема сети

Составляем таблицу отклонения напряжения (табл. 2.8).

Таблица 2.8

Отклонения напряжения

Элементы сети	Отклонения напряжения, %, при нагрузке, %
Без регулятора	С регулятором
Шины 35 кВ	+2		+2
ВЛ 35 кВ	–4	–1	–4	–1
РТП 35/10 кВ
потери	–4	–1	–4	–1
надбавка	+5	+5	+5	+5
Регулятор (РПН)	–	–	+1,5×4	–1,5×2
ВЛ 10 кВ	–1,2	–0,3	–6,5	–1,6
ТП 10/0,4 кВ
потери	–4	–1	–4	–1
надбавка	+2,5	+2,5	+7,5	+7,5
ВЛ 0,38 кВ	–1,3		–7
Потребитель	–5	+4,2	–5	+4,9

 

Для случая без регулятора получаем допустимую потерю напряжения в линиях 10 и 0,38 кВ

ΔU_в¹⁰⁰ = +2 – 4 – 4 + 5 – 4 + 2,5 – (–5) = 2,5 %.

Принимаем потери напряжения в линиях 10 кВ – 1,2 % и 0,38 кВ – 1,3, т.е. очень малые:

V²⁵ = –1 – 1 + 5 – 0,3 – 1 + 2,5 = +4,20 < 5 %.

Бóльшую надбавку на трансформаторах 35/10 кВ и 10/0,4 кВ выбрать нельзя, так как тогда у ближайшего потребителя «в» отклонения напряжения выйдут за допустимые пределы +5 %.

В рассматриваемой схеме электроснабжения нельзя обойтись без регулятора напряжения под нагрузкой.

Применяя регулятор напряжения, можно добавить в максимум нагрузки (1,5 × 4 = 6 % U_н) и убрать (–1,5 × 2 = –3 % U_н) в минимумах электрической нагрузки. Это дает возможность допустить потери напряжения в линии 10 кВ 6,5 % вместо 1,2 без РПН, а в линии 0,38 кВ – –7 % вместо 1,3 без РПН, что приводит к значительной экономии металла.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Работа 1. Исследование режимов работы линии с двухсторонним питанием

Содержание работы

1. Определить опытным путем точки токораздела активных и реактивных токов (или мощностей): при одинаковом напряжении питающих пунктов А и В и при двух различных значениях сопротивлений нагрузок z_н; при неодинаковых напряжениях питающих пунктов А и В и при двух различных значениях z_н.

2. Определить наибольшую потерю напряжения в линии при наиболее тяжелом послеаварийном режиме (т.е. при питании всех нагрузок либо от источника А, либо от источника В и наибольшей нагрузке z_н).

3. Найти распределение мощностей по участкам сети аналитическим путем.

4. Подсчитать максимальные потери напряжения в нормальном и наиболее тяжелом аварийном режимах работы линии.

5. Результаты измерений и вычислений свести в таблицы и построить графики изменения вдоль линии значений тока, напряжения, активной и реактивной мощностей.

6. Сравнить экспериментальные и расчетные данные и дать заключение по выполненной работе.

Общие сведения

Линии с двухсторонним питанием в последнее время получают все более широкое распространение в практике сельского электроснабжения.

Основное преимущество их заключается в повышении надежности электроснабжения. Недостатками являются: большие затраты при сооружении, трудоемкость расчетов и сложная релейная защита.

Сложность расчета замкнутых сетей, частным случаем которых является линия с двухсторонним питанием, заключается в определении мощностей (токов) по участкам схемы, т.е. в распределении мощностей (токов) по участкам сети.

Мощность, поступающая в линию от источника питания А, определяется формулой

(1.1)

где S_i – мощность нагрузки, присоединенной в i-й точке схемы; z_ib – сопротивление линии от точки присоединения нагрузки i до источника В; z_AB – сопротивление всей линии; U_н – номинальное напряжение линии.

Аналогично от источника В

(1.2)

При равенстве напряжений источников питания U_А = второй член формул (1.1) и (1.2), определяющий уравнительную мощность, равен нулю. Расп­ре­­­деление активной Р и реактивной Q мощностей можно определить раздельно, подставляя в формулы (1.1) и (1.2) соответственно P_i или Q_i вместо S_i-.

Расчет аварийного режима, когда один из источников питания отключен, значительно упрощается, так как ничем не отличается от расчета радиальной схемы.

Когда известно, распределение мощностей, потери напряжения на участках линии с двухсторонним питанием определяются по тем же формулам, что и для радиальной схемы, т.е.

(1.3)

Максимальной потерей напряжения нормального режима линии с двухсторонним питанием называется сумма потерь напряжения на отдельных участках схемы от источника питания до точки токораздела, т.е.

ΔU_max = ΔU_A-1 + ΔU_1-2 + …

 

Рис. 1.1. К лабораторной работе № 1

Моделирование линии с двухсторонним питанием облегчает определение точек токораздела и потери напряжения в линии.

Принципиальная схема моделируемой линии показана на рис. 1.1а. Схема имеет два источника питания (А и В) и четыре нагрузки (S₁, S₂, S₃ и S₄) с различными коэффициентами мощности.

На стенде модель линии изображена в виде действующей однолинейной схемы замещения (рис. 1.1б), в которую входят следующие элементы:

два автотрансформатора (ЛАТР), имитирующих источники питания А и В; активные сопротивления по 5 Ом, имитирующие полные сопротивления участков высоковольтной линии (z_A-1…z_4-5; дроссели z_н-1…z_н-4), имитирующие нагрузку потребителей с коэффициентом мощности, равным 0,8…0,9.

Кроме того, стенд снабжен выключателями В1 и В2 источников тока и набором измерительных приборов: амперметром, вольтметром и ваттметром.

Измерительные приборы могут включаться в различные точки линии (1…4, А и В) при помощи специальных кнопок.

Питание на стенд подается пакетным выключателем.

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

5. Расчёт провал напряжения при пуске асинхронного двигателя

Для заданной схемы расчитаем провал напряжения при пуске шпиля в режиме стоянка в порту.

По таблицы нагрузок и справочнику:

Синхронного генератора:

+ номинальная мощность: ;

+ Индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки: ;

+ Индуктивное сопротивление по продольной оси: ;

+ Индуктивное сопротивление по поперечной оси: ;

+ Индуктивное переходное сопротивление по продольной оси ;

+ Индуктивное сверхпереходное сопротивление по продольной оси

+ Взаймоиндуктивное сопротивление по продольной оси:

+ Взаймоиндуктивное сопротивление по поперечной оси:

+ Индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки:

+ Индуктивное сопротивление рассеяния демпферной обмотки:

+ Индуктивное сверхпереходное сопротивление по поперечной оси:

+ Коэффициент взаймоиндукции

Предварительная начальная мощность:; .

;

;

АД шпиля: ; ;

1. Проводимость асинхронного двигателя в моменте включения

Активная составляющая: ;

Реактивная составляющая:

2. Проводимость предварительной начальной нагрузки

Активная составляющая: ;

Реактивная составляющая: .

3. Суммарная активных и реактивных проводимостей в моменте включения

;

.

4. Параметры генератора в исходном режиме

Продольная составляющая напряжения:

.

Поперечная составляющая напряжения:

5. Составляющие напряжения генератора с учётом демпферний обмотки

6. Провал напряжения генератора с демпферными обмотками в моменте включения

7. Составляющие напряжения генерптора без учёта демпферных обмоток

8. Провал напряжения генератора без демпферных обмоток в первый мщмент

9. Провал напряжения генератора при пуске АД

10. Провал напряжения на кабеле при пуск АД

Красность пускового тока АД:

При номинальнои режеме потерь напряжения на кабеле от ГРЩ до АД занимает 3,6% напряжения генератора. Поэтому провал напряжения на кабеле от ГРЩ до АД: %.

Выбираем кабель от ГРЩ до АД сечением 10

6. Расчёт токов короткого замыкания и проверка автоматических выключателей на термическую и электродинамическую устойчивость

1. Короткое замыкание происходит в точке к1

Схема замещения

Базисные параметры

Сопротивления статорной обмотки генератора, приводящие к базисному

Сопротивления автоматических выключателей QF1, QF2, QF3, приводящие к базисному

Сопротивления кабелей, приводящие к базисному

Сопротивления фидеров

Для определения эквивалентного сопротивления двух генераторных ветвей воспользуемся комплескной формой их выражений:

;

Рачётные результирующие сопротивления цепя короткого замыкания

По расчетной кривой зависимости периодической составляющей тока КЗ от результирующего сопротивления цепи КЗ и времени, определяем:

;

Отношение

По кривой зависимости ударного коэффициента от отношения , определяем

Ударный ток от генератора при КЗ

A

Напряжения на ГРЩ

Где:

Ударный ток от АД при КЗ

Ударный ток в точке КЗ К1:

(<100 KA)

Ударный ток в точке КЗ не превышает придельный допустимый ударный ток КЗ автоматического выключателя QF1 (А3744).

8. Проверка низковольтной сети на возможность пуска электродвигателей

Наибольшую установленную мощность двигателя Р_н=15 кВт, I_н=28,5А, Кi=7.

Составляем схему электроснабжения этого объекта.

Рисунок 5 – Схема электроснабжения кормоцеха

Потеря напряжения при пуске двигателя с учетом соединительной линии приблизительно равны, %

(16)

где

Z_c – полное сопротивление сети для пуска от трансформатора, Ом;

Z_эл – полное сопротивление короткого замыкания асинхронного электродвигателя, Ом.

Определим Z_c= Z_л+ Z_т (17)

где

Z_Л – полное сопротивление линии;

Z_Т – полное сопротивление короткого замыкания трансформатора.

Ом

Z_c=78,9+47=125,9 мОм = 0,126 Ом

Определим полное сопротивление короткого замыкания асинхронного электродвигателя Z_ЭЛ, Ом

; (18)

где

I_H– номинальный ток двигателя, А

К_п – кратность пускового тока

Ом=1100 мОм

Определим по формуле (16) потерю напряжения при запуске двигателя, %

Условие выполняется, а следовательно электродвигатель запустится.

9. Конструкция сети напряжением 0,38/0,22 кВ

Конструкцию сети выбирают по типовому проекту 3.407.1 – 136 института «Сельэнергопроекта». Опоры железобетонные. Углы поворота линий составляют 90. На углах предлагается схема опор К1-УА1 — К1, т.е. концевая – угловая анкерная – концевая. Основа всех опор( – стойка СВ-10,5 – 5). Цифры обозначают длину стойки 10,5 м. и допустимый изгибающий момент 5т×1. Пролеты — — ; пролеты ответвлений к вводам не превышают 10м. Изоляторы ПН-20. Провода на промежуточных опорах крепят проволокой, а на концевых – плашечными зажимами ПА. Опоры заложены в грунт на глубину 2 метра. Траверсы заземлены проводником диаметром 6 мм., присоединённый к нулевому проводу зажимом ПА. Для заземления опор используют один из стержней стойки, к которому с обоих концов приварены заземляющие элементы. На опорах устанавливают светильники с ртутными лампами РКУ-01-250. Воздушные линии 10 кВ выполняются проводами марки «САПсш». Расстояние между проводами на опоре и в пролете при наибольшей стреле провеса (1,2 м) должно быть не менее 40 см.

Для электроснабжения населенного пункта широко применяются комплектные трансформаторные подстанции (КТП) 10/0,38 кВ. КТП мощностью 160 и 400 кВА устанавливаются на фундаменте и выполнены в виде блока со следующими узлами: вводное устройство высшего напряжения (10 кВ) и РУ – 0,38 кВ, которые закрываются одностворчатыми дверьми, снабженными замками, силовой трансформатор типа ТМГсу – 160 и ТМГсу – 400.

10. Расчет токов короткого замыкания

При расчете токов короткого замыкания пользуемся методом именованных величин. Этот метод применяется в сетях с одной ступенью напряжения, а также в сетях напряжением 380/220.

Переходное сопротивление коммутационных аппаратов трансформаторов тока принимаем 15 мОм.

Составим схему электроснабжения от КТП (рисунок 6)

S_н.т1= 63 кВ·А ТА1QF1QF2 А-50 А-25

L= 38 мL= 37 м

К2

QF3QF4 А-150

К1 L= 20 м

K3

QF6 А-25

L= 73,5 м К4

Рисунок 6 – Схема электроснабжения консервного завода (ТП-1).

S_н.т1= 63 кВ·А ТА1QF1QF2 А-35 А-25

L= 20мL= 25 м

К2

QF3QF4 А-50 А-25

К1 L= 30 мL= 30 м

K3

QF6 А-50 А-25

L= 25 мL= 90 м К4

Рисунок 7 – Схема электроснабжения консервного завода (ТП-2).

На основании схемы электроснабжения составляем эквивалентную схему замещения (рисунок 6). Необходимые значения сопротивлений берем из предыдущих расчетов. Сопротивление контактов (автоматических выключателей, катушек трансформаторов тока, шин и др.) принимаем Z_а=15 мОм

R_т/20 мОм Х_т/40 мОмR_а=15 мОмR_л1/23,6 мОм Х_л1/2,4 мОмR_л1´/45,9 мОм Х_л1´/2,3 мОм

К2

R_л2/4,1 мОм Х_л2/1,3 мОм

K1

К3

R_л3 /91,1 мОм Х_л3 /4,9 мОм

К4

Рисунок 8 – Эквивалентная схема замещения (ТП-1).

R_т/20 мОм Х_т/40 мОмR_а=15 мОмR_л1/17,8 мОм Х_л1/1,28 мОмR_л1´/31 мОм Х_л1´/1,65 мОм

К2

R_л2/18,6 мОм Х_л2/1,89 мОмR_л2´ / 37,2 мОм Х_л2´ /1,98 мОм

К1

К3

R_л3 /15,5 мОм Х_л3 /1,56 мОм R_л3´/111,6 мОм Х_л3´/5,94мОм

К4

Рисунок 9 – Эквивалентная схема замещения (ТП-2).

Расчет ведем для ТП-1.

Линия №1

R_л1 = r_o·L₁ = 0,62·38= 23,6 мОм

Х_л1 = х_о·L₁ = 0,063·38= 2,4 мОм

Z_л1 = = 23,7 мОм

R_л1´ = r_o·L₁´ = 1,24·37= 45,9 мОм

Х_л1´ = х_о·L₁´ = 0,063·37= 2,3 мОм

Z_л1´ = = 46 мОм

Линия №2

R_л2 = r_o·L₂ = 0,206·20= 4,1 мОм

Х_л2 = х_о·L₂ = 0,066·20 = 1,3 мОм

Z_л2 = =4,3 мОм

Линия №3

R_л3 = r_o·L₃ = 1,24·73,5= 91,1 мОм

Х_л3 = х_о·L₃ = 0,066·73,5 = 4,9 мОм

Z_л3 = =91,2 мОм

Определим трехфазный ток короткого замыкания в точке К₁, кА:

, (19)

где

U_ном – номинальное напряжение с учетом надбавки, U_ном =400 В;

Z_I – суммарное полное сопротивление до точки короткого замыкания, мОм.

Для точки К1

Z_I= Z_с+Z_т+Z_а, (20)

где

Z_с – полное сопротивление системы электроснабжения.

Определим трехфазный ток короткого замыкания в точке К1, кА:

= 3,7 кА

Определим трехфазный ток короткого замыкания в точке К2, кА:

= 2 кА

Определим двухфазный ток короткого замыкания в точке К2, кА:

= 0,87·2 = 1,74 кА (21)

Определим однофазный ток короткого замыкания в точке К2, кА:

, (22)

где

U_Ф – фазное напряжение с учетом надбавки, 230 В;

R_П и Х_П – соответственно сопротивление активное и реактивное сопротивление петли фаза – нуль, мОм.

==1,2 кА

Аналогично рассчитываем токи короткого замыкания для остальных линий, отходящих от КТП.

3.3.3 Проверка кабельной сети по потерям напряжения при пуске наиболее мощного и удалённого электродвигателя

Допустимое минимальное напряжение на зажимах электродвигателя при пуске определяется по формуле

,

где – номинальный момент электродвигателя;

– номинальный пусковой момент электродвигателя;

– минимальная кратность пускового момента электродвигателя, обеспечивающая трогание с места и разгон исполнительного органа рабочей машины. (– для добычных комбайнов при пуске под нагрузкой).

Тогда

Суммарные потери напряжения при пуске в любой ветви определяются как

,

где ΔU_{тр. пуск} – потери напряжения в трансформаторе при пуске наиболее мощного и удалённого электродвигателя;

∑ΔU_{к. пуск} – суммарные потери напряжения при пуске в рассматриваемой кабельной ветви участка.

,

где I_пуск – пусковой ток запускаемого электродвигателя;

r_тр, x_тр – соответственно активное и реактивное сопротивление трансформатора, принимаются по [1, с.511, таблица 20.4];

cos φ_п – коэффициент мощности электродвигателя в пусковом режиме, принимается cos φ_п=0,5.

,

где n_дв – количество одновременно запускаемых двигателей;

r_к, x_к – соответственно активное и реактивное сопротивление кабеля.

В,

В,

В.

3.3.4 Проверка кабельной сети по сопротивлению изоляции и ёмкости

Для устойчивой работы реле утечки должно выполняться следующее условие

, (2.13)

где – фактическое сопротивление изоляции фазы относительно земли, кОм/фазу;

– критическое сопротивление изоляции сети, принимаем по паспортным данным реле утечки кОм.

Ожидаемое сопротивление изоляции фазы для всей электрически связанной сети определяется по формуле

, (2.14)

где ,,,,– соответственно количество двигателей на забойных машинах и на других механизмах, количество защитной и коммутационной аппаратуры (в том числе и пусковых агрегатов), силовых трансформаторов и кабелей;

, ,,,– минимальное допустимое сопротивление изоляции этих элементов сети, МОм/фазу.

Тогда

Расчет емкости кабельной сети сводится в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 — Определение емкости кабельной сети участка

Обозначение кабеля на схеме	Тип кабеля	Длина кабеля, м	Средняя величина емкости, мкФ/км	Емкость кабеля, мкФ/фазу
	КГЭШ 3х95+1х10	15	0,695	0,01042
	КГЭШ 3х35+1х10	10	0,465	0,00465

Продолжение таблицы 3.5

Обозначение кабеля на схеме	Тип кабеля	Длина кабеля, м	Средняя величина емкости, мкФ/км	Емкость кабеля, мкФ/фазу
	КГЭШ 3х95+1х10	50	0,695	0,03475
	КГЭШ 3х35+1х10	20	0,465	0,0093
	КГЭШ 3х95+1х10	70	0,695	0,04865
	КГЭШ 3х35+1х10	20	0,465	0,0093
	КГЭШ 3х95+1х10	90	0,695	0,06255
	КГЭШ 3х50+1х10	30	0,605	0,01815
	КГЭШ 3х16+1х10	5	0,365	0,001825
	КГЭШ 3х16+1х10	15	0,365	0,005475
Итого:	0,205

Общая емкость сети определяется как

, (2.15)

где – суммарная емкость кабельной сети.

Следовательно

Сеть удовлетворяет условиям эксплуатации.

4.5. Потери в асинхронном двигателе при пуске и торможении

Как было выяснено в разделе 4.3.1, потери в роторной цепи асинхронного двигателя пропорциональны его скольжению, поэтому стремятся, чтобы в рабочем режиме двигатель работал с минимальным скольжением. Однако в процессе пуска двигатель разгоняясь проходит скольжение от 1 до s_н. В этот период в роторе двигателя могут выделиться значительные по величине потери энергии, что особенно неблагоприятно для асинхронных короткозамкнутых двигателей, где эти потери не могут быть вынесены из машины в пусковые сопротивления.

Определим потери в цепи ротора за один пуск асинхронного двигателя без нагрузки (без статического момента на валу двигателя).

Потери энергии за один пуск будут

. (4.38)

При отсутствии статического момента уравнение движения будет , подставляя которое в (4.38) и соответственно заменяя пределы интегрирования, получим:

,

откуда

. (4.39)

Отсюда вытекает правило, что при пуске асинхронного двигателя вхолостую потери в цепи его ротора равны тому запасу кинетической энергии, который получают приходящие в движение маховые массы (ротора и рабочего механизма) при их разгоне до установившейся скорости.

Заметим, что потери в роторе не зависят от времени пуска, пусковых токов и других параметров. Потери в статоре, напротив, зависят от параметров пуска.

Во избежание перегрева для каждого короткозамкнутого двигателя существует предельное значение суммарного момента инерции, который может преодолеть данный двигатель. При пуске значение указывается в каталогах. При отсутствии этих данных величинаможет быть определена из следующих соображений.

Допустимая величина энергии, выделяющейся в клетке ротора и массой m_кл, не должна приводить к ее перегреву более чем на . Отсюда

,

где С_кл – Дж/кг.гр – теплоемкость материала клетки ротора.

Расчет проводится исходя из необходимости обеспечения двух пусков подряд. Поэтому . Из этих условий получим:

.

Потери энергии в роторной цепи двигателя при динамическом торможении от скорости до минимальной скорости (затормозить двигатель до нулевой скорости при динамическом торможении нельзя) также равны запасу кинетической энергии, которой обладали движущиеся массы ротора и рабочей машины.

При торможении противовключением двигатель работает при еще больших скольжениях – от s_нач=2 до s=1. Подставляя эти значения в (4.38), получим, что

.

Для асинхронного двигателя важно определить потери при пуске и торможении не только в роторной, но и в статорной цепи. Ориентировочно эти потери можно найти, зная потери в роторе и пользуясь соотношением

.

Потери в статоре могут быть сокращены, используя, например, снижение напряжения на статоре при пуске (если это возможно).

4.6. Электромеханические характеристики синхронных электродвигателей

Для нерегулируемых электроприводов большой мощности (свыше 250кВт) широко применяются синхронные электродвигатели с электромагнитным возбуждением. Схема включения такого двигателя показана на рис.4.22.

Конструкция статора синхронного двигателя аналогична конструкции статора асинхронного двигателя. Токи, протекающие по трехфазной обмотке статора, создают намагничивающие силы, результирующий вектор которых образует вращающееся в пространстве электромагнитное поле статора Ф₁. Скорость вращения поля статора равна

(4.40)

и является рабочей скоростью синхронного двигателя.

Рис.4.22. Схема включения Рис.4.23. Пространственные векторы

синхронного двигателя электромагнитных полей синхронного

двигателя а) идеальный холостой ход;

б) при нагрузке на валу

На роторе синхронного двигателя расположена обмотка возбуждения, которая питается постоянным током от независимого регулируемого источника напряжения – возбудителя. Ток возбуждения создает электромагнитное поле Ф₀, неподвижное относительно ротора и вращающееся в установившемся режиме вместе с ротором со скоростью. Магнитные силовые линии поля ротора сцепляются с вращающимся синхронно с ним электромагнитным полем статора. Взаимодействие полей статора и ротора создает электромагнитный момент на валу синхронной машины.

.

При отсутствии нагрузки векторы поля статораи поля роторасовпадают в пространстве (см.рис.4.23) и совместно вращаются со скоростью. При появлении на валу двигателя момента сопротивления векторыирасходятся (как бы растягиваются подобно пружине) на угол, называемый углом нагрузки, причем, если векторотстает от вектора(см.рис. 4.23б), то синхронная машина работает в двигательном режиме и электромагнитный момент на ее валу положителен. Если синхронная машина работает генератором, приводимым во вращение первичным двигатель, то вектор поля ротора опережает вектор поля статора на угол (-) и электромагнитный момент на валу машины отрицателен. Изменению нагрузки на валу машины соответствует изменение угла. Образно это соответствует растяжению-сжатию пружины. Максимальный момент будет иметь место при. Если нагрузка на валу машины будет большеМ_макс, то синхронный режим нарушается и машина выпадает из синхронизма.

Рис.4.24. Механические характеристики синхронного двигателя

1 – характеристика синхронного режима

2 – пусковая характеристика (асинхронный режим)

Механическая харак-теристика синхронной машины представляют собой прямую, парал-лельную оси абсцисс и ограниченную значени-ями момента (рис. 4.24). Жесткость механической характе-ристики равна бесконечности.

Поскольку ротор двигателя вращается с синхронной скоростью и скольжение отсутствует, то вся мощность электромагнитного поля статора Р_эм преобразуется в механическую мощность на валу синхронного двигателя. Если пренебречь потерями в статоре, то , откуда

. (4.41)

Рассмотрим векторную диаграмму неявнополюсной синхронной машины (рис.4.25). Двигатель с неявнополюсным ротором имеет симметричную в магнитном отношении конструкцию. Пренебрегая активным сопротивлением статора получим .

ЗдесьЕ₁ – э.д.с., наводимая в обмотках статора вращающим-ся вместе с ротором полем Ф₀.

Из векторной диаграммы следует:

или

.

П

Рис.4.25. Векторная диаграмма синхронного двигателя

одставляя эти значения в (4.41), получим выражение для угловой характеристики неявнополюсной синхронной машины

. (4.42)

Из этого выражения и соответствующей ему угловой характеристики (рис.4.26) следует, что по мере нагружения синхронной машины угол нагрузки увеличивается и момент достигает максимума при . Учитывая пропорциональность между э.д.с.Е₁ и магнитным потоком Ф₀ (т.е. током возбуждения I_В), получим, что максимальный момент синхронной машины будет равен

, (4.43)

т.е. максимальный момент синхронного двигателя (в отличие от асинхронного) зависит от величины питающего напряжения в первой степени и в определенных пределах (когда не сказывается насыщение магнитной цепи) пропорционален величине тока возбуждения. Исходя из соотношения (4.43) в большинстве схем автоматического регулирования возбуждения синхронных двигателей для сохранения постоянной перегрузочной способности двигателя предусматривается автоматическое увеличение тока возбуждения при приложении ударной нагрузки или снижении величины питающего напряжения.

Рис.4.26. Угловая характеристика синхронного двигателя: а) неявнополюсной машины; б) – явнополюсной машины

1 – при номинальном потоке возбуждения;

2 – при форcировке возбуждения

Для синхронной машины с несимметричной магнитной цепью, когда ротор имеет явнополюсную конструкцию, кроме момента, вызванного полем ротора, возникает реактивный момент, определяемый стремлением ротора занять такое положение в пространстве, при котором магнитная проницаемость пути, по которому замыкается магнитное поле статора, была бы максимальной. Возникновение реактивного момента соответствует закону Ленца, который определяет: «При всяком изменении магнитного потока возникают силы электрического и механического характера, стремящиеся сохранить этот поток».

Для анализа угловой характеристики явнополюсного синхронного двигателя разложим векторы токов и падений напряжения по продольной d (согласно вектору э.д.с. Е₁) и поперечной q осям ротора. Очевидно, что индуктивные сопротивления двигателя по этим осям будут разными, причем x_d>x_q. Преобразуем выражения (4.41) в соответствии с векторной диаграммой 4.25, где .

.

Обозначив , получим

. (4.44)

Из векторной диаграммы следует:

(4.45)

Подставляя I_1d и I_1q из (4.45) в (4.44), после преобразований получим:

. (4.46)

Первый член выражения представляет электромагнитный момент M’, возникающий в результате взаимодействия полей статора и ротора, второй член – реактивный момент M”, возникающий из-за несимметрии магнитной цепи двигателя и связанного с ней стремления ротора ориентироваться по оси поля статора. Угловая характеристика синхронной машины с явнополюсным ротором показана на рис.4.26б. Максимальная величина реактивного момента составляет обычно 15-20% от момента, определяемого взаимодействием полей.

Заметим, что явнополюсная синхронная машина развивает момент даже при отсутствии тока возбуждения – за счет реактивного момента. Это свойство синхронной машины легло в основу создания синхронных электроприводов без возбуждения на базе синхронных реактивных двигателей. У этих машин индуктивность по продольной и поперечной осям различается значительно, что обуславливает создание достаточного по величине реактивного момента на валу двигателя. Синхронные реактивные двигатели используются, как правило, для приводов небольшой мощности (менее 1кВт).