Асинхронный режим возбужденной синхронной машины

Асинхронный режим возбужденной синхронной машины, возникает в результате ее перегрузки или паде­ния напряжения в сети, а также при подаче возбуждения генера­тору после потери возбуждения или при использовании метода самосинхронизации в двигателе при его асинхронном пуске

При вращении синхронной машины со скольжением s постоянный ток возбуждения i_f индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Е_к и токи /к частоты (1 — s) f₁. Токи I_к накладываются на ток частоты f₁ протекающий в якоре под действием напряжения сети. Так как в самой сети э. д. с. и напряжений частоты (1 — s) f₁ нет, то отно­сительно э. д.с.. Поэтому ток I_к в сущности эквивалентен току установившегося ко­роткого замыкания синхронного генератора.

Момент M_k стремится уменьшить скорость вращения ротора и в режиме генератора облегчает, а в режиме двигателя затрудняет вхождение машины в синхронизм.

Отметим, что на холостом ходу или при небольшой нагрузке на валу явнополюсная синхронная машина, вращающаяся с неболь­шим скольжением, способна втянуться в синхронизм и без возбуж­дения, в результате действия реактивного момента, который при s 0 также пульсирует с частотой sf₁.

В этом случае после включе­ния тока возбуждения полярность полюсов может не соответство­вать необходимой полярности, и тогда произойдет «проскальзывание» ротора относительно поля якоря на одно полюсное деление, причем одновременно воз­никнет также

кратковременный всплеск тока ста­тора. Подобный переход не представляет для машины никакой опасности.

Самовозбуждение синхронной машины

В цепях обмотки якоря синхронных машин часто содержатся емкости (емкость между проводами длинных линий передачи и между ними и землей; емкости так называемой продольной компенсации индуктивного сопротивле­ния линий передачи, включаемые последовательно в фазы линии передачи сверхвысокого напряжения — 500 кв и выше; батареи конденсаторов для улучшения коэффициента мощности сети и др.). В таких случаях возможно самовозбуждение синхронных машин, когда вращающаяся машина развивает напряжение и нагружается током при отсутствии тока возбуждения.

Магнитное поле в синхронной машине при этом создается емкостным током I, отдаваемым машиной в сеть, или, что то же самое, индуктивным током, потребляе­мым машиной из сети. При самовозбуждении ротор синхронной машины может вращаться синхронно с магнитным полем статора (синхронное самовозбуждение) или асинхронно с ним (асинхронное самовозбуждение). Для выяснения условии само­возбуждения рассмотрим работу одиноч­ного генератора на емкость (рис.а).

Рис а.

Синхронное самовозбуждение.

При на­личии остаточного магнитного потока при вращении ротора в обмотке якоря индук­тируется некоторая э. д. с. Е. Эта э. д. с. при работе по схеме вызывает в цепи якоря емкостный ток I, который создает намагничивающую реакцию якоря. В результате магнитный поток, индукти­руемая в якоре э. д.с. и ток I увеличи­ваются и т.д.

Этот процесс самовозбуждения аналогичен самовозбуж­дению генератора постоянного тока с той лишь разницей, что в данном случае поток машины создается самим током якоря.

На рис. изображена зависи­мость напряжения генератора от емкост­ного тока якоря I.

Если положить r_а = 0, то

Зависимость U_г = f (I) практически идентична с характеристикой холостого хода U_г = I (i_f), если ток возбуждения i_f привести к обмотке якоря. Вследствие насыщения величина x_d вдоль кривой U_г=f(I) изменяется.

С другой стороны, напряжение на конденсаторах

и зависимость U_c= f (I) прямолинейна

В точке А U_г = U_c. и поэтому увеличение I прекращается и процесс самовозбуждения заканчивается.

Самовозбуждение представляет собой нежелательное явление, так как оно неуправляемо и напряжения и токи при этом могут достичь опасных значений.