Синхронные двигатели

Обычно применяются на заводах для привода мощных механизмов с длительным режимом работы (в нефтехимии, металлургии).

Выпускаются с номинальным опережающим cosφ =0,9, т.е. для работы в режиме перевозбуждения. При недогрузке синхронного двигателя (СД) активной мощностью он может вырабатывать реактивную мощность (РМ) по величине больше номинальной, но без превышения номинальной полной мощности.

Затраты на выработку РМ в СД в общем случае определяется:

З=З₀+З₁Q_Д+З₂Q²_Д , руб/год, где

З₀  — затраты, не зависящие от РМ Q_Д, это в первую очередь затраты на регулятор РМ. Если его нет, З₀=0.

Q_Д  — величина РМ СД.

З₁ — затраты, пропорциональные РМ в 1-ой степени.

З₂ — затраты, пропорциональные РМ во 2-ой степени.

Потери активной мощности внутри СД, зависящие от его РМ:

ΔP=D₁α+D₂α² , где α=Q_Д/Q_Н — коэффициент загрузки двигателя по активной мощности (по аналогии с коэффициентом загрузки по активной мощности β=P_Д/P_Н).

Если Q_Д=Q_Н, то α=1 - номинальная реактивная мощность.

D₁, D₂, кВт — номинальные потери активной мощности на выработку РМ в двигателе, определяются по справочнику, относятся к номинальным параметрам двигателя. [кВт].

Рис. 5.7. Потери активной мощности в СД в зависимости от α.

Зависимость потерь активной мощности ΔP=D₁α+D₂α² от загрузки СД по РМ приведена на рис. 5.7.

Исследуем функцию ΔP на экстремум:

 если D₁ ≈ D₂, то α_опт=-0,5;

Практически это означает, что если мы хотим иметь минимум активных потерь внутри СД, то должны работать в режиме недовозбуждения (т.е. в режиме потребления РМ из сети при  α_опт=-0,5). 

При  α_ном=1, номинальные потери активной мощности будут значительно больше.

Выводы: минимум потерь активной мощности внутри СД имеет место в режиме недовозбуждения, т.е. в режиме потребления РМ из сети, но при этом возникают дополнительные потери активной мощности в сети.

Работа в режиме перевозбуждения приводит к увеличению потерь активной мощности в СД, т.е. к дополнительным денежным затратам в двигателе, но при этом снижаются потери активной мощности в сети. Дополнительные затраты в двигателе:

З=ΔPC₀T , где

ΔP — потери активной мощности в СД [кВт];

C₀ — стоимость электроэнергии [руб/кВт*ч];

T — время работы в году [час/год];

З = С · ΔР [руб/год];

С =C₀ ·T[руб/кВт*год];

Окончательно годовые затраты в двигателе:

З=З₀+З₁Q_Д+З₂Q²_Д , 

где З₁=D₁C/Q_Н;

З₂=D₂C/Q²_Н