Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы и пуск синхронного двигателя

Принцип работы и пуск синхронного двигателя

ЛЕКЦИЯ 21

Характеристики синхронного генератора.

Характеристика холостого хода – зависимость ЭДС статора Е от тока возбуждения Iв при токе статора I = 0, частоте вращения n = const (что равносильно f = const). Так как основной магнитный поток создается током возбуждения, а между ЭДС Е и потоком Фm имеет место линейная зависимость, то характеристика холостого хода генератора Е = f(Iв) имеет тот же вид, что кривая намагничивания.

Внешняя характеристика – зависимость напряжения статора от тока якоря U = f(Iя). Она снимается при n= const, Iв= const, φ = const. Обычно выбирают такое значение тока возбуждения, чтобы при номинальном токе якоря ( токе нагрузки) I ном напряжение также было номинальным Uном. Внешняя характеристика значительно зависит от величины нагрузки и ее характера. При активной и активно-индук­тивной нагрузке с ростом тока нагрузки Iя напряжение U существенно снижается. В этих случаях U поддерживают

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения Iв при изменении тока нагрузки I, чтобы напряжение U оставалось постоянным: Iв = f(I) при U = const, φ = const, f = const.

Так как при активно-индуктивной нагрузке с уменьшением тока от Iном до 0 напряжение увеличивается, то для поддержания его постоянным надо уменьшить результирующий магнитный поток путем уменьшения тока возбуждения. При активно-ёмкостной нагрузке – наоборот.

Схема полей статора и ротора син-
хронного двигателя

В режиме двигателя статор машины подключается к трехфазной сети, в обмотку возбуждения через щетки и кольца подается постоянный ток возбуждения. Как и в асинхронном двигателе, токи обмоток якоря создают вращающееся магнитное поле статора, а ток возбуждения – неподвижный относительно ротора поток возбуждения. Принцип действия синхронного двигателя основан на явлении притяжения северного и южного полюсов магнитных полей – статора и ротора. Если обеспечить условия для электромагнитного сцепления разноименных полюсов статора и ротора, то в дальнейшем поле статора и ротор будут вращаться с одинаковой частотой n (синхронно), причем поле статора будет ведущим, а ротор – ведомым

(S-полюс якоря «тянет» за собой
N-полюс ротора).

Рассмотрим работу синхронного двигателя, начиная с момента пуска. Пусть одновременно подается питание в обмотки якоря и обмотку возбуждения. Так как у поля статора практически отсутствует момент инерции (вращаются только силовые линии поля), то оно мгновенно набирает синхронную скорость вращения. Из-за высокой линейной скорости полюсов поля якоря и значительного момента инерции ротора полюсы ротора не успевают сцепиться с разноименными полюсами поля якоря и пуск двигателя не происходит.

Для осуществления пуска необходимо предварительно раскрутить ротор до частоты вращения, близкой к синхронной.

|следующая лекция ==>
Синхронный генератор|Асинхронный пуск синхронного двигателя

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Способы пуска синхронного двигателя

Применяются следующие способы пуска синхронных двигателей: а) частотный, б) при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации и в) асинхронный пуск (метод грубой син­хронизации). В данной работе используются способы б) и в).

12.3.1. Пуск при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации. Регулируемым вспомогательным двигателем раз­гоняют возбужденный ротор синхронной машины до скорости, близкой к синхронной (n » n1). В обмотке якоря наводится ЭДС Е= pÖ2fwkобФв, имеющая частоту f= pn; w, kоб — число вит­ков фазы и обмоточный коэффициент обмотки якоря, Фв — поток взаимной индукции, созданный обмоткой возбуждения. Обмотка якоря отключена от сети и обесточена, поэтому напряжение этой обмотки равно ЭДС U= E. В сети действу­ет напряжение U1 с частотой f1. Регулируют синхронную машину так, чтобы совпали параметры напряжений машины и сети. В момент совпадения включают обмотку статора в сеть, и машина втягивается в синхронизм без всплеска тока.

Меры, приводящие к выравниванию параметров U и U1, называются синхронизацией, а условия, при которых это достигается, – условиями синхронизации. Если условия выполняются полностью, син­хронизацию называют точной. В противном случае получается грубая синхронизация.

Условия точной синхронизации:

а) совпадение чередования фаз напряжения машины и напряже­ния сети;

б) совпадение частот напряжения машины и напряжения сети: f=f1;

в) равенство напряжения машины и напряжения сети по значе­нию и временной фазе: и, следовательно, .

Для контроля выполнения условий синхронизации применяются специальные приборы — синхроноскопы (ламповые и электромагнит­ные). Совпадение чередования фаз проверяется с помощью синхро­носкопа или фазоуказателя. В случае несовпадения изменяют чере­дование фаз машины. Равенство частот контролируется синхроноскопом или частотомером и достигается регулированием скорости вращения вспомогательного двигателя; одновременно из­меняется значение ЭДС. Равенство U=U1 контролируется вольтметром и достигается регулированием то­ка возбуждения синхронной машины, определяющим поток Фв. Момент совпадения временных фаз напряжений машины и сети контроли­руется синхроноскопом и достигается регулированием скорости вра­щения вспомогательного двигателя.

Синхроноскопы sh включаются на разность напряжения машины и напряжения сети. Ламповый синхроноскоп можно включить на пога­сание или на «вращение» света ламп (рис. 12.2). В схеме на рис. 12.2,а лампы включены на одноименные фазы сети и машины, а в схеме на рис. 12.2,б – одна лампа (здесь HLcc ) включена на одноименные фазы, а две другие — на разноименные фазы сети и машины.

Системы фазных напряжений сети и машины можно условно изоб­разить в виде звезд векторов, вращающихся с угловыми частотами w1= 2pf1 и w = 2pf соответственно. Если f¹ f1, то звезды век­торов вращаются с различными скоростями, и геометрические раз­ности векторов изменяются по гармоническому закону с час­тотой f1f. При этом в схеме на рис. 12.2,а накал всех ламп синхронно изменяется с частотой f1f от максимального, когда одноименные векторы и в противофазе, до минимального, когда и совпа­дают по фазе. В схеме на рис. 12.2,б яркость света различных ламп нарас­тает и убывает поочередно, поэтому создается эффект «вращения»света, если лампы расположены по треугольнику. Модуль разности частот f1f определяет скорость, а знак этой разности – нап­равление «вращения» света. В момент выполнения условий синхронизации (совпадения векторов и одноименных фаз сети и машины) в схеме на рис. 12.2,а погаснут все лампы, а в схеме на рис. 12.2,б лампа HLcc погаснет, а две другие будут иметь одинаковый немаксимальный накал. В этот момент надо включать машину в сеть.

Читать еще:  Генератор из бесколлекторного двигателя постоянного тока схема

Если ламповый синхроноскоп включен на погасание, а получа­ется «вращение» света, то это свидетельствует о несовпадении чередования фаз машины и сети. Аналогичный вывод следует в случае одновременной пульсации света всех ламп синхроноскопа, включенного на «вращение» света.

Ненулевой минимальный накал ламп соответствует случаю U¹ U1 (впрочем, накал нити лампы становится невидимым при напряжении, не превышающем 20% номинального напряжения лампы). Если лампы го­рят с постоянным накалом, то это свидетельствует о том, что либо синхронная машина не возбуждена, либо f1f = 0, но звезды векторов не совпадают.

У электромагнитного синхроноскопа в случае несовпадения час­тот f и f1 стрелка вращается в направлении «медленнее», если f f1. Название направления вращения стрелки характеризует реальную скорость вращения ротора по сравнению с синхронной. В момент вы­полнения всех условий синхронизации стрелка электромагнитного синхроноскопа устанавливается на вертикальную метку шкалы. Если U¹ U1 или не совпадает чередование фаз машины и сети, стрел­ка быстро проходит метку даже при равенстве частот.

Точная синхронизация требует дополнительного оборудования и занимает достаточно большое время.

12.3.2. Асинхронный пуск синхронного двигателя

Этот способ несложен, но сопровождается значительными вспле­сками тока и электромагнитных сил и требует дополнительных мер:

а) на роторе необходима замкнутая многофазная обмотка (или замкнутые контуры), что­бы двигатель смог разгоняться как асинхронный под действием асинхронного электромагнитного момента (от взаимодействия поля и наведенных токов в этой обмотке). Эту обмотку называют пусковой и устраивают как короткозамкнутую беличью клетку: неизолирован­ные медные или латунные стержни располагают в пазах полюсных наконечников и приваривают к медным сегментам, образующим короткозамыкающие кольца;

б) при пуске вращающееся поле наводит в замкнутой цепи об­мотки возбуждения синхронного двигателя однофазный переменный ток, создающий электромагнитный момент, ухудшающий условия пус­ка; оставить же цепь обмотки возбуждения разомкнутой нельзя из-за опас­ности пробоя изоляции этой обмотки значительной наводимой ЭДС, так как обмотка возбуждения имеет большое количество витков и ее потокосцепление изменяется с большой частотой в начале пуска. Выход: обмотку возбуждения замыкают на разрядное сопротивление Rp=(5. 12)Rв, где Rв — сопротивление обмотки возбуждения. При этом невелики напряжение на зажимах обмотки возбуждения и переменный ток в этой обмотке.

Итак, предварительно обмотку возбуждения отключают от возбудителя и замыкают на разрядное сопротивление Rp. Далее обмотку статора включают в сеть, и двигатель запускается как асинхронный. Возникающее вращающееся маг­нитное поле статора наводит в электропроводящих контурах ротора ЭДС и токи с частотой f2=f1s, где s – скольжение ротора относи­тельно поля. В используемой на стенде синхронной машине имеется два типа электропроводящих контуров на роторе: обмотка возбуждения и контуры, образованные ферромагнитными частями (сер­дечниками полюсов). Пусковая обмотка отсутствует. Обмотка воз­буждения подключена к большому разрядному сопротивлению Rp , поэто­му ее ток и соответствующий электромагнитный момент невелики. Создаётся асинхронный момент в основном от взаимодействия наведённых токов в ферромагнитных частях ротора с вращающимся полем обмотки статора. Под действи­ем этого асинхронного момента ротор разгоняется и скольжение уменьшается. Пока скорость двигателя невелика, сколь­жение s и частота f2 достаточно большие. Примерно через 3-5 с после включения скорость ротора при­близится к синхронной (n » 0,95n1), s и f2 уменьшаются. При этом сле­дует сразу же подать возбуждение в синхронный двигатель (переключить SAI5®В), чтобы он втянулся в синхронизм. Возникают всплеск тока якоря и дополнительные электромагнитные моменты, под действием которых ротор после ударов и качаний, как правило, втягивается в синхронизм.

Подаваемый ток возбуждения должен обес­печить ЭДС Е » U1. При подсинхронной скорости разность частот f1f составляет около 5%. Совпадение фаз ЭДС машины и напряжения сети здесь не контролируется вообще, поэтому асинхронный пуск соответствует грубой синхронизации. Наилучшие условия втягивания в синхронизм получаются, если возбуждение подается при n ≥ 0,95n1 и если момент нагрузки меньше номинального входного мо­мента Mвх. Последний представляет собой электромагнитный момент, развиваемый машиной при асинхронном пуске, когда n = 0,95n1.

Асинхронный пуск является самым распространенным способом пуска синхронных двигателей.

Асинхронный пуск синхронного двигателя схема принцип

Синхронный двигатель не может быть пущен в работу простым включением его в сеть. Это можно объяснить следующим образом. Пусть в момент включения двигателя направление питающего тока в обмотках статора соответствует рисунку 5-35, а. В этот момент на неподвижный ротор будет действовать пара сил F, стремящихся повернуть его по часовой стрелке. Через полпериода направление токов в обмотках статора изменится на противоположное (рис. 5-35, б). Так как рогор в силу

своей инертности за это очень короткое время практически остался на месте, то на него уже подействует такая же пара сил стремящаяся повернуть ротор в обратную сторону. Таким образом, при непосредственном включении синхронного двигателя в сеть его ротор не сдвинется с места. Легко видеть, что за полпериода переменного тока ротор должен успевать повернуться на полоборота при одной паре полюсов обмотки статора, для этого его надо предварительно разогнать до необходимой скорости вращения.

Читать еще:  Газель бизнес на ходу холодного двигателя

Таким образом, необходимость предварительного разгона ротора является характерной особенностью синхронного двигателя.

Механический разгон применяется при пуске двигателей очень малой мощности (вручную) и двигателей очень большой мощности (от специального постороннего двигателя). В этом случае сначала ротор разгоняется до скорости, близкой к синхронной, и включается обмотка возбуждения, а затем включаются обмотки статора в сеть.

У двигателей с так называемым асинхронным пуском в полюсных наконечниках ротора укладываются металлические стержни, соединенные с боков кольцами. Получается своеобразная дополнительная (пусковая) обмотка, подобная «беличьему колесу» асинхронного двигателя. При пуске такого двигателя обмотку возбуждения закорачивают через разрядный резистор, а обмотку статора включают в сеть, при этом ротор начинает разгон так же, как и ротор асинхронного двигателя. После того, как он достигнет наибольшей возможной скорости вращения (примерно 95% синхронной), обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Двигатель автоматически входит в синхронизм, а дополнительная обмотка в полюсных наконечниках как бы автоматически отключается, так как ЭДС индукции в ней при синхронной скорости вращения поля и ротора равна нулю. Для получения большого пускового момента пусковую обмотку (стержни в полюсных наконечниках) изготовляют с большим активным сопротивлением. Закорачивание обмотки возбуждения при асинхронном пуске синхронного двигателя необходимо для предотвращения ее от пробоя в момент пуска. Эта обмотка при пуске создает вращающий момент одинакового направления, что и момент пусковой обмотки.

Для остановки синхронного двигателя сначала уменьшают ток возбуждения до значения, соответствующего минимальному току обмоток статора, затем отключают статор и лишь после этого размыкают цепь возбуждения. Несоблюдение такого порядка (например, отключение обмотки возбуждения раньше отключения обмоток статора) приведет к чрезмерному увеличению тока в обмотке статора и к возможным опасным для целости изоляции перенапряжениям в разомкнутой обмотке возбуждения.

Достоинством синхронного двигателя является строго постоянная скорость вращения, а недостатком — необходимость

применения вспомогательных устройств для автоматического управления, стоимость которых иногда сравнима со стоимостью самого двигателя, некоторые трудности пуска двигателя.

Размещено на реф.рф
В течение половины периода изменения тока в обмотках момент будет направлен в одну сторону, а в течение другой половины — в противоположную.

Пуск мог бы произойти, в случае если бы ротор разогнался до установившейся скорости в течение полупериода, когда вра­щающий момент не меняет свой знак. При частоте 50 Гц полупериод равен 0,01 с. Из-за механической инœерции за такое время роторы практически всœех синхронных двигателœей развернуться не смогут.

Существует несколько способов пуска двигателя. Эти способы заключаются в том, что в процессе пуска ротор двигателя разгоняется до скорости вращающегося поля, после чего двигатель входит в синхронизм и начинает работать как синхронный. Применение получили пуск с помощью разгонного двигателя, частотный пуск и асинхронный пуск. Наибольшее распространение имеет асинхронный пуск.

Пуск с помощью разгонного двигателя состоит в том, что посторонним (разгонным) двигателœем ротор синхронной машины разворачивается до номинальной скорости. Обмотка возбуждения включена в сеть постоянного тока, а обмотка статора разомкнута. Далее производят включение ее на параллельную работу с сетью. После подключения машины к сети разгонный двигатель механически отсоединяют от вала синхронной машины, и последняя переходит в двигательный режим. Мощность разгонного двигателя невелика и составляет 10—20 % номинальной мощности синхронного двигателя. Эта мощность покрывает мощность механических и магнитных потерь в синхронном двигателœе.

Частотный пуск применяется в том случае, в случае если синхронный двигатель подключен к автономному источнику, часто­ту напряжения которого можно изменять от нуля до номинальной. В случае если плавно повышать частоту питающего напря­жения, то соответственно будет увеличиваться скорость магнитного поля. Ротор, следуя за полем, постепенно будет повышать свою скорость от нуля до номинальной. В процессе пуска машина всœе время работает в синхронном режиме.

Асинхронный пуск аналогичен пуску асинхронного двигателя. Для этого на роторе в полюсных наконечниках размещают пусковую обмотку. Эта обмотка выполняется по типу короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя и имеет то же устройство, что и демпферная обмотка генератора. При пуске трехфазная обмотка статора включается в сеть. Ток, который будет протекать по этой обмотке, создаст вращающееся магнитное поле. Оно наведет в пусковой обмотке ротора ЭДС и ток. В результате взаимодействия тока пусковой обмотки ротора с вращающимся магнитным полем образуется момент, под действием которого ротор придет во вращение и развернется до ско­рости, близкой к скорости поля ω1. Вращение его будет происходить со скольжением, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ зависит от нагрузки на валу (ω
Он явится причиной образования дополнительного момента͵ под действием которого произойдет провал в кривой механической характеристики вблизи полусинхронной скорости. Из-за этого ротор при пуске может застрять на промежуточной скорости (в точке А на рис. 10). В начале пуска обмотка возбуждения LM должна быть замкнута на резистор с сопротивлением, приблизительно в 10—15 раз большим, чем сопротивление самой обмотки (положение 1 переключателя S). По окончании пуска переключатель S переводится в положение 2, и обмотка возбуждения включается в сеть постоянного тока.

Рис. 9. Схема асинхронного пуск синхронного двигателя

Рис. 10. Механическая характеристика двигателя при асинхронном пуске с провалом вблизи полусинхронной скоростиРис. 11. Механическая характеристика двигателя при асинхронном пуске

Асинхронный пуск синхронного двигателя характеризу­ется значениями пускового тока IП и вращающих моментов— начального пускового МП и входного МB (рис. 11). Входным принято называть асинхронный момент при скорости ротора, равной 0,95ω1. Этот момент равен наибольшему на­грузочному моменту, при котором возможно вхождение двигателя в синхронизм при включении постоянного тока в обмотку возбуждения.

Читать еще:  Шевроле авео какой двигатель с цепью

В случае если сеть, в которую включается синхронный двигатель, недостаточно мощна, то во избежание большого падения напряжения при асинхронном пуске применяют меры для снижения начального пускового тока: включение через автотрансформатор, реактор и т.д.

6. Синхронные компенсаторы

Синхронный компенсатор является источником реактивной мощности и служит для регулирования cosφ сети. По режиму работы он является синхронным двигателœем, работающим в режиме холостого хода, т. е. без механической нагрузки на валу. Синхронный компенсатор потребляет активную мощность, равную потерям внутри машины. Для повышения экономичности его работы потери стараются уменьшить, применяя для охлажде­ния водород, при этом из-за меньшей плотности водорода по сравнению с воздухом снижаются механические потери.

Рис. 12. U-образная характеристика синхронного компенсатора

Наиболее важной характе­ристикой синхронного компенсатора является U-образная характеристика (рис. 12). Она мало отличается от аналогичной характеристики синхронного двигателя при Р2=0.

Реактивная мощность, развиваемая синхронным компенсатором, зависит от тока возбуждения. Перевозбужденный синхронный компенсатор работает с током, опережающим напряжение сети, и отдает реактивную мощность в сеть. При недовозбуждении он работает с током, отстающим от напряжения сети, и потребляет реактивную мощность из сети.

Синхронный компенсатор включается в конце линии передачи непосредственно у потребителя. Компенсируя частично или полностью реактивную составляющую тока линии, он уменьшает общий ток и потери в ней.

Синхронные компенсаторы чаще всœего применяются в сетях с большой индуктивной нагрузкой для компенсации отстающего тока. Такую нагрузку обычно создают включенные в сеть асинхронные двигатели. Компенсатор в данном случае работает с перевозбуждением. На рис. 13, 14 показаны схема включения компенсатора GC и векторная диаграмма. На векторной диаграмме ток I представляет собой ток в сети при отсутствии синхронного компенсатора, а ток I‘ — при его включении. Реактивная составляющая IР тока I частично скомпенсирована током синхронного компенсатора IC,K. В результате этого уменьшается угол между напряжением U и током I‘, a cosφ’ повышается.

В некоторых случаях синхронный компенсатор работает с недовозбуждением. Необходимость в данном возникает, в случае если ток в линии содержит значительную опережающую составляющую, обусловленную ее емкостным сопротивлением. Это наблюдается в часы малой нагрузки линии передачи, когда отстающий ток нагрузки не компенсирует емкостную составляющую тока линии.

Синхронные компенсаторы устанавливаются также и для регулирования напряжения в конце линии электропередачи путем регулирования реактивного тока и изменения падения напряжения и его фазы. При опережающем токе синхронного компенсатора его ток возбуждения больше, чем при отстающем, в связи с этим условия нагрева компенсатора получаются более тяжелыми при опережающем токе.

Рис. 13. Схема включения синхронного компенсатора

Рис. 14. Векторная диаграмма для тока в сети при включенном синхронном компенсаторе

Вследствие этого номинальной мощностью синхронного компен­сатора считается мощность при опережающем токе.

Синхронные компенсаторы имеют некоторые конструктивные отличия от двигателœей. Οʜᴎ не имеют выходного конца вала, кроме того, поскольку вал не передает вращающего момента͵ он должна быть выполнен тоньше. Так как от синхронного компенсатора не требуется обеспечения больших перегрузок по моменту, то МMAX у них должна быть снижен за счёт уменьшения воздушного зазора (увеличения хd). Уменьшение воздушного зазора способствует сокращению размеров обмотки возбуждения. Все это приводит к уменьшению габаритов синхронного компенсатора.

Компенсаторы выпускаются на мощности от 2,8 до 320 MB∙А обычно в горизонтальном исполнении. Их номинальные напряжения составляют 6,6-20 кВ, а частота вращения 1000 или 750 об/мин.

Пуск синхронного двигателя — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Пуск синхронного двигателя» 2017, 2018.

Читайте также

Метод асинхронного пуска. Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока, электромагнитный момент будет. [читать подробнее].

Схема включения Электропривод с синхронным двигателем Преимущества синхронных двигателей: · высокий КПД (96-98%); · высокий коэффициент мощности cos&. [читать подробнее].

Предположим, что обмотка якоря синхронного двигателя подключена к сети трехфазного тока, обмотка возбуждения — к источнику постоянного тока, а ротор неподвижен. МДС обмотки якоря будет создано вращающееся магнитное поле, благодаря взаимодействию которого с. [читать подробнее].

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока, электромагнитный момент будет дважды изменять свое. [читать подробнее].

ЛЕКЦИЯ 25 Схема полей статора и ротора син- хронного двигателя В режиме двигателя статор машины подключается к трехфазной сети, в обмотку возбуждения через щетки и кольца подается постоянный ток возбуждения. Как и в асинхронном двигателе, токи обмоток якоря. [читать подробнее].

ЛЕКЦИЯ 21 Характеристики синхронного генератора. Характеристика холостого хода – зависимость ЭДС статора Е0 от тока возбуждения Iв при токе статора I = 0, частоте вращения n = const (что равносильно f = const). Так как основной магнитный поток создается током. [читать подробнее].

Схема асинхронного пуска синхронного двигателя Наиболее распространен способ «асинхронного» пуска, при котором ротор содержит дополнительную пусковую короткозамкнутую обмотку из медных или латунных стержней. При отсутствии этой дополнительной обмотки. [читать подробнее].

Схема асинхронного пуска синхронного двигателя Наиболее распространен способ «асинхронного» пуска, при котором ротор содержит дополнительную пусковую короткозамкнутую обмотку из медных или латунных стержней. При отсутствии этой дополнительной обмотки. [читать подробнее].

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector