Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пуск синхронного двигателя большой мощности

Пуск синхронного двигателя

Синхронный двигатель непосредственным включением обмотки статора (якоря) в сеть переменного тока не может быть запущен в ход.

Объясняется это следующим образом. При включении многофазной обмотки якоря в сеть практически мгновенно образуется вращающееся магнитное поле, частота вращения которого nп зависит oт частоты f протекающего по обмоткам тока (nп=60f/р). «Полюсы» этого поля, перемещаясь в пространстве, будут взаимодействовать то с одноименными, то с разноименными полюсами неподвижного, возбужденного ротора. В соответствии с этим будет меняться направление вращающего момента, действующего на ротор. 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, 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 инерции за такое время роторы практически всех синхронных двигателей 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) двигателем ротор синхронной машины разворачивается до номинальной скорости. Обмотка возбуждения включена в сеть постоянного тока, а обмотка статора разомкнута. Затем 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 двигателе.

Частотный пуск применяется в том случае, если синхронный двигатель подключен к автономному источнику, часто­ту напряжения которого можно изменять от нуля до номинальной. 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 все 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, которое зависит от нагрузки на валу (ω 

200. Способы пуска синхронных двигателей

Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

На фиг. 405 показана схема пуска оинхрониого двигателя 1 с помощью вспомогательного асинхронного двигателя 2.

Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.

Порядок пуска синхронного двигателя следующий. Включая рубильник 3, пускают вспомогательный асинхронный двигатель 2, который разворачивает ротор синхронного двигателя 1 до скорости, соответствующей скорости поля статора. Скорость вращения вспомогательного двигателя определяется по тахометру 1 . Затем, включая рубильник 4 постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. Чтобы включить синхронный двигатель в сеть трехфазного тока, его нужно синхронизировать так же, как и при включении синхронного генератора на параллельную работу. Для этого реостатом 5 устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора по вольтметру V было равно напряжению сети, указываемому вольтметром V1.

Электролампы 6, включенные параллельно ножам рубильника 7 трех-фазной сети, при разомкнутом рубильнике будут мигать. Сначала мигание будет частым, но если изменять скорость вращения вспомогательного асинхронного двигателя, то лампы будут мигать . все реже и реже. Синхронный двигатель можно включить в сеть трехфазного тока рубильником 7 тогда, когда все три лампы одновременно погаснут. Ротор двигателя при этом входит в синхронизм и может далее вращаться самостоятельно. Теперь

вспомогательный двигатель 2 рубильником 3 можно отключить от сети.

Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей. Поэтому в настоящее время он применяется редко.

Асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения 1 двигателя наводится большая э. д. с, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником 2 на сопротивление 3 (фиг. 406).

При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора 4 синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи.

Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) рубильник 2 переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения.

Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора 2 или автотрансформатора.

В настоящее время применяют почти исключительно асинхронный пуск синхронных двигателей ввиду его простоты и надежности. Существуют также схемы автоматического асинхронного пуска синхронных двигателей.

1 Тахометр — прибор, измеряющий скорость вращения машины.

2 Реактор — индуктивное сопротивление, выполненное в виде катушки без стального сердечника.

Пуск синхронных двигателей

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инер­ции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В ре­зультате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и рото­ром устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пуско­вой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке син­хронного генератора (см. рис. 21.7). Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рис. 22.3, а. Невозбужден­ный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пуско­вой клетки ЭДС, которые создают токи /2. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил Рэм. Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рис. 22.3,6). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (n2 0,95n1), обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Обра­зующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию успокоительной обмотки, огра­ничивая качания ротора.

Читать еще:  Что такое электрический ток

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхож­дение в синхронизм. Явно полюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение дви­гателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный мо­мент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается в синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхро­низм Мвх. Величина асинхронного момента Ма при частоте вра­щения n2 0,95n1 зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены.

Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пуско­вой клетки , соответствующего значительному пусковому мо­менту способствует уменьшению момента входа в синхро­низм (и, наоборот, при сопротивлении , соответствующем небольшому пусковому моменту , момент входа в синхро­низм увеличивается ( ) (рис. 22.4).

Рис. 22.4. Асинхронные моменты при пуске синхрон­ного двигателя: Ма—основной момент;Мд—дополнительный момент; Мвх— момент входа в синхронизм

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пере­секающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для це­лости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего пер­сонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на пе­риод разгона ротора замыкают на активное сопротивление г, примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуж­дения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления rна зажимы возбудителя осуществляют переклю­чателем П.

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора об­разует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент Мд. Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим и создает «провал» в характеристике пускового (асин­хронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает зна­чительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной вы­держивать ,без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номи­нальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при пониженном напряжении :автотрансформаторный или реакторный.

В настоящее время главное значение имеет так называемый асинхронный способ пуска синхронных двигателей. Для этого, как было сказано в § 39-2, в полюсные наконечники закладывают специ­альную пусковую обмотку или делают ротор массивным со сплош­ными полюсными наконечниками без специальной пусковой обмотки.

При асинхронном пуске синхронного двигателя подводимое к нему напряжение понижают при помощи дросселя или автотрансформатора (рис. 28-6, а и б) до 1/3н-1/2 номинального. Реже производится прямое включе­ние синхронного двигателя в сеть, и лишь в исключитель-Eibix случаях пусковое напря­жение повышают относительно номинального при помощи авто­трансформатора.

Рис. 39-2. Пусковые характеристики синхронного двигателя

Процесс асинхронного пуска синхронного двигателя в основном сводится к следующему.

Под действием напряжения, подведенного к обмотке якоря двига­теля, по этой обмотке течет трехфазный ток, образующий магнит­ное поле, вращающееся со скоростью п — 60//р. При этом обмотка возбуждения не может быть оставлена разомкнутой, так как на ее зажимах появилось бы напряжение, опасное для изоляции обмотки. Обычно в цепь возбуждения вводят последовательно с обмоткой активное сопротивление гп, превышающее сопротивление обмотки возбуждения в 10—15 раз.

Вращающееся поле якоря наводит э. д. с. и соответственно ток в пусковой обмотке или в пусковом контуре в машинах с массивным ротором (§ 39-2) и в обмотке возбуждения. Пусковая обмотка (или пусковой контур) должна быть рассчитана так, чтобы пусковые ха­рактеристики двигателя, и прежде всего пусковой момент, отвечали требованиям, которые предъявляются к двигателю приводом.

На рис. 39-2 показаны характеристики асинхронных моментов: 1 — для тяжелых условий пуска и 2 — для облегченных. Но при этом нужно в обоих случаях обеспечить не только требуемую вели­чину пускового момента Ма, но и необходимую величину так назы-ваемого входного момента Мвх, способствующего синхронизации двигателя с сетью. Под последним понимают момент, развиваемый двигателем при 0,95 синхронной скорости, т. е. при скольжении s — 5%. Для линии 1 входной момент определяется отрезком ab; для линии 2 входной момент МВХ2 = ас. Отсюда следует, что синхрон­ные двигатели, развивающие при пуске большой пусковой момент Мп, имеют меньший входной момент Мвх, т. е. труднее синхронизи­руются с сетью, и наоборот.

Наряду с моментами Ми и Мвх большое значение имеет наиболь­ший момент Мт, определяющий перегрузочную способность двига­теля Мт/Мн, где Мн — номинальный момент двигателя. Обычно Мт = (1,5 -т- 2,5) Ми, но может достигать значений 3,5 Мн.

Ток, возникающий в обмотке возбуждения при пуске, создает на валу двигателя одноосный момент, поскольку обмотка возбуждения

Однако реактивный момент обычно невелик. Поэтому в обмотку возбуждения двигателя, после того как он достигнет скорости, со­ставляющей примерно 95% синхронной, подается постоянный ток. Но в этом случае нужно добиваться таких условий, при которых поле, создаваемое током возбуждения, усиливало бы поле, создаваемое статором, т. е. в случае, показанном на рис. 39-3, 21 2223242526272829Следующая

Дата добавления: 2016-07-22 ; просмотров: 7544 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Пуск синхронных двигателей.

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного.Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхрон­ного генератора. Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рисунке 44, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи .

Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил . Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рисунок 44, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной , обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Обра­зующийся при этом синхронный момент втягиваем ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка дви­гателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора.

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

Рисунок 44 – Асинхронный пуск синхронного двигателя

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение дви­гателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается и синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм . Величина асинхронного момента при частоте вращения зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивле­ния металла, из которого они изготовлены.

Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пуско­вой клетки , соответствующего значительному пусковому моменту , способствует уменьшению момента входа в синхронизм и, наоборот, при сопротивлении , соответствующем небольшому пусковому моменту ( ), момент входа в синхронизм увеличивается (рисунок 45).

Читать еще:  Нормы расположения газовой плиты

– основной момент; – дополнительный момент,

– момент входа в синхронизм.

Рисунок 45 – Асинхронные моменты при пуске синхронного двигателя

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекаю­щий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции са­мой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвра­щения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление , примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П (см. рисунок 44, а).

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент . Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рисунок 45) и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряже­ние применяют при достаточной мощности сети, способной вы­держивать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номиналь­ным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно при­менить пуск двигателя при пониженном напряжении: автотрансформаторный или реакторный.

Дата добавления: 2015-10-13 ; просмотров: 1418 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Пуск синхронного двигателя большой мощности

Название: Электроснабжение — Учебное пособие (Вячеслав Ольховский)

Жанр: Технические

Просмотров: 1496

2.6. пуск синхронных двигателей

Важнейшей особенностью синхронных двигателей, усложняющей вопросы их пуска и самозапуска, является то, что при относительно небольшой разнице (более 5%) скоростей вращения поля статора (внешнего магнита на рис.2.1) и ротора, упругой силы притяжения (жесткости воображаемой пружины) не хватает, чтобы ускорить ротор до синхронной скорости. При этом, указанная упругая сила с частотой, определяемой разностью скоростей вращения поля статора и ротора, то «зацепляется», то «рвется», вызывая вибрацию ротора. Поэтому разгон ротора за счет синхронного момента возможен лишь при скольжении ротора . Отсюда ясно, что возможны два принципиально различных способа пуска синхронных двигателей.

Первый — частотный, когда сначала включается ток возбуждения, на статор подается от преобразователя частоты пониженное напряжение низкой частоты (зацепляется воображаемая пружина), а затем частота и величина напряжения на статоре плавно увеличиваются до номинальной, плавно разгоняя ротор до номинальной скорости. Этот вид пуска для синхронных двигателей общепромышленного назначения используется крайне редко из-за значительной стоимости преобразователя частоты.

Второй — асинхронный. Для его реализации явнополюсные двигатели оснащаются пусковой короткозамкнутой обмоткой, аналогичной обмотке ротора асинхронных двигателей. В неявнополюсных двигателях роль пусковой обмотки играет сплошное тело стального ротора. Этот способ пуска является самым массовым. Он состоит из двух этапов (рис.2.9). Сначала () обмотка возбуждения закорачивается наглухо или на гасительный резистор во избежание ее повреждения, далее на статор подается напряжение сети и ротор раскручивается асинхронным моментом на интервале времени [0,t1] аналогично рис.1.18.

Рис.2.9. Асинхронный пуск синхронного двигателя

При достижении ротором подсинхронной скорости в момент времени t1 включается возбуждение (зацепляется воображаемая пружина на рис.2.1) и ротор окончательно ускоряется за счет синхронного момента до номинальной скорости . При этом за счет упругости воображаемой пружины и инерционности ротора возможны его колебания, которые быстро затухают.

— переменный ток в закороченной наглухо или на гасительный резистор обмотке возбуждения. Частота его и величина по мере разгона ротора уменьшаются;

— постоянный ток, поступающий в обмотку возбуждения от возбудителя;

— пусковой ток статора достигающий при величины .

Для явнополюсных двигателей при пуске без нагрузки на валу возможно иногда втягивание в синхронизм до включения возбуждения за счет реактивного синхронного момента (второе слагаемое в выражении (2.4) или кривая 2 на рис.2.4 ).

Необходимо отметить, что многие синхронные двигатели могут запустится только без нагрузки или с малой нагрузкой со стороны технологического агрегата. Только при этом условии для таких двигателей возможно достижение подсинхронной скорости, то есть кривая в момент времени t1 пройдет выше точки А на рис.2.9.

Большинство современных синхронных двигателей допускают прямой пуск — включение на полное напряжение сети. Исключение составляют некоторые типы турбодвигателей, для которых по условию нагрева поверхности ротора не допускается прямой пуск. Для таких двигателей используют асинхронный реакторный пуск, когда в начале первой стадии пуска в цепь питания двигателя подключают реактор, снижающий напряжение на зажимах двигателя до допустимой величины.

Большой пусковой ток при асинхронном пуске вызывает увеличение потерь напряжения в сети — провал напряжения, который оказывает мешающее воздействие на работу других электроприемников. В ПУЭ нормируется допустимая величина таких провалов:

при редких пусках (1 раз в смену или реже) ;

при частых пусках (более 1 раза в смену) .

Если при прямом пуске не выполняются эти требования, то для ограничения провалов напряжения применяют реакторный пуск.

На рис.2.10 приведены расчетная и эквивалентная схемы для расчета допустимости прямого асинхронного пуска синхронного двигателя.

Пусковой ток (максимальное значение): ,

где — эквивалентное сопротивление системы;

— расчетное сопротивление двигателя при пуске;

— сверхпереходные индуктивные сопротивления синхронного двигателя по продольной и поперечной осям соответственно, которые указываются в паспортных данных.

Рис.2.10. Расчетная и эквивалентная схемы прямого пуска синхронных двигателей

Напряжение на шинах при максимуме тока :

Если принять , то из полученного соотношения следует, что:

для редких пусков ;

При невыполнении полученных условий прямой пуск не допустим и требуется ограничить величину с помощью пускового реактора (рис.2.11).

Реакторный пуск производится следующим образом. Сначала включается выключатель QF1, пусковой ток двигателя протекает через реактор, который ограничивает его до нужной величины, что особенно важно в начале интервала [0,t1] (рис.2.9). В конце этого интервала, когда уменьшается в несколько раз относительно своего максимального значения, включается выключатель QF2, отключается QF1, реактор выводится из работы и ротор разгоняется до подсинхронной скорости. Если момент сопротивления при пуске незначителен, ротор двигателя может достигнуть подсинхронной скорости и втянуться в синхронизм до вывода реактора из работы.

Необходимое сопротивление реактора можно определить следующим образом:

Откуда: для редких пусков , ;

для частых пусков , .

Рис.2.11. Расчетная и эквивалентная схемы реакторного пуска

Если двигатель пускается с нагрузкой на валу, например, с моментом сопротивления при равном , то необходима проверка на достаточность пускового момента двигателя , который снижается за счет реактора. Так как асинхронный момент пропорционален квадрату напряжения (1.7), то эта проверка состоит в следующем:

где 1,3 — коэффициент запаса, учитывающий нестабильность и возможное отклонение напряжения в сети от номинального.

При невыполнении этого условия, что встречается довольно редко в условиях слабой сети (больших ) и мощного двигателя (малое ), то необходимо либо усилить сеть, либо использовать автотрансформаторный пуск.

Пуск двигателей с неявновыраженными полюсами (турбодвигателей) имеет следующие специфические особенности, обусловленные тем, что роль пусковой обмотки играет тело сплошного цилиндрического ротора.

В начале пуска частота токов, индуктируемых в теле ротора, равна частоте напряжения в сети. За счет поверхностного эффекта эти токи протекают в поверхностном слое небольшой глубины. Активное сопротивление ротора (рис.1.1) максимально, индуктивное минимально и асинхронный момент максимален (1.8). Потери в теле ротора при этом большие и быстро нагревают поверхность ротора. Тепло с поверхности ротора посредством теплопередачи отводится в глубину ротора и температура нагрева поверхности ротора определяется интенсивностью этого теплоотвода. Если этот теплоотвод идет медленно, что характерно для двигателей, имеющих ротор относительно небольшого диаметра и небольшую массу, то поверхность ротора может нагреться выше допустимой температуры и прямой пуск не допустим. Для турбодвигателей, имеющих ротор относительно более массивный, указанный теплоотвод идет более интенсивно, температура поверхности ротора не высока и прямой пуск допустим.

Читать еще:  Выбираем кондиционер для спальной комнаты: 6 плюсов установки

Выбор пускового реактора для неявнополюсных синхронных двигателей, не допускающих по вышеуказанным причинам прямого пуска, производится из условия:

где — допустимое по условию нагрева поверхности ротора напряжение при пуске, которое указывается в паспорте двигателя. Как правило это напряжение составляет .

Если подставить это значение в выражение (2.12), и учесть, что , то получим следующее соотношение:

После выбора реактора следует проверить его на достаточность пускового момента для раскручивания механизма по условию (2.11) и на допустимость по провалу напряжения по условию (2.9).

Если пуск двигателя по каким либо причинам затягивается (снижено напряжение, увеличился момент сопротивления), то для предотвращения опасного перегрева пусковой обмотки явнополюсного или ротора неявнополюсного все синхронные двигатели оснащаются защитой от асинхронного хода с выдержкой времени 8. 10 секунд.

Содержание

Читать: Аннотация
Читать: Введение
Читать: 1. асинхронные электродвигатели
Читать: 1.1. эквивалентная схема и векторные диаграммы асинхронного двигателя
Читать: 1.2. вращающий момент и механическая характеристика ад
Читать: 1.3. потери в асинхронных двигателях
Читать: Синхронные электродвигатели
Читать: Принцип работы и векторные диаграммы
Читать: Активная мощность синхронного двигателя
Читать: 2.4. потери в синхронных двигателях
Читать: 2.5. рабочие характеристики синхронного двигателя
Читать: 2.6. пуск синхронных двигателей
Читать: Самозапуск синхронных двигателей
Читать: Асинхронный режим синхронных двигателей
Читать: Литература

Пуск синхронного двигателя большой мощности

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.

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.

Пуск синхронного двигателя

Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска. Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора или автотрансформатора.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами раскрутить другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

На рис. 405 показана схема пуска синхронного двигателя 1 с помощью вспомогательного асинхронного двигателя (2).

Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов вспомогательного (пускового) двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, по причине того что при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.

Порядок пуска синхронного двигателя следующий. Включая рубильник 3, пускают вспомогательный асинхронный двигатель 2, который разворачивает ротор синхронного двигателя 1 до скорости, соответствующей скорости поля статора. Скорость вращения вспомогательного двигателя определяется по тахометру 1. Затем, включая рубильник 4 постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. Чтобы включить синхронный двигатель в сеть трехфазного тока, его нужно синхронизировать. Для этого реостатом 5 устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора по вольтметру V было равно напряжению сети, указываемому вольтметром V1.

Электролампы 6, включенные параллельно ножам рубильника 7 трехфазной сети, при разомкнутом рубильнике будут мигать. Сначала мигание будет частым, но если изменять скорость вращения вспомогательного асинхронного двигателя, то лампы будут мигать все реже и реже. Синхронный двигатель можно включить в сеть трехфазного тока рубильником 7 тогда, когда все три лампы одновременно погаснут. Ротор двигателя при этом входит в синхронизм и может далее вращаться самостоятельно. Теперь вспомогательный двигатель 2 рубильником 3 можно отключить от сети.

Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей. Поэтому в настоящее время он применяется редко.

Асинхронный пуск

Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения двигателя наводится большая э.д.с, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником на разрядное сопротивление.

При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи.

Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) рубильник переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector