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

Что такое асинхронный пуск синхронного двигателя

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

Читать еще:  Газогенераторный двигатель устройство принцип работы

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.

мтомд.инфо

Синхронный двигатель. Пуск синхронного двигателя.

Раздел:Электротехника

Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора. При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой: n = 60 f / p, где f — частота тока питающей сети, р — число пар полюсов на статоре.

Принцип действия синхронного двигателя

Ротор, зачастую являющийся электромагнитом, будет строго следовать за вращающимся магнитным полем, то есть его частота вращения n2 = n1. Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной модели (рис. 1). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Принцип действия синхронного двигателя

Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S — N, которые сцеплены с полюсами на статоре. Если нагрузка на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями полюсов ротора (θ = 0). Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора и ротора могут расходиться на некоторый угол θ. Однако магнитное сцепление ротора со статором будет продолжаться, и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n2 = n1). При больших значениях ротор может выйти из сцепления и двигатель остановится.

Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным — это обеспечение синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.

Пуск синхронного двигателя

Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается магнитным сцеплением полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора. В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой, прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо разогнать до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством.

Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным. Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм. Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую или при малой нагрузке на валу.

Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой. В последнее время используется так называемая система асинхронного пуска синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя.

Система асинхронного пуска синхронного двигателя

В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем — как синхронный. В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику постоянного тока.

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;

Читать еще:  Двигатель 4м50 не заводится

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.

12.4. V образные характеристики

V- образные характеристики представляют собой зависимость тока якоря I и коэффициента мощности cos двигателя от тока воз­буждения iв при постоянных значениях напряжения обмотки якоря U и его частоты f и постоянной отдаваемой механической мощности P2 . Эти характеристики отражают важную особенность синх­ронных двигателей возможность регулирования их реактивной мощности и cos.

Рассмотрим V — образные характеристики двигателей на при­мере неявнополюсной машины. Необходимые пояснения даны с помощью упрощенных векторных диаграмм синхронного двигателя, представленных на рис. 12.3.

Если принять потери в обмотке и стали якоря, механические и добавочные потери постоянными, то при P2= const подводимая к обмотке якоря мощность также постоянна, P1= mUIcos = const, и, следовательно, активная составляющая тока якоря также неизменна — Iа=Icos =const. Поэтому на векторной диаграмме (рис.12.3) конец вектора тока якоря I при разных значениях тока возбуждения iв скользит по прямой АВ. Для каждого значения I величина iв может быть определена из уравнения токов синхронной машины , отра­жающего уравнение МДC . Так,iв пред­ставляет собой результирую­щую МДС в зазоре F в масштабе тока возбуждения, I — МДС реакции якоря Fa в масштабе тока возбуждения или приведенный ток якоря. Ток возбуждения прямо пропорционален МДС Fв обмотки возбуждения.

Величина iв может быть определена по результирующей ЭДС E обмотки якоря , индуктированной резуль­тирующим магнитным полем воздушного зазора. Если пренебречь для простоты сопротивлениями рассеяния xsa= 0 и активным ra= 0, то и, следова —

Рис. 12.3. Упрощённые векторные диаграммы синхронного двигателя

тельно, iвconst. Вектор , как и вектор результирующего потока в зазоре , опережает на 90 о . Вектор совпадает по направлению с током якоря, и конец его скользит по прямойA’B’, параллельной линии АВ, так как I прямо пропорционален току якоря.

На рис. 12.3 построены векторные диаграммы токов для четырёх то­чек V-образной характеристики и получены токи возбуждения для соответствующих им токов якоря. Для точки 1 на рис.12.3 вы­полнено также построение векторной диаграммы напряжений по урав­нению, гдеЕ — ЭДС, индуктированная в обмотке якоря полем обмотки возбуждения; xc — синхронное индуктивное сопротивление.

На рис. 12.4 представлены V- образные характеристики I = f(iв) и cos = f(iв) для P2= 0 (холостой ход) и P2= const 0.

На рис.12.3 и на характеристиках рис. 12.4 точка 1 соответству­ет перевозбуждению двигателя, когда реактивная мощность отдает­ся в сеть, Q>0; точка 2 — нормальному возбуждению, когда Q = 0 и cos = 1; точка 3 — недовозбуждению, когда реактивная мощ­ность потребляется из сети, Q 25 / 31 25 26 27 28 29 30 31 > Следующая > >>

Читать еще:  Двигатель n52 чип тюнинг

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Что такое асинхронный пуск синхронного двигателя

Пуск синхронного двигателя

Синхронные машины в принципе не имеют пускового момента и не могут самостоятельно разгоняться до синхронной скорости, т.к. при включении статора в сеть его магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями. Если частоту вращения поля статора в пространстве обозначить , а частоту вращения ротора – , то скольжение ротора будет равно – , где ; ; — число пар полюсов машины; — частота сети; – частота скольжения, т.е. частота, с которой изменяются во времени периодические величины в электромагнитных процессах в роторе. Поэтому угол нагрузки q является функцией времени – , а электромагнитный момент изменяется во времени по синусоидальному закону . При этом его среднее за период частоты скольжения значение остаётся равным нулю.

Для пуска ротор синхронной машины снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой, аналогичной обмотке ротора асинхронного двигателя типа беличья клетка, которая в асинхронном режиме создаёт электромагнитный момент . Кроме синхронного и асинхронного вращающих моментов на ротор машины действует некоторый тормозной момент или момент нагрузки . С учётом всех приложенных моментов движение ротора можно описать с помощью второго закона Ньютона следующим образом —

где — суммарный момент инерции ротора и нагрузки, приведённый к оси ротора.

Для анализа процесса разгона ротора в первом приближении предположим, что его скорость изменяется достаточно медленно так, что в пределах периода скольжение ротора остаётся постоянным. Это соответствует приближённому равенству , т.е. угловое ускорение ротора определяется только синхронным моментом , т.е. . Отсюда составляющая угловой скорости, соответствующая этому ускорению будет , т.е. она также будет изменяться во времени по синусоидальному закону с максимальным положительным значением , растущим по мере уменьшения скольжения и разгона машины.

Для реактивной машины, с учётом того, что её момент является функцией двойного угла q это выражение примет вид .

Таким образом, в процессе разгона мгновенное значение скорости вращения ротора будет определяться медленно изменяющейся составляющей , обусловленной действием моментов нагрузки и короткозамкнутой обмотки, и пульсирующей составляющей , обусловленной взаимодействием магнитных полей статора и ротора (рис. 1).

В тот момент, когда максимальное положительное значение синхронной составляющей скорости вращения ротора станет равным или большим разности скоростей вращения поля статора и ротора ( ) машина войдёт в синхронизм, т.е.

Отсюда максимальное скольжение ротора, при котором войдёт в синхронизм машина с возбуждёнными полюсами —

а реактивная машина —

Условием самозапуска двигателя является условие . Из полученных выражений следует, что это условие всегда выполняется при достаточно низкой частоте сети и безусловно всегда при постоянном токе . Условие самозапуска теоретически может быть выполнено также при малом моменте инерции .

Выражения для скольжения синхронизации показывают, что оно определяется соотношением собственной частоты свободных угловых колебаний ротора и частоты сети . Чем больше собственная частота колебаний, тем легче происходит запуск синхронного двигателя.

На рис. 2 показан процесс пуска синхронного двигателя с помощью короткозамкнутой обмотки без нагрузки. При включении в сеть в точке a ротор под действием асинхронного момента разгоняется до скорости, соответствующей скольжению входа в синхронизм (точка b ), а затем быстро (не более, чем за период приведённой частоты скольжения) втягивается в синхронизм. При этом возникает постепенно затухающий колебательный переходный процесс установки угла нагрузки q (точка c ‘). Если затем момент нагрузки возрастает и становится равным максимальному (точка d ), то машина выходит из синхронизма и переходит на характеристику асинхронного момента (точка e ), в которой будет находиться до тех пор, пока момент нагрузки не уменьшится до значения, соответствующего скольжению синхронизации (точка b ).

При пуске синхронных машин с электромагнитным возбуждением обмотку возбуждения замыкают активным сопротивлением в 8-10 раз большим собственного сопротивления обмотки. Это делается для того, чтобы исключить перенапряжения в обмотке за счет ЭДС наводимой в ней вращающимся полем статора. Когда скорость вращения ротора за счет асинхронного момента короткозамкнутой пусковой обмотки достигнет примерно 95% от синхронной скорости сопротивление отключают и подключают обмотку к источнику постоянного тока. При этом возникает синхронный момент , под действием которого ротор втягивается в синхронизм так, как это было описано выше. Обмотку возбуждения нельзя замыкать накоротко для получения дополнительного асинхронного момента, т.к. при этом на механической характеристике асинхронного момента появится провал примерно на половине синхронной скорости и ротор может остановить разгон на этом участке.

В машинах большой мощности вместо встроенной в ротор короткозамкнутой обмотки используют асинхронный двигатель, соединенный с валом синхронного .

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector