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

Влияние напряжения на работу синхронных двигателей

Влияние напряжения на работу синхронных двигателей

§ 121. Влияние тока возбуждения на работу синхронного двигателя

При постоянной величине механической нагрузки на валу двигателя активная мощность, потребляемая двигателем из сети, остается также постоянной (если не учитывать разницы в величине потерь мощности в самом двигателе). Отсюда следует, что при любом cos φ активная составляющая тока I1, потребляемого двигателем из сети, будет постоянной (рис. 286):


Рис. 286. Векторная диаграмма синхронного двигателя при М = const и Iр = var

В создании результирующего магнитного потока синхронного двигателя принимают участие как обмотка статора, так и обмотка ротора. Доля участия той или иной обмотки в создании результирующего магнитного потока зависит от величины тока этих обмоток. Так же как у трансформаторов и асинхронных двигателей, результирующий поток синхронного двигателя при постоянном напряжении (Uc = const) остается практически постоянным. Поэтому при изменении тока возбуждения синхронного двигателя ток статорной обмотки, т. е. ток, потребляемый двигателем из сети, будет также изменяться.

На рис. 287 дана векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя. Результирующий магнитный поток Φрез индуктирует в обмотке статора двигателя э.д.с. Eрез, отстающую от потока на 90°.


Рис. 287. Векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя

Если сопротивления обмотки статора принять равными нулю, то э.д.с. Ерез будет уравновешена напряжением сети U. Если пренебречь влиянием гистерезиса и вихревых токов, то магнитный поток статора (якоря) Φя будет совпадать по фазе с током якоря I.

Геометрическая сумма магнитных потоков статора Φя и ротора Φв даёт результирующий поток Φрез.

На диаграмме магнитные потоки представлены для трех случаев: ток якоря I1 совпадает по фазе с напряжением U; ток якоря I2 отстает от напряжения U, и ток якоря I3 опережает по фазе напряжение U.

Из рис. 287 видно, что при недовозбуждении двигатель работает как индукционная катушка, потребляя из сети ток I2, отстающий на фазе от напряжения сети Uc на угол φ2. Активная составляющая тока равна I2 cos φ2. С увеличением тока возбуждения статорный ток будет уменьшаться и при φ = 0 величина тока I1 будет наименьшей. Если продолжать увеличивать ток возбуждения, то двигатель начнет работать с опережающим током I3, т. е. будет подобен емкости (конденсатору). Активная составляющая тока I3 cos φ3 будет по-прежнему постоянна, но за счет увеличения реактивной составляющей тока I3 sin φ3 статорный ток будет увеличиваться.

Способность перевозбужденного синхронного двигателя работать с опережающим током часто используют для увеличения коэффициента мощности электрической установки.

Зависимость тока I в обмотке статора синхронного двигателя от тока возбуждения Iв при постоянном вращающем моменте М и постоянном напряжении U на зажимах двигателя, т. е.

выражается при помощи так называемых U-образных кривых, которые даны на рис. 288.


Рис. 288. U-образные характеристики синхронного двигателя

Представленные кривые показывают, что при определенной мощности на валу двигателя минимальная величина статорного тока будет иметь место при определенном токе возбуждения, соответствующем работе с cos φ = 1. Любые изменения тока возбуждения (увеличение или уменьшение) будут сопровождаться увеличением статорного тока.

В некоторых физических приборах, звуковом кино, телемеханических установках и других устройствах, там, где требуется постоянная скорость вращения, нашли себе применение маломощные, (порядка нескольких десятков или сотен ватт) реактивные синхронные двигатели. На статоре этих двигателей располагается обмотка переменного тока, создающая вращающееся магнитное поле. Ротор синхронных реактивных двигателей явнополюсный, имеет короткозамкнутую пусковую обмотку, но не имеет обмотки возбуждения. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей показаны на рис. 289.


Рис. 289. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей: 1 — сталь, 2 — алюминий

За счет асинхронного момента ротор двигателя разгоняется до 95-97% синхронной скорости.

Магнитные линии вращающегося магнитного поля статора стремятся пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому ротор будет поворачиваться так, чтобы оси полюсов совпадали с направлением магнитных линий поля статора. Следовательно, ротор будет вращаться синхронно с полем статора. Вхождение ротора в синхронизм происходит толчком под влиянием реактивного момента за счет которого в дальнейшем работает двигатель.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Влияние — отклонение — напряжение

Влияние отклонения напряжения на работу дуговых печей зависит от выбора параметра регулирования. При поддержании постоянными сопротивления дуги и ее длины, мощность печи снижается пропорционально квадрату напряжения; при поддержании постоянным тока дуги — пропорционально первой степени напряжения; при поддержании постоянной мощности печи происходит увеличение потерь мощности в квадратичной зависимости по отношению к снижению напряжения. [1]

Влияние отклонений напряжения на работу синхронных двигателей во многом аналогично влиянию на работу АД, но имеются и свои особенности. Потери АР в СД зависят не только от величины напряжения, но и от величины тока возбуждения, то есть режима работы СД по РМ. [2]

Влияние отклонений напряжения на работу люминесцентных ламп сказывается меньше, чем на работу ламп накаливания ( рис. 2 — 4), но при напряжении, меньшем 90 % номинального, зажигания ламп не обеспечивается. [3]

Влияние отклонения напряжения на работу дуговых печей зависит от выбора параметра регулирования. При поддержании постоянными сопротивления дуги и ее длины мощность печи снижается пропорционально квадрату напряжения; при поддержании постоянным тока дуги — пропорционально первой степени напряжения; при поддержании постоянной мощности печи происходит увеличение потерь мощности в квадратичной зависимости по отношению к снижению напряжения. [4]

Рассмотрим влияние отклонений напряжения на режим работы синхронного электродвигателя. Максимальный электромагнитный момент синхронного двигателя в широко распространенных схемах с электромашинными и вентильными возбудителями при неизменном токе возбуждения изменяется пропорционально напряжению. Это вызывает соответствующее изменение запаса статической устойчивости двигателя. Отклонения напряжения в сети приводят к изменению располагаемой реактивной мощности, определяемой тепловой нагрузкой электродвигателя. [5]

Рассмотрим влияние отклонения напряжения на работу некоторых установок. [6]

Рассмотрев влияние отклонений напряжения на работу электрических локомотивов, определим, как на них влияют колебания ( кратковременные изменения) напряжения. Для этого следует рассмотреть те явления в подвижном составе, которые будут наблюдаться при резких изменениях напряжения в течение той части переходного процесса, когда скорость поезда еще остается прежней. Можно установить ( см. рис. 6.1), что резкий рост напряжения вызывает в первый момент времени значительный толчок силы тяги и тока. Значительный толчок силы тяги может вызвать бок-сование, поломку шестерен и повреждение сцепных приборов-а резкое возрастание тока опасно из-за возможности появления кругового огня на коллекторах двигателей. Резкий спад напряжения, сопровождаемый значительным уменьшением тока и силы тяги тоже может быть опасным для подвижного состава. Как показывает опыт эксплуатации, в результате резкого уменьшения тягового усилия в поезде могут возникнуть динамические силы колебательного характера. В отдельных случаях это может привести к обрыву сцепки. [7]

Вопросам влияния отклонений напряжения на эффективность работы электроприемников посвящено много работ. Часто в этих работах рассматриваются изолированно или только системы электроснабжения промышленного предприятия без учета энергосистемы, или отдельные электроприемники. [8]

Чтобы ограничить влияние отклонений напряжения на процесс газопереработки и оптимизировать его по технологическим параметрам, следует применять асинхронные двигатели с малым номинальным скольжением, или с синхронным приводом насосов. При использовании синхронного привода экономические характеристики рассматриваемых технологических агрегатов будут аналогичны характеристике турбокомпрессоров ( см. рис. 6.20), минимум ущерба для которых наблюдается при номинальном или несколько ниже номинального напряжения в зависимости от загрузки двигателя и тока возбуждения. В табл. 6.3 приведены суммарные годовые ущербы для ряда технологических установок при существующих уровнях напряжения, эксплуатируемых на различных ГПЗ страны. [9]

Теперь рассмотрим влияние отклонений напряжения сети от номинального на процесс пуска двигателей независимого и параллельного возбуждения. [10]

Теперь рассмотрим влияние отклонений напряжения сети от номинального на процесс пуска двигателей независимого и параллельного возбуждения. [11]

Читать еще:  Двигатель nissan a15 характеристики

Рассмотрим примеры влияния отклонений напряжения в системе электроснабжения на работу отдельных приемников электрической энергии и на протекание технологических процессов. [12]

Теперь следует рассмотреть влияние отклонений напряжения сети от номинального на процесс пуска двигателей независимого и параллельного возбуждения. [13]

Имеются данные о влиянии отклонения напряжения на производительность холодновысадочного автомата АШ, установленного в механозаготовительном цехе. [14]

Общим фактором при анализе влияния отклонений напряжения на эффективность производства конечного продукта является зависимость потребления активной и реактивной мощностей электроприемниками и, следовательно, потерь электрической энергии в электросетях от уровня напряжения. [15]

Научная электронная библиотека

Кузнецов Н. М., Бебихов Ю. В., Самсонов А. В., Егоров А. Н., Семенов А. С.,

1.1. Показатели качества электроэнергии и влияние отклонений напряжения и частоты на работу электрооборудования

Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество.

Понятие качество электроэнергии (КЭ) отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник (ЭП) предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое КЭ. Таким образом, качество электрической энергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых ЭП могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Так в табл. 1.1 приведены свойства электрической энергии, показатели качества и наиболее вероятные виновники ухудшения.

Прежде всего, необходимо определить, с чем именно связана эта проблема. Возможно, что она уже давно существует или возникла после установки нового оборудования или после внесения изменений в саму систему. Поэтому измерения имеют огромное значение в оценке качества электроэнергии. Они являются основным способом выявления возникающих проблем или изменений самой системы. При проведении измерений, с другой стороны, необходимо регистрировать изменения качества электроэнергии, таким образом, проблемы связаны с возможными причинами.

К проблемам качества электроэнергии относится множество различных явлений. Каждое из этих явлений может иметь самые разные причины и разные решения, которые могут способствовать улучшению качества электроэнергии и характеристик оборудования. Тем не менее, полезно рассмотреть основные этапы изучения многих вопросов.

При оценке электромагнитной обстановки и способов решения проблем связанных с электромагнитной совместимостью можно воспользоваться методом виртуального моделирования, что позволит довольно быстро определить рациональные варианты решения проблем.

Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ

Свойства электрической энергии

Наиболее вероятные виновники
ухудшения

Установившееся отклонение напряжения dUу

Размах изменения напряжения Доза фликера Рt

Потребитель с переменной нагрузкой

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Кu

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения Кu(n)

Потребитель с нелинейной нагрузкой

Несимметрия трехфазной системы напряжений

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2u

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0u

Потребитель с несимметричной нагрузкой

Отклонение частоты ?f

Длительность провала напряжения ?fп

Импульсное напряжение Uимп

Временное пе-
ренапряжение

Коэффициент временного перенапряжения КперU

Отклонение напряжения – отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения.

Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием медленного изменения нагрузки в соответствии с её графиком.

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение. Для двигателей, работающих с полной нагрузкой, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения. Если производительность механизмов зависит от частоты вращения двигателя, то на выводах таких двигателей рекомендуется поддерживать напряжение не ниже номинального. При значительном снижении напряжения на выводах двигателей, работающих с полной нагрузкой, момент сопротивления механизма может превысить вращающий момент, что приведет к «опрокидыванию» двигателя, т.е. к его остановке. Снижение напряжения ухудшает условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент. В случае снижения напряжения на зажимах двигателя реактивная мощность намагничивания уменьшается (на 2–3 % при снижении напряжения на 1 %), при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя (можно считать, что при U = –10 %, ток двигателя возрастет на 10 % от номинального значения), что вызывает перегрев изоляции. Если двигатель длительно работает при пониженном напряжении, то из-за ускоренного износа изоляции срок службы двигателя уменьшается. Снижение напряжения приводит также к заметному росту реактивной мощности, теряемой в реактивных сопротивлениях рассеяния линий, трансформаторов и асинхронных двигателей (АД).

Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности. При этом удельное потребление реактивной мощности растет с уменьшением коэффициента загрузки двигателя. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребляемая реактивная мощность увеличивается на 3 % и более, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь активной мощности в элементах электрической сети.

Влияние изменения напряжения на синхронные двигатели (СД) во многом аналогично описанному выше для АД. Основные отличия состоят в том, что частота вращения не зависит от напряжения. Ток возбуждения для машинного возбудителя не зависит от напряжения сети, а при возбуждении от выпрямительной установки – пропорционален напряжению.

С изменением напряжения сети изменяется реактивная мощность СД, что имеет важное значение, если СД используется для компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения (СЭ). Характер изменения реактивной мощности, зависящей от режима тепловой нагрузки СД, при отклонении напряжения сети определяется рядом конструктивных параметров и показателей режима работы СД.

Машины постоянного тока. Изменение амплитудных значений напряжения оказывает заметное влияние на работу электрических машин постоянного тока. При этом существенное значение имеют система возбуждения машины и степень насыщения магнитных цепей. Частота вращения для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением меняется прямо пропорционально изменению напряжения сети. Напряжение между пластинами коллектора, а следовательно, и его износ также зависит от напряжения сети.

Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью, световым потоком световой отдачей и средним номинальным сроком службы. Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания. При снижении напряжения наиболее заметно падает световой поток. При повышении напряжения сверх номинального увеличивается световой поток, мощность лампы и световая отдача, но резко снижается срок службы ламп и в результате они быстро перегорают. При этом имеет место и перерасход электроэнергии.

Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения. При повышении напряжения потребляемая мощность и световой поток увеличиваются, а при снижении – уменьшаются, но не в такой степени как у ламп накаливания. При пониженном напряжении условия зажигания люминесцентных ламп ухудшаются, поэтому срок их службы, определяемый распылением оксидного покрытия электродов, сокращается как при отрицательных, так и при положительных отклонениях напряжения.

При отклонениях напряжения на ±10 % срок службы люминесцентных ламп в среднем снижается на 20–25 %. Существенным недостатком люминесцентных ламп является потребление ими реактивной мощности, которая растет с увеличением подводимого к ним напряжения.

Отклонения напряжения отрицательно влияют на качество работы и срок службы бытовой электронной техники (радиоприемники, телевизоры, телефонно-телеграфная связь, компьютерная техника).

Вентильные преобразователи обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, а при понижении напряжения уменьшается. Повышение напряжения на 1 % приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем примерно на 1–1,4 %, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. В то же время другие показатели вентильных преобразователей с повышением напряжения улучшаются, и поэтому выгодно повышать напряжение на их выводах в пределах допустимых значений.

Отклонения напряжения отрицательно влияют на работу электросварочных машин: например, для машин точечной сварки при отклонениях на ±15 % получается 100 % брак продукции.

Читать еще:  Чем можно прогревать двигатель

Чрезмерно высокие отклонения напряжения могут представлять опасность с точки зрения электрического пробоя главной изоляции аппаратов напряжением выше 1 кВ. При этом, чем выше класс номинального напряжения аппарата, тем больше опасность потенциального пробоя изоляции. Чрезмерное повышение напряжения в сети приводит к росту токов нагрузок и мощности короткого замыкания (КЗ), что вызывает ускоренный износ коммутационных аппаратов и может сказаться на их коммутационной способности. Для аппаратов с электрическими схемами включения реальную опасность представляет перегрев и преждевременный выход из строя элементов схемы управления, находящихся во включенном состоянии достаточно длительное время. Понижение напряжения ниже номинального может сказаться только на качестве выполняемых коммутационных операций.

Таким образом, колебания напряжения приводят к значительному ущербу, поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно ?Uyнор = ± 5 % и ?Uyпред = ±10 % номинального напряжения сети.

Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.

Снижение потерь напряжения достигается:

– оптимальным выбором сечения проводников линий электропередач по условиям потерь напряжения;

– применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии;

– компенсацией реактивной мощности для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.

– в центре питания регулирование напряжения осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки;

– напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации.

Под отклонением частоты тока понимают изменение опорной частоты электрической системы от его определенной номинальной величины.

Частота электрической системы прямо зависит от частоты вращения генераторов, питающих данную систему. И из-за колебаний динамического баланса между нагрузками и выработкой энергии происходит слабые отклонения частоты. Величина и продолжительность сдвига частоты зависит от характеристик нагрузки и от быстродействия системы контроля генераторов к изменениям нагрузки.

Изменения частоты, которые превышают лимиты, принятые для нормального режима работы энергосистемы, могут быть вызваны ошибками в системе передачи энергии: разъединение больших нагрузок или выключение мощного источника выработки энергии.

В современных взаимосвязанных энергосистемах значительные изменения частоты случаются редко. Существенные изменения частоты более свойственны нагрузкам, которые получают энергию от одного изолированного генератора. В таких случаях внутри маленького круга потребителей решение управляющего резко сократить нагрузки может не совпасть с возможностями оборудования, чувствительного к изменениям частоты.

Колебания частоты характеризуются разностью между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты за определенный промежуток времени. Размах колебаний частоты не должен превышать ее указанных допустимых отклонений. Причина глубоких длительных снижений частоты – дефицитность баланса мощности или энергоресурсов в энергосистеме.

Жесткие требования стандарта к отклонениям частоты питающего напряжения обусловлены значительным влиянием частоты на режимы работы электрооборудования и ход технологических процессов производства.

Анализ работы предприятий с непрерывным циклом производства показал, что большинство основных технологических линий оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений, а их приводами служат асинхронные двигатели. Частота вращения роторов двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя.

Наиболее чувствительны к понижению частоты двигатели собственных нужд электростанций. Снижение частоты приводит к уменьшению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой мощности генераторов и дальнейшим дефицитом активной мощности и снижением частоты (имеет место лавина частоты).

Такие ЭП, как лампы накаливания, печи сопротивления, дуговые электрические печи на изменение частоты практически не реагируют.

Кроме этого, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы, реакторы со стальным магнитопроводом), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных сердечников.

Устройство и принцип действия синхронного двигателя

Содержание

  1. Устройство синхронного электродвигателя
  2. Принцип работы синхронного электродвигателя
  3. Характеристики синхронного электродвигателя

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

  • Неподвижной части (якорь или статор).
  • Подвижной части (ротор или индуктор).
  • Вентилятора.
  • Контактных колец.
  • Щеток.
  • Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

  • Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
  • С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

  • Работу при высоком значении коэффициента мощности.
  • Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
  • Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
  • Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
  • Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

  • Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
  • Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
  • Сложность пуска.
  • Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

  • Для улучшения коэффициента мощности.
  • В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

Синхронные электродвигатели. Работа и применение. Особенности

Особенностью работы двигателя является равенство скорости вращения ротора и скорости вращения магнитного потока. Поэтому скорость вала двигателя не зависит и не изменяется от величины подключаемой нагрузки. Это достигается за счет того, что индуктор синхронного электродвигателя является электромагнитом, в некоторых случаях постоянным магнитом.

Читать еще:  Газ 3110 двигатель 406 схема эбу

Количество пар полюсов ротора одинаково с числом пар полюсов у движущегося магнитного поля. Взаимное воздействие этих полюсов дает возможность выравнивания скорости ротора. На валу в этот момент может быть любая по величине нагрузка. Она не влияет на скорость вращения индуктора.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными составными частями синхронного электродвигателя являются: статор, который неподвижен, и ротор, иными словами называемый индуктором. Статор имеет другое название – якорь, но от этого его суть не меняется. Эти части двигателя разделены прослойкой воздуха. Между пазами заложена трехфазная обмотка, которая чаще всего имеет соединение по схеме звезды.

Когда двигатель после запуска начал работать, токи якоря образуют движущееся магнитное поле, его вращение дает пересечение поля индуктора. В итоге такой работы двух полей возникает энергия. Магнитное поле статора по своей сути является полем его реакции. В работе генераторов такую энергию получают с помощью индукторов.

Полюсами являются электромагниты статора, работающие на постоянном токе. Статоры синхронных моторов могут выполняться по различным схемам: неявнополюсной, а также явнополюсной. Они отличаются положением полюсов.

Для снижения магнитного сопротивления и оптимизации условий прохода магнитного поля используют сердечники из ферромагнитного материала. Они находятся в роторе и якоре. Производятся они из электротехнической стали, которая содержит большое количество кремния. Это дает возможность снизить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали.

Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме. При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию.

Долгое время для разгона мотора применяли отдельный пусковой двигатель. Его соединяли механическим путем с синхронным мотором. При запуске ротор мотора ускорялся и достигал синхронной скорости. Далее мотор самостоятельно втягивался в синхронное движение. При выборе мощности пускового мотора руководствовались 15% мощности от номинала разгоняемого двигателя. Этого резерва мощности было достаточно для запуска синхронного двигателя, даже при наличии небольшой нагрузки.

Такой метод разгона более сложный, значительно повышает стоимость оборудования. В современных конструкциях синхронные электродвигатели не имеют такой схемы разгона. Применяют другую систему разгона. Реостатом замыкают обмотки индуктора по аналогии с асинхронным двигателем. Для запуска на ротор монтируют короткозамкнутую обмотку, являющуюся также и успокоительной обмоткой, которая предотвращает раскачивание ротора при синхронизации.

При достижении ротором номинальной скорости, к индуктору подключают постоянный ток. Однако, для пуска моторов с постоянными магнитами не обойтись без применения пусковых внешних двигателей.

В криогенных синхронных электродвигателях применяется обращенная конструкция. В ней якорь и индуктор размещены наоборот, индуктор находится на статоре, а якорь расположен на роторе. У таких машин возбуждающие обмотки состоят из сверхпроводимых материалов.

Достоинства и недостатки

Синхронные двигатели имеют основное преимущество по сравнению с асинхронными моторами тот факт, что возбуждение от постоянного тока внешнего источника дает возможность работы при значительной величине коэффициента мощности. Эта особенность дает возможность увеличить значение коэффициента мощности для общей сети благодаря включению синхронного мотора.

Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:
  • Электродвигатели синхронного типа работают с повышенным коэффициентом мощности, что создает уменьшение расхода энергии и снижает потери. КПД синхронного мотора выше при той же мощности асинхронного двигателя.
  • Синхронные электродвигатели имеют момент вращения, который прямо зависит от напряжения сети. Поэтому он при уменьшении напряжения сохраняет свою мощность больше асинхронного. Это является фактором надежности подобных конструкций моторов.
Недостатками являются следующие отрицательные моменты:
  • При проведении сравнительного анализа конструкций двух моторов, можно отметить, что синхронные электродвигатели выполнены по более сложной схеме, поэтому их стоимость будет выше.
  • Следующим недостатком для синхронных моторов стала необходимость в источнике тока в виде выпрямителя, либо другого блока питания постоянного тока.
  • Запуск двигателя происходит по сложной схеме.
  • Регулировка скорости вала двигателя возможна только одним способом, с помощью применения частотного преобразователя.

В итоге можно сказать, что все-таки преимущества синхронных двигателей перекрывают недостатки. Поэтому двигатели такого вида широко применяются в технологических процессах, где идет постоянный непрерывный процесс, и не требуется частая остановка и запуск оборудования: на мельничном производстве, в компрессорах, дробилках, насосах и так далее.

Выбор двигателя
К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:
  • Условия эксплуатации электродвигателя. По условиям выбирают тип двигателя, который может быть защищенным, открытым или закрытым. А также синхронные электродвигатели отличаются по защите токовых частей от влаги, температуры, агрессивных сред. Для взрывоопасного производства существуют специальные защиты, предотвращающие образование искр в двигателе.
  • Особенности выполнения подключения электродвигателя с потребителем.
Синхронные компенсаторы

Они служат для компенсирования коэффициента мощности в электрической сети и стабилизации номинального значения напряжения в местах подключения нагрузок к двигателю. Нормальным режимом синхронного компенсатора является режим перевозбуждения в момент отдачи в электрическую сеть реактивной мощности.

Такие компенсаторы еще называют генераторами реактивной мощности, так как они предназначены для выполнения такой же задачи, как батареи конденсаторов на подстанциях. Когда мощность нагрузок уменьшается, то часто необходимо действие синхронных компенсаторов в невозбужденном режиме при их потреблении реактивной мощности и индуктивного тока, потому что напряжение в сети старается увеличиться, а для его стабилизации на рабочем уровне нужно нагрузить сеть током индуктивности, который вызывает в сети снижение напряжения питания.

Для таких целей синхронные компенсаторы обеспечиваются регулятором автоматического возбуждения. Регулятор изменяет ток возбуждения таким образом, что напряжение на компенсаторе не изменяется.

Сфера применения

Широкое использование электродвигателей асинхронного типа со значительными недогрузками делает работу станций и энергосистем сложнее, так как уменьшается коэффициент мощности системы, это ведет к незапланированным потерям, к их неполному использованию по активной мощности. В связи с этим появилась необходимость в использовании двигателей синхронного типа, особенно для приводов механизмов значительной мощности.

Если сравнивать синхронные электродвигатели с асинхронными, то достоинством синхронных стала их работа коэффициентом мощности равном 1, благодаря действию возбуждения постоянным током. При этом они не расходуют реактивную мощность из питающей сети, а если работают с перевозбуждением, то даже отдают некоторую величину реактивной мощности для сети.

В итоге коэффициент мощности сети улучшается, и снижаются потери напряжения, увеличивается коэффициент мощности генераторов электростанций. Наибольший момент синхронного электродвигателя прямо зависит от напряжения, а у синхронного электромотора – от квадрата напряжения.

Поэтому, при уменьшении напряжения синхронный электромотор имеет по-прежнему значительную нагрузочную способность. Также, применение возможности повышения возбуждающего тока синхронных моторов дает возможность повышать их надежность эксплуатации при внезапных снижениях напряжения, и оптимизировать в таких случаях работу всей энергосистемы.

Из-за большой величины воздушного промежутка дополнительные потери в стальных сердечниках и в роторе синхронных моторов меньше, чем у двигателей асинхронного вида. Поэтому КПД синхронных моторов чаще бывает больше.

Однако устройство синхронных моторов намного сложнее, а также необходим возбудитель или другое устройство питания возбуждения. Поэтому синхронные моторы имеют более высокую стоимость по сравнению с асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Запуск и регулировка скорости у синхронных электродвигателей имеет свои сложности. Но при больших мощностях их преимущества превосходят недостатки. Поэтому они применяются во многих местах, где не нужны частые пуски, остановки оборудования, а также нет необходимости в регулировки оборотов двигателя с приводом механизмов насосов, компрессоров, мельниц и т.д.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector