Пуск синхронного двигателя

При неподвижном роторе и подключении обмоток статора к сети переменного тока и возбуждения к источнику постоянного тока СД будет развивать не постоянный по направлению, а знакопеременный вращающий момент из-за постоянно изменяющихся взаимных направлений магнитных полей статора и ротора. В соответствии с этим СД не сможет разогнаться до синхронной скорости ω₀, и поэтому требуются специальные меры по его запуску.

Один — из вариантов пуска, который в настоящее время находит ограниченное применение, связан с использованием небольшого по мощности вспомога­тельного двигателя, устанавливаемого на валу СД. При ненагруженном СД с помощью этого двигателя .его ротор разгоняется до синхронной скорости, после чего осуществляется синхронизация СД с сетью. В агрегатах «СД—генератор постоянного тока» в качестве такого двигателя может быть использован сам генератор, работающий в период пуска в двигательном режиме.

Наибольшее же распространение получил другой способ пуска СД, называемый асинхронным. Для его реализации на роторе СД укладывается дополнитель­ная пусковая обмотка, выполняемая аналогично короткозамкнутой обмотке АД типа беличьей клетки. В этом случае при подключении СД к сети перемен­ного тока происходит его разбег аналогично АД. При подсинхронной скорости СД, отличающейся от син­хронной на несколько процентов, подается ток в обмотку возбуждения двигателя, и он втягивается в синхронизм с сетью.

В зависимости от своих параметров пусковая обмотка СД обеспечивает две основные разновид­ности механической пусковой характеристики (рис. 6.3). Характеристика 1 обеспечивает более высокий синхронизирующий (входной) момент М_в1 по срав­нению с характеристикой 2, но меньший начальный (пусковой) момент М_п1

При пуске СД используются две основные схемы его возбуждения. При использовании схемы рис. 6.4 на первом этапе пуска контакт 6 разомкнут, а кон­такт 4 замкнут.

Обмотка 2 возбуждения двигателя оказывается замкнутой на резистор 3 и асинх­ронный пуск происходит в благоприятных условиях. В конце пуска при достижении подсинхронной ско­рости по команде специального реле управления, в качестве которого могут быть использованы реле частоты, тока или времени, контакт 4 размыкается, а контакт 6 замыкается. В результате в обмотку возбуждения подается ток от возбудителя 8 и СД втягивается в синхронизм. Регулирование тока воз­буждения осуществляется резистором 5 в цепи об­мотки 7 возбуждения возбудителя.

Второй вариант возбуждения СД являющейся более простой и по­лучившей название схемы с постоянно (глухо) под­ключенным возбудителем. В этой схеме обмотка возбуждения с самого начала пуска постоянно под­ключена к возбудителю В. При скорости ω≈0,7ω₀ происходит самовозбуждение возбудителя 2 и в об­мотку подается ток возбуждения, .благодаря чему при подсинхронной скорости АД втягивается в син­хронизм.

Кроме различных способов подключения обмотки возбуждения пуск СД может происходить с ограниче­нием пускового тока или без него. В большинстве случаев СД мощностью до нескольких сотен киловатт, а иногда и более при наличии мощной сети пускаются прямым подключением к сети без ограничения тока. Кратность пускового тока по отношению к номиналь­ному при прямом пуске составляет обычно 4—5.

При пуске СД большей мощности — (несколько тысяч киловатт) во многих случаях возникает необ­ходимость ограничения пусковых токов, что до­стигается чаще всего использованием реакторов или автотрансформаторов.

При достижении СД подсин­хроннои скорости замыкают выключатель 2, который шунтирует реактор 2_Х и СД оказывается подключен­ным на полное напряжение сети. Автоматизация пуска осуществляется обычно в функции времени В некоторых случаях вместо реактора 2 применяются активные резисторы.

В случае использования автотрансформатора 5 (рис 6.5,6) при пуске замыкают выключатели 1 и 6 и к СД подводится пониженное напряжение. При достижение им подсинхронной скорости отключается выключатель 6, замыкается выключатель 2 и СД подключается 5 непосредственно на выводы питающей сети.

Сопоставление рассмотренных схем показывает, что при использовании автотрансформатора пусковой ток снижается пропорционально квадрату отношения напряжений СД и сети (U_д/U) 2 , а при использовании реакторов—в первой степени этого отношения. Однако автотрансформаторный способ пуска является более сложным, дорогим и менее надежным по сравнению с реакторным и применяется реже.

Практические схемы пуска СД рассмотрены в гл. 10.

Отметим, что при питании СД от преобразователя частоты может быть реализован частотный пуск При таком пуске с помощью специального задатчик: обеспечивается такой темп изменения частоты пи тающего СД напряжения и тем самым скорость вращения его магнитного поля, при котором ротор «успевает» за полем и СД работает синхронно» с источником питания уже с самых малых свои скоростей.

Дата добавления: 2016-06-29 ; просмотров: 3744 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Типовые схемы пуска синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью (компрессоров, насосов и т.д.). В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы.

Достоинства синхронных электродвигателей

Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.

1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии , который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности ( cos фи) равным единице.Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то с и нхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.

2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.

4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

Способы пуска синхронного электродвигателя

Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через реактор или автотрансформатор.

Пуск синхронного двигателя осуществляется как пуск асинхронного. Собственный пусковой момент синхронной машины мал, а у неявнополюсной равен нулю. Для создания асинхронного момента ротор снабжается пусковой беличьей клеткой, стержни которой закладываются в пазы полюсной системы. (В явнополюсном двигателе стержни между полюсами, естественно, отсутствуют.) Эта же клетка способствует повышению динамической устойчивости двигателя при набросах нагрузки.

За счет асинхронного момента двигатель трогается и разгоняется. Ток возбуждения в обмотке ротора при разгоне отсутствует. Машина пускается невозбужденной, так как наличие возбужденных полюсов осложнило бы процесс разгона, создавая тормозной момент, аналогичный моменту асинхронного двигателя при динамическом торможении.

При достижении так называемой подсинхронной скорости, отличающейся от синхронной на 3 — 5%, подается ток в обмотку возбуждения и двигатель после нескольких колебаний около положения равновесия втягивается в синхронизм. Явнополюсные двигатели за счет реактивного момента при малых моментах на валу иногда втягиваются в синхронизм без подачи тока в обмотку возбуждения.

В синхронных двигателях трудно одновременно обеспечить необходимые значения пускового момента и входного момента под которым понимают асинхронный момент, развиваемый при достижении скоростью 95% синхронной. В соответствии с характером зависимости статического момента от скорости, т.е. в соответствии с типом механизма, для которого предназначен двигатель, на электромашиностроительных заводах приходится варьировать параметры пусковой клетки.

Иногда для ограничения токов при пуске мощных двигателей уменьшают напряжение на зажимах статора, включая последовательно обмотки автотрансформатора или резисторы. Следует иметь в виду, что при пуске синхронного двигателя цепь обмотки возбуждения замыкается на большое сопротивление, превышающее сопротивление самой обмотки в 5 — 10 раз.

В противном случае под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, возникает пульсирующий магнитный поток, обратная составляющая которого, взаимодействуя с токами статора, создает тормозной момент. Этот момент достигает максимального значения при скорости, несколько превышающей половину номинальной, и под его влиянием двигатель может приостановить разгон на этой скорости. Оставлять на время пуска цепь возбуждения разорванной опасно, так как возможно повреждение изоляции обмотки индуцируемыми в ней ЭДС.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя

Схема возбуждения синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем довольно проста и может применяться в том случае, если пусковые токи не вызывают падения напряжения в сети больше допустимого и статистический момент нагрузки Мс

Асинхронный пуск синхронного двигателя производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной.

В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ (цепь питания контактора на схеме не показана), обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.

Слабым местом большинства электроприводов с синхронными двигателям, значительно усложняющим эксплуатацию и повышающим затраты, многие годы являлся электромашинный возбудитель. В настоящее время широкое распространение для возбуждения синхронных двигателей находят тиристорные возбудители . Они поставляются в комплектном виде.

Тиристорные возбудители синхронных электродвигателей более надежны и имеют более высокий к.п.д. по сравнению с электромашинными возбудителями. С их помощью легко решаются вопросы оптимального регулирования тока возбуждения для поддержания постоянства cos фи, напряжения на шинах, от которых питается синхронный двигатель, а также ограничение токов ротора и статора синхронного двигателя в аварийных режимах.

Тиристорными возбудителями комплектуется большинство выпускаемых крупных синхронных электродвигателей. Они выполняют обычно следующие функции:

• пуск синхронного двигателя с включенным в цепь обмотки возбуждения пусковым резистором,
• бесконтакное отключение пускового резистора после окончания пуска синхронного двигателя и защиту его от перегрева,
• автоматическую подачу возбуждения в нужный момент пуска синхронного электродвигателя,
• автоматическое и ручное регулирование тока возбуждения
• необходимую форсировку возбуждения при глубоких посадках напряжения на статоре и резких набросах нагрузки на валу синхронного двигателя,
• быстрое гашение поля синхронного двигателя при необходимости снижения тока возбуждения и отключениях электродвигателя,
• защиту ротора синхронного двигателя от длительной перегрузки по току и коротких замыканий.

Если пуск синхронного электродвигателя производится на пониженное напряжение, то при «легком» пуске возбуждение подается до включения обмотки статора на полное напряжение, а при «тяжелом» пуске подача возбуждения происходит при полном напряжении в цепи статора. Возможно подключение обмотки возбуждения двигателя к якорю возбудителя последовательно с разрядным сопротивлением.

Процесс подачи возбуждения синхронному двигателю автоматизируется двумя способами: в функции скорости и в функции тока.

Система возбуждения и устройство управления синхронных двигателей должны обеспечивать:

• пуск, синхронизацию и остановку двигателя (с автоматической подачей возбуждения в конце пуска);
• форсировку возбуждения кратностью не менее 1,4 при снижении напряжения сети до 0,8U н ;
• возможность компенсации двигателем реактивной мощности, потребляемой (отдаваемой) смежными электроприемниками в пределах тепловых возможностей двигателя;
• отключение двигателя при повреждениях в системе возбуждения;
• стабилизацию тока возбуждения с точностью 5% установленного значения при изменении напряжения сети от 0,8 до 1,1;
• регулирование возбуждения по отклонению напряжения статора с зоной нечувствительности 8%;
• при изменении питающего напряжения статора синхронного двигателя от 8 до 20% ток изменяется от установленного значения до 1,4 I н , увеличение тока возбуждения для обеспечения максимальной перегружаемости двигателя.

На схеме, приведенной на рисунке, подача возбуждения синхронному двигателю осуществляется с помощью электромагнитного реле постоянного тока КТ (реле времени с гильзой). Катушка реле включается на разрядное сопротивление Rразр через диод VD. При подключении обмотки статора к сети в обмотке возбуждения двигателя наводится ЭДС. По катушке реле КТ проходит выпрямленный ток, амплитуда и частота импульсов которого зависят от скольжения.

При пуске скольжение S = 1. По мере разгона двигателя оно уменьшается и интервалы между выпрямленными полуволнами тока возрастают; магнитный поток постепенно снижается по кривой Ф(t).

При скорости, близкой к синхронной, магнитный поток реле успевает достигнуть значения потока отпадания реле Фот в момент, когда через реле КТ ток не проходит. Реле теряет питание и своим контактом создает цепь питания контактора КМ (на схеме цепь питания контактора КМ не показана).

Рассмотрим контроль подачи возбуждения в функции тока с помощью реле тока. При пусковом токе срабатывает реле тока КА и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2.

График изменения тока и магнитного потока в реле времени КТ

При скорости, близкой к синхронной, реле КА отпадает и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Контактор КМ2 срабатывает, замыкает свой контакт в цепи возбуждения машины и шунтирует резистор Rразр.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник