Vikupautomsk.ru

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

Что такое синхронизм в синхронном двигателе

Simulink

Работы-участники конкурса Simulink-моделей.

Исследование вхождения в синхронизм синхронных двигателей с постоянными магнитами (СДПМ)

Модибо Сиссоко, аспирант, Московский Энергетический Институт (Технический Университет), mcissoko@mail.ru

Развитие теории и практики СДПМ

Втягивание в синхронизм — это промежуточный режим, когда СДПМ переходит из асинхронного режима работы в синхронный. Так как синхронный режим работы является основным, то СДПМ должен обязательно втягивать в синхронизм. Поэтому исследование этого режима представляет большой научный и практический интерес.

Важнейшей задачей при проектировании и испытании синхронных двигателей является определение предельно допустимого момента нагрузки, при котором происходит надежное втягивание в синхронизм. Такой момент нагрузки получил специальное название — момент входа в синхронизм МВХ.

При вхождении в синхронизм угловая скорость ротора является неизвестной переменной величиной. Поведение двигателя в этом режиме описывается полной системой нелинейных дифференциальных уравнений

(1)

Система дифференциальных уравнений (1), дополненная уравнением движения ротора

(2)

является математической моделью СДПМ с асинхронным пуском с учетом уже известных допущений.

Процесс вхождения СДПМ в синхронизм привлекает внимание многих исследователей. Однако аналитические методы исследования, даже приближенные являются весьма сложными. Более точные решения с минимумом затрата рабочего времени могут быть найдены с помощью Simulink 4, который получает все более широкое применение при исследовании электромеханических переходных процессов.

Применение этой программной оболочки обеспечивает необходимую точность и требует минимального времени для получения решения. Преимуществом применения Simulink-4 является и высокая наглядность процессов, так как интересующие нас зависимости могут быть получены непосредственно в виде осциллограмм.

При исследовании процесса вхождения в синхронизм, наиболее просто моделируются уравнения, записанные в координатных осях d и q, жестко связанных с ротором. Однако для удобства исследования систему дифференциальных уравнений (1) и (2) можно представить в несколько ином виде.

(3)

где коэффициенты при переменных

(4)

здесь rs и rrd, rrq — активные сопротивления обмотки статора и обмотки ротора при эквивалентной ее замене по осям d, q; — токи статора и ротора по осям d, q;— полные индуктивные сопротивления фаз статора и ротора по осям d, q; — индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора по осям d,q; J — момент инерции вращающихся масс; ωR — электрическая угловая частота вращения ротора.

Структурная схема модели на Simulink4, реализующая операции, необходимые для решения системы (3) представлена на рис.1, а полученные кривые при моделировании на рис.2-3. Коэффициенты решающих блоков рассчитают по паспортным данным и известным значениям параметров СДПМ.

Рис. 1. Структурная схема представляющая полную систему

дифференциальных уравнений СДПМ

В большинстве случаев в инженерной практике для оценки синхронизирующих свойств СД используются формулы, полученные на основании приближенного решения уравнения движения ротора.

(4)

На основании дифференциального уравнения движения ротора (4), построены модельная схема на рис.4 и кривые зависимости на рис.5-6.

Главной целью данного исследования является сопоставление кривых зависимостей момента входа в синхронизм от суммарного момента инерции с учетом электромагнитных переходных процессов и без них.

Исследование влияния суммарного момента инерции на момент входа в синхронизм проводится в такой последовательности: для полной системы дифференциальных уравнений; по заданным значениям JR, определяют коэффициент нагрузки , а затем, момент входа в синхронизм. По полученным значениям и JR, построят кривую зависимости от JR.

Читать еще:  Что такое когда в автомобиле двигатель троит

Для упрощенного варианта, по заданным значениям JR, как в предыдущем случае, определяют максимальный коэффициент нагрузки KН. Этот коэффициент позволяет рассчитать момент входа по выражению . Затем, строят кривую зависимости от JR .

В таблице 1 приведены результаты исследования, а на рис.1 кривые зависимостей момента входа от суммарного момента инерции для рассматриваемых случаев.

Зависимости момента входа от суммарного момента инерции

7.Втягивание в синхронизм синхронного двигателя.

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, т.к. 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 скорости, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

Способы пуска СД

асинхронный пуск (в индукторе лежит короткозамкнутая обмотка, которая при подключении к якорю источника питания сцепляется с создаваемым вращающимся магнитным потоком и приводит в движение индуктор);

частотный пуск (с помощью преобразователя частоты в обмотке якоря создаются в начале малые частоты тока, которые генерирует медленно вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой индуктор);

пуск посредством разгонного двигателя (посредством приводного двигателя ротор приводиться во вращение до подсинхронной частоты. Далее приводной механизм отключается и так как разность частот вращения мала у поля и индуктора, последний втягивается в синхронную частоту вращения) .

После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тотка. Образующийся при этотм синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм.

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.

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.

8.Отношение кз в синхронной машине. Опытное определение полного синхронного сопротивления.

Отношение КЗ– это отношение установившегося тока КЗIKOпри токе возбуждения, который при холостом ходе иn=nндаетE=Uн, к номинальному току якоряIн:Еслиifиifk– соответственно токи возбуждения на ХХ, когдаU=Uн, и при установившемся КЗ, когдаI=Iн, то по подобию треугольниковOAA’иOBB’. Величина о.к.з., определяет предельную величину нагрузки, которую способен нести генератор при установившемся режиме работы, причем чем больше о.к.з., тем больше предельная нагрузка. Чем больше величина зазора δ между статором и ротором, тем больше о.к.з.

Один из важнейших параметров синхронной машины – отношение короткого замыкания ОКЗ, которое представляет собой отношение тока возбуждения Iв0ном, соответствующего номинальному напряжению при хх, к току возбуждения Iв.к.ном, соответствующему номинальному току статора при опыте кз. Для турбогенераторов ОКЗ = 0,4-1,0; для гидрогенераторов ОКЗ = 0,8-1,8.

Знание ОКЗ имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины: генераторы с малым ОКЗ менее устойчивы при параллельной работе, имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки, но такие генераторы имеют меньшие габариты, следовательно дешевле генераторов с большим ОКЗ.

Читать еще:  Что этот автомобиль будет иметь двигатель

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Выпадение — двигатель

Выпадение двигателя из синхронизма может вызываться снижением напряжения в питающей сети, уменьшением тока возбуждения и большим увеличением нагрузки. Внезапные резкие снижения напряжения обычно возникают при к. [1]

Так как в нормальном режиме, например при ударной прерывистой нагрузке без выпадения двигателя из синхронизма, в обмотке ротора наводится переменная составляющая, то защита от асинхронного режима должна работать с выдержкой времени, величина которой определяется продолжительностью наличия переменной составляющей тока в нормальном режиме. [2]

На предприятиях с существенной синхронной нагрузкой размахи изменений напряжения могут приводить к выпадению двигателя из синхронизма и расстройству технологического процесса. [4]

Характерной для синхронных двигателей является защита от асинхронного режима, связанного с выпадением двигателей из синхронизма. При возникновении асинхронного режима появляются пульсации тока статора, переменный ток в обмотке ротора и вибрация двигателя. Асинхронный режим двигателя с нагрузкой, превышающей 50 % номинальной, считается недопустимым по условиям нагрева двигателя. На рис. 11.32, а, б, в, г приведены две схемы такой защиты. [5]

При снижении напряжения сети момент двигателя пропорционально уменьшается, что может привести к выпадению двигателя из синхронизма. Форсировкой управляют при помощи реле напряжения, включенного в сеть через трансформатор напряжения. Время работы с форсировкой должно быть ограничено из-за опасности перегрева обмоток двигателя. [6]

Эта автоматика должна обеспечивать ресинхронизацию двигателя и сохранение его нагрузки после устранения причин, вызвавших выпадение двигателя из синхронизма. [7]

При этом неуравновешенная часть нагрузочного момента вызывает уменьшение скорости вращения ротора, что ведет к выпадению двигателя из синхронизма и к его остановке. [8]

Защита от перегрузки синхронных двигателей, по существу, является защитой от работы их в асинхронном режиме, который может возникнуть при потере возбуждения или при выпадении двигателя из синхронизма, что обычно случается при длительных и глубоких снижениях напряжения или при чрезмерном увеличении ( броске) нагрузки. [9]

Площадь же моментного треугольника может увеличиваться, лишь когда этот угол менее 90 градусов, после чего векторы МДС Fc и FP вращаются с разными угловыми скоростями, соответствующими режиму выпадения двигателя из синхронизма. Между тем большинство рабочих механизмов, оборудованных регулируемым электроприводом, требует другого алгоритма работы электропривода при перегрузках: электропривод должен развивать постоянный момент, соответствующий максимально допустимому значению, но не выпадать из синхронизма. [10]

При снижении напряжения возбудителя, что вполне возможно в процессе автоматического регулирования, ток будет протекать через вентиль 2ПВ и подмаг-ничивать усилитель, а следовательно, и поднимать напряжение возбудителя, предотвращая выпадение двигателя из синхронизма. [11]

Синхронные двигатели оборудованы автоматическими регуляторами возбуждения, настроенными на поддержание постоянства напряжения сети, а также следующими видами защит: максимальной токовой от перегрузки, дифференциальной токовой, минимального напряжения, от замыканий на землю, выпадения двигателя из синхронизма, потери возбуждения, подпитки места короткого замыкания. Двигатели 10 МВт дополнительно защищены от понижения частоты. [12]

Для двигателей собственных нужд класса 2 и 3: зависимое максимальное реле и реле напряжения с малой выдержкой времени, благодаря чэму при коротких замыканиях сеть собственных нужд разгружается, что выгодно для установок класса 1 и возможность выпадения двигателей этого класса до некоторой степени уменьшается. [13]

Читать еще:  Шумно работает двигатель на ваз 2114 причины

Основными видами ненормальных режимов работы являются перегрузки и затянувшийся пуск, а также асинхронный режим. Асинхронный режим возникает в результате выпадения двигателя из синхронизма. [14]

Поршневые машины при работе создают на валу двигателя пульсирующий момент сопротивления, вызывающий колебание ротора синхронного двигателя. Чтобы уменьшить эти колебания и исключить возможность выпадения двигателя из синхронизма, для привода поршневых машин применяют специальные тихоходные синхронные двигатели с большой перегрузочной способностью и повышенным моментом инерции. [15]

Синхронные двигатели. Конструкция, принцип действия

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянна при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 1а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 1б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.

Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора.
С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма.
У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector