Vikupautomsk.ru

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

Электромеханические свойства синхронных двигателей

Электромеханические свойства синхронных двигателей

Синхронные двигатели на промышленных предприятиях используют для привода лесопильных рам, компрессорных и вентиляторных установок и др., двигатели малой мощности применяют в системах автоматики, когда требуется строго постоянная частота вращения. Механическая характеристика синхронного двигателя абсолютно жесткая.

Вращающий момент синхронного двигателя зависит от угла 0 между осями полюсов ротора и полем статора и выражается формулой

где Мм — максимальное значение момента.

Зависимость М = f ( θ) называется угловой характеристикой синхронной машины (рис. 1). Работа двигателя устойчива на начальном участке угловой характеристики, он работает обычно при θ не более 30 — 35°. При увеличении устойчивость уменьшается, в предельной точке В характеристики ( θ = 90 о ) стабильная работа становится невозможной; момент, соответствующий пределу устойчивости называют максимальным (опрокидывающим) моментом.

Рис. 1. Угловая характеристика синхронного двигателя

Если синхронный двигатель нагрузить выше Мм, то ротор двигателя выпадет из синхронизма и произойдет его останов, что является для машины аварийным режимом. Номинальный момент двигателя в 2—3 раза меньше опрокидывающего. Вращающий момент двигателя пропорционален напряжению. Синхронные двигатели более чувствительны к колебаниям напряжения, чем асинхронные.

Пусковые свойства синхронного двигателя характеризуются не только кратностью пускового момента, но и величиной входного момента Мвх, развиваемого двигателем при скольжении 5 % от включения постоянного тока в обмотку возбуждения двигателя. Кратность пускового момента 0,8—1,25, а входной момент близок по величине к пусковому моменту синхронного двигателя.

Относительная сложность пуска синхронных двигателей и сравнительно высокая стоимость аппаратуры автоматического управления ограничивают их применение в промышленности.

Если синхронная машина работает вхолостую (угол θ = 0 ), то векторы напряжения сети U и ЭДС Е0 в обмотке якоря равны и противоположны по фазе. Увеличением тока в обмотке возбуждения полюсов можно создать перевозбуждение в машине. При этом ЭДС Е0 превышает напряжение сети U, в обмотке якоря возникает ток

где Е — результирующая ЭДС; хс — индуктивное сопротивление обмотки якоря (активным сопротивлением обмотки при качественной оценке режима работы машины обычно пренебрегают).

Ток якоря I я отстает от результирующей ЭДС Е на угол 90°, а по отношению к вектору напряжения сети он является опережающим на 90° (таким же, как при включении в сеть конденсаторов). Машину, работающую с перевозбуждением , можно использовать для компенсации реактивной мощности, такую машину называют синхронным компенсатором .

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

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое угловая характеристика синхронного двигателя

Синхронные двигатели начинают широко внедрять в строительное производство, применяя их для привода машин средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости: компрессоров, насосов, камнедробилок, экскаваторов.

Синхронный двигатель имеет неизменную скорость вращения, поэтому его механическая характеристика представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс. В квадранте координатной системы она характеризует двигательный, а в квадранте — генераторный режим (рис. 35,а).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 35. Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя
а — механическая характеристика; б — угловая характеристика

Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. Однако его момент не может иметь беспредельно большого значения. При некотором предельном или максимальном значении нагрузочного момента синхронный двигатель выходит из устойчивой синхронной работы и останавливается.

Читать еще:  Блок двигателя для тюнинга какой лучше

При увеличении нагрузки синхронного двигателя ротор его начинает отставать от поля статора, угол внутреннего сдвига фаз © при этом возрастает. Увеличению угла © соответствует рост момента синхронного двигателя. Однако при возрастании до значений, больших момент начинает уменьшаться и становится возможным выпадение из синхронизма и остановка двигателя.

Синхронный двигатель может работать и генератором с отдачей энергии в сеть при синхронной скорости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение. Такой режим используется в сетевых двигателях преобразовательной группы системы Г—Д. Для целей торможения такой режим практического значения не имеет, поскольку при этом нельзя получить снижения скорости.

Торможение синхронных двигателей противовключе-нием практически не применяется из-за больших толчков тока и усложненной аппаратуры управления. Вместо этого обычно применяют динамическое торможение.

При динамическом торможении синхронного двигателя к кольцам ротора подводится постоянный ток, а обмотка статора замыкается на сопротивление. Механические характеристики синхронного двигателя в этом режиме будут подобны характеристикам асинхронного двигателя при динамическом торможении.

Современные синхронные двигатели имеют в роторе кроме нормальной рабочей обмотки, питаемой постоянным током, еще и специальную пусковую короткозам-кнутую обмотку. С помощью этой обмотки двигатель пускается в ход как асинхронный, поэтому в пусковых режимах он обладает асинхронной характеристикой.

Хотя синхронный двигатель является несколько более сложной машиной, чем асинхронный двигатель с ко-роткозамкнутым ротором (из-за наличия у первого возбудителя, колец и щеточного устройства), тем не менее он применяется очень широко, заменяя асинхронный электродвигатель. Объясняется- это главным образом тем, что синхронный двигатель может работать с опережающим cos ф, отдавая в сеть реактивную мощность, необходимую для возбуждения асинхронных машин и трансформаторов. Тем самым повышается cos ф всего предприятия в целом и уменьшается мощность компенсирующих устройств. При значительной мощности синхронных двигателей в данной электроустановке от компенсирующих устройств можно полностью отказаться. Коэффициент полезного действия синхронных двигателей и надежность их выше, чем асинхронных, вследствие увеличенного зазора между статором и ротором и меньшей чувствительности к изменениям напряжения сети. Последнее обстоятельство вызывается тем, что момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети, а момент синхронного — первой степени напряжения.

Для уменьшения величины пусковых токов и связанного с ними снижения напряжения, особенно в сетях небольшой мощности, пуск синхронных двигателей осуществляется обычно через реактор, а в некоторых случаях— через автотрансформатор. Ограничение пусковых токов защищает обмотки двигателей от повышенных динамических нагрузок, возникающих при прямом включении в сеть.

Угловые и U-образные характеристики синхронного двигателя

Синхронный двигатель потребляет электрическую мощность Р1из сети. Часть этой мощности расходуется на электрические потери в обмотке якоря Рэа и магнитные потери Рм в статоре, а остальная её часть передается вращающимся магнитным полем от статора к ротору. Эта мощность называется электромагнитной. Электромагнитная мощность Рэм преобразуется в механическую, развиваемую ротором. Частично мощность Рэм расходуется на покрытие механических Рмх и добавочных Рд потерь. Оставшаяся ее часть Р2 является полезной механической мощностью на валу двигателя. Указанное преобразование мощности в синхронном двигателе показано на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Энергетическая диаграмма синхронного двигателя

Уравнения для электромагнитной мощности синхронного двигателя можно получить из векторных диаграмм. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, то для двигателя будут справедливы те же выражения, что и для генератора (см. гл.3). Например, для явнополюсного двигателя электромагнитная мощность равна:

Читать еще:  Газовое оборудование на газель 406 двигатель схема

(4.1)

В неявнополюсном двигателе хdq , и поэтому вторая составляющая Р» будет отсутствовать. Электромагнитный момент получим, если (4.1) разделим на угловую скорость поля и ротора ω1=ω:

(4.2)

В двигателе электромагнитный вращающий момент направлен в сторону вращения, тогда как в генераторе — против вращения. В явнополюсном двигателе за счет второй составляющей М» (реактивного момента) вращающий момент может создаваться и при отсутствии возбуждения Iв = 0(Е=0). Напомним, что в (4.1) и (4.2) угол θ следует принимать отрицательным.

Рис. 4.3. Угловая характеристика электромагнитного момента явнополюсного синхронного двигателя

На рис. 4.3 показана угловая характеристика М= f(θ) для двигательного режима (нижняя часть). Для сопоставления там же приведена аналогичная характеристика для генератора. Утолщенная часть кривой соответствует устойчивой части характеристики. Величина Mmax характеризует перегрузочную способность машины. Отношение Mmaxномназывается кратностью максимального момента. Согласно ГОСТ 183-74 эта кратность должна быть не менее 1,65. Из (4.2) видно, что Mmax в синхронных двигателях прямо пропорционален подводимому напряжению Uи ЭДС Е.Это относится как к неявнополюсному двигателю, так и с некоторым приближением к возбужденному явнополюсному двигателю, так как у последнего Mmax определяется главным образом первой составляющей. Зависимость М= f(θ), представляющая собой угловую характеристику синхронного двигателя, является его механической характеристикой. При номинальной нагрузке θном =20-30°.

U-образныехарактеристики двигателя могут быть построены так же, как и для генератора (см. гл. 3). U -образные характеристики для различных значений Р (или М) представлены на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Зависимости I= f(Iв) и cos φ = f(Iв) для синхронного двигателя при различных значениях Р(М):

При перевозбуждении двигатель генерирует реактивную мощность непосредственно у потребителя, что способствует повышению cos φ сети. Это позволяет снизить реактивную мощность, вырабатываемую синхронными генераторами на электрических станциях, и уменьшить потери в линиях электропередачи. Возможность генерировать реактивную мощность выгодно отличает синхронные двигатели от асинхронных, которые потребляют реактивную мощность для возбуждения. Поэтому синхронные двигатели проектируются для работы при номинальной мощности с перевозбуждением (с опережающим током) и cos φ ном=0,9. Работа с перевозбуждением предпочтительна также и для повышения максимального момента двигателя.

В соответствии с приведенными U-образными характеристиками на рис. 4.4 построены зависимости cos φ = f(Iв)при различных значениях М. Отсюда следует, что при любых нагрузках па валу синхронные двигатели могут работать с различными значениями cos φ, в том числе и с cos φ = 1. Достигается это изменением тока в обмотке возбуждения.

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.
Читать еще:  Электрическая схема двигателя 21067 евро 3

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector