Vikupautomsk.ru

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

Характеристики и пусковые свойства синхронных двигателей

Характеристики и пусковые свойства синхронных двигателей

Механическая характеристика синхронного двигателя имеет вид горизонтальной прямой, т. е. частота вращения его не зависит от нагрузки (рис. 1, а). С увеличением нагрузки возрастает угол θ — угол между векторами напряжения сети Uc и ЭДС обмотки статора Е0 (рис. 1,б).

Из векторной диаграммы можно вывести формулу электромагнитного момента

М = ( m1 / ω1 )( U1 Е0/х1)sin θ ,

где m1 — число фаз статора; ω1 — угловая скорость поля статора; U 1 — напряжение на статоре; Е0 — ЭДС, наведенная в обмотке статора; х 1 — индуктивное сопротивление обмотки статора; θ — угол между векторами намагничивающих сил статора и ротора. Из этой формулы следует, что момент изменяется в зависимости от нагрузки по синусоидальному закону (рис. 1, в).
При отсутствии нагрузки угол θ = 0, т. е. напряжение и ЭДС совпадают по фазе. Это означает, что поле статора и поле ротора совпадают по направлению, т. е. пространственный угол между ними равен нулю.

Рис. 1. Характеристики (а, в) и векторная диаграмма (6) синхронного двигателя: I — ток статора; r1 — активное сопротивление обмотки статора; х1 — индуктивное сопротивление, созданное потоком рассеянии и потоком якоря

С увеличением нагрузки момент возрастает и достигает критического максимального значения при θ = 8 0° (кривая 1 ), который двигатель в состоянии создать при заданном сетевом напряжении и токе возбуждения.

Обычно номинальное значение угла θ ном (25 ≈ 30)°, что ниже критического значения в три раза, поэтому перегрузочная способность двигателя Ммакс/Мном = 1,5 + 3. Большее значение относится к двигателям с неявно выраженными полюсами на роторе, а меньшее — с явно выраженными. Во втором случае характеристика (кривая 2) имеет критический момент при θ = 65°, что вызвано влиянием реактивного момента.

Чтобы двигатель не вышел из синхронизма при перегрузках или снижении сетевого напряжения, временно можно увеличить ток возбуждения, т. е. использовать форсированный режим.

При равномерном вращении пусковая обмотка на работу двигателя не влияет. П ри изменении нагрузки происходит изменение угла θ , что сопровождается увеличением или уменьшением скорости. Тогда пусковая обмотка начинает играть роль стабилизирующей. Возникающий в ней асинхронный момент сглаживает колебания скорости ротора.

Синхронный двигатель характеризуется следующими пусковыми свойствами:

  • I *п = I п// I ном — кратностью пускового тока, протекающею по статору в начальный момент пуска;
  • М*п = Мп/Mном — кратностью пускового момента, зависящего от количества стержней пусковой обмотки и от их активного сопротивления;
  • М*вх = Мвх/Mном — кратностью входного момента, развиваемого двигателем в асинхронном режиме перед втягиванием в синхронизм при скольжении s = 0,05;
  • М*макс = Ммакс/Мной — кратностью максимального момента в синхронном режиме двигателя;
  • U *п = U п • 100/ U 1 — наименьшим допустимым напряжением на статоре при пуске, %.

Синхронный электропривод применяют в установках, не требующих частых пусков и регулировки скорости, например для вентиляторов, насосов, компрессоров. Синхронный электродвигатель имеет более высокий КПД, чем асинхронный, может работать с перевозбуждением, т. е. с отрицательным углом φ , тем самым компенсируя индуктивную мощность других потребителей.

Хотя синхронный двигатель более сложен по конструкции, требует источника постоянного тока, имеет контактные кольца, тем не менее он оказывается экономически более эффективным, чем асинхронный, особенно для привода мощных механизмов.

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:

Что такое угол нагрузки синхронного двигателя

Электромагнитный момент синхронной машины:

Эта зависимость носит название угловой характеристики синхронной машины (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Угловая характеристика синхронной машины

Если θ>0, то мощность и момент положительны, машина работает в режиме генератора и отдает электрическую мощность, а электромагнитный момент при этом является тормозящим моментом, который преодолевает первичный двигатель. Работа, совершаемая первичным двигателем, преобразуется в электрическую работу, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего момента, ротор машины, вследствие сообщаемого ему ускорения, увеличивает угол θ и после нескольких колебаний около синхронной скорости восстанавливается равновесие вращающегося момента первичного двигателя и тормозящего электромагнитного момента генератора. Таким же образом восстанавливается это равновесие при уменьшении вращающего момента первичного двигателя посредством уменьшения угла θ и вызываемого этим снижения тормозящего электромагнитного момента.

Читать еще:  Давление масла в двигателе volvo xc90

Работа синхронного генератора устойчива при изменении угла θ в пределах от 0 до 90 градусов.

Кривая М э.м. =F(θ) за точкой θ=90 соответствует области неустойчивой работы синхронного генератора. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя превышает максимальный тормозящий момент генератора, т. к. увеличение θ свыше 90 приводит к уменьшению тормозящего электромагнитного момента М э.м. Избыток вращающего момента создает дальнейшее ускорение ротора, что обуславливает дальнейшее возрастание θ и новое уменьшение тормозящего момента и т. д. пока генератор не выпадет из синхронизма. В таком случае нарушается автоматическая связь между частотой сети и скоростью вращения ротора; ЭДС машины и напряжение сети перестают уравновешивать друг друга, и токи в обмотках статора могут достигнуть весьма больших значений токов короткого замыкания, т. к. мгновенные значения ЭДС статора и напряжение сети могут теперь складываться, а не вычитаться, как при нормальной работе. При выпадении генератора из синхронизма его отключают от сети приборы автоматической защиты.

Уменьшение вращающего момента первичного двигателя вызывает соответствующее уменьшение угла θ, и когда θ станет равным нулю, тогда первичный двигатель будет лишь покрывать потери синхронной машины; в этих условиях при θ=0 машина не будет отдавать энергию в сеть как генератор и потреблять ее из сети как двигатель. Этот режим является промежуточным между режимами генератора и двигателя.

Если приложить к валу синхронной машины тормозящий момент, то он вызовет некоторое замедление вращения ротора, вследствие чего угол θ станет отрицательным. Это значит, что ротор отстанет на угол θ/р от результирующего поля машины, и последнее станет ведущим, а ротор — ведомым. Перемена знака θ вызовет изменение знака электрической мощности Р и электромагнитного момента М э.м. ; машина переходит в режим двигателя; она потребляет энергию из сети, ее электромагнитный момент стал вращающим моментом, уравновешивающим механический тормозящий момент, приложенный к валу машины.

В этом случае для построения упрощенной векторной диаграммы синхронного двигателя удобно использовать векторы и (Рис. 3.1.7).

Рис. 3.1.7. Упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя

Будем считать, что возбуждение машины при переходе от генераторного режима к двигательному осталось неизменным, и поэтому сохраним в диаграмме двигателя, как и в диаграмме генератора, ту же длину вектора , но отложим теперь отстающим от на угол θ. Направление вектора определяется условием . Чтобы определить направление вектора продолжим (полученное вычитанием из вектора вектора ) и на эту прямую опустим перпендикуляр из начала координат и отложим на нем . Теперь отстает от более чем на 90 градусов. Положительную мощность ток создает не с , а с напряжением сети . Векторы потоков и строим каждый под углом 90 градусов к вектору индуктируемой ими ЭДС (т е. к и ).

Режим двигателя устойчив при изменении θ в пределах от 0 до -90 и неустойчив при θ э.м.max , то произойдет выпадение двигателя из синхронизма — ротор постепенно уменьшит скорость и, наконец, остановится, ЭДС в обмотке уменьшится до 0, а токи достигнут весьма больших значений, во много раз превышающих номинальные. Автоматическая защита отключит двигатель от питания сети.

Работающая параллельно с сетью синхронная машина нагружается как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, путем изменения момента, приложенного к валу. Практически используется только кратковременный переход двигателя в режим генератора для быстрого торможения двигателя.

называется синхронизирующей мощностью, а величина

Практически синхронная машина работает сравнительно далеко от предела статической устойчивости, соответствующего θ=90 градусов. У синхронных генераторов угол θ при номинальной нагрузке не превышает 20 градусов, а у двигателей, как менее ответственной машины, этот угол достигает 30 градусов.

Форма угловой характеристики синхронной машины объясняется картиной взаимодействия потоков Ф в и Ф в синхронной машине (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Картина взаимодействия потоков и в синхронной машине: (а) — при

При θ=0 (рис.3.8а) между ротором и статором существует только сила притяжения (между двумя магнитами). Тангенциальная составляющая силы равна 0, Поэтому электромагнитный момент равен 0 . При θ>0 (рис.3.8б) ось потока возбуждения опережает ось результирующего потока на угол θ, вследствие чего тангенциальная составляющая силы создает тормозной момент для внешнего двигателя, приводящего во вращение ротор синхронного генератора. Максимум тормозного момента соответствует θ=90 градусов, когда ось полюсов ротора расположена между осями полюсов статора. При θ

Читать еще:  Электрическая схема газ 2410 с двигателем 402

Подключение синхронной машины к сети. При подключении синхронного генератора применяют два способа: точная синхронизация и самосинхронизация.

Первый способ требует предварительную синхронизацию включаемого генератора, которая осуществляется следующим образом (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа

Скорость машины Г доводится примерно до синхронного числа оборотов и ее возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на ее зажимах показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз машины должна соответствовать последовательности фаз сети. Перед подключением машины к сети необходимо более точное регулирование частоты вращения машины и фазы ее ЭДС. Для этой цели используют синхроскопы. В простейшем случае синхроскоп составляется из ламп накаливания. Чем меньше частота генератора отличается от частоты сети, тем медленнее будут происходить колебания света фазных ламп. Достигают совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут не менее 3. 5 сек. Затем в момент полного затухания ламп замыкается рубильник.

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его скорость отличается от синхронной на 2. 3%. Обмотка ротора во время такого включения должна быть замкнута накоротко или на некоторое сопротивление. Сейчас же после включения генератора на сеть в ротор подается постоянный ток возбуждения, и генератор сам доходит до синхронной скорости под действием электромагнитных сил.

Вращающий момент синхронного двигателя при пуске равен 0, поэтому пуск двигателя состоит из двух этапов: первый этап — синхронный пуск с помощью короткозамкнутой обмотки, расположенной на роторе, и второй этап — втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источника постоянного тока и замыкается на активное сопротивление, превышающее активное сопротивление обмотки возбуждения в 10. 15 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, т. к. вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значительную ЭДС, опасную для изоляции. Но с другой стороны, нецелесообразно было бы замыкать эту обмотку накоротко, т. к. в ней возникает значительный однофазный ток, который будет тормозить ротор по достижении им половины синхронной скорости.

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.

Читать еще:  Что такое круговая диаграмма асинхронного двигателя

Электротехника и электрооборудование — Синхронные электродвигатели

Содержание материала

  • Электротехника и электрооборудование
  • Счетчики электрической энергии
  • Мегомметры
  • Измерение неэлектрических
  • Асинхронные двигатели
  • Пуск асинхронных двигателей
  • Регулирование скорости асинхронных
  • Данные асинхронных двигателей
  • Синхронные машины
  • Передвижные электростанции
  • Синхронные электродвигатели
  • Машины постоянного тока
  • Генераторы постоянного тока
  • Двигатели постоянного тока
  • Электропривод генератор-двигатель
  • Трансформаторы
  • Конструкция трансформаторов до 10
  • Данные трансформаторов до 10
  • Специальные трансформаторы
  • Измерительные трансформаторы
  • Аппаратура управления и защиты
  • Аппаратура автоматическая
  • Реле защиты и управления
  • Логические элементы
  • Электропривод на строительстве
  • Выбор электродвигателя
  • Схемы электроприводы
  • Электропривод строительных
  • Сварочное электрооборудование
  • Электрическое освещение
  • Устройство освещения
  • Нормы освещенности
  • Электрические сети строительные
  • Аппаратура подстанций
  • Электрические сети
  • Устройство электрических сетей
  • Выбор сечения проводов
  • Безопасность обслуживания
  • Защитное заземление

По своему устройству синхронный двигатель аналогичен синхронному генератору, но он имеет дополнительную пусковую обмотку. Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии полюсов вращающегося магнитного поля, созданного обмоткой статора, обтекаемой трехфазным током, с магнитными полюсами ротора, обмотки которого питаются постоянным током. Скорость вращения синхронного двигателя постоянна независимо от нагрузки и равна скорости вращения магнитного поля; по этой причине двигатель получил название синхронного; вращение ротора у него совпадает (синхронно) с вращением магнитного поля статора. Механическая характеристика двигателя, т. е. скорость его вращения, зависящая от нагрузки, является абсолютно жесткой, при которой число оборотов постоянно.
Пуск двигателя в ход производится после предварительного его разгона по скорости, равной не менее 0,95 номинального числа оборотов, что осуществляется наличием специальной пусковой обмотки типа беличьего колеса, как у асинхронного двигателя. Такой способ пуска называется асинхронным. После разгона двигателя включается постоянный ток в обмотку ротора, полюса которого входят в синхронизм с, полюсами вращающегося магнитного поля. Некоторые типы синхронных двигателей пускают в ход с помощью других двигателей.
При холостом ходе оси полюсов ротора и вращающего поля статора двигателя совпадают. При увеличении нагрузки двигателя происходит сдвиг оси полюсов ротора относительно полюсов поля статора на угол φ и при некоторой максимальной нагрузке двигатель выпадает из синхронизма и останавливается в результате слабого взаимодействия между полюсами ротора и статора, обусловленного значительным расстоянием между ними. Максимальный (опрокидывающий) момент синхронного двигателя в 2,5-3 раза превышает номинальный его момент при нормальном токе возбуждения. Изменение угла между осями полюсов ротора и статора приводит к изменению угла сдвига фаз между напряжением и электродвижущей силой синхронного двигателя.
Преимущество синхронных двигателей заключается в возможности работать с высоким коэффициентом мощности cos φ.
Регулирование cos φ синхронного двигателя достигается изменением величины постоянного тока возбуждения машины, при определенной величине которого можно получить значение коэффициента мощности, равное единице.
В отличие от двигателей постоянного тока, у которых при изменении тока возбуждения изменяется скорость вращения, у синхронных двигателей скорость остается постоянной, не зависящей от тока возбуждения. Однако при этом в больших пределах может изменяться ток статора синхронного двигателя при постоянной нагрузке на его валу и постоянной потребляемой мощности. При постоянной потребляемой мощности двигателя Р — ]/3/U cos φ и постоянной! приложенном напряжении U ток I будет зависеть от cos φ, т. е. при уменьшении cos φ ток будет увеличиваться. В то же время угол φ сдвига фаз между напряжением и током двигателя зависит от тока его возбуждения.

Рис. 7.17. U-образная кривая зависимости рабочего тока синхронного двигателя от тока возбуждения

Влияние величины тока возбуждения на угол сдвига фаз и на величину тока двигателя при постоянной нагрузке на графике имеет вид U-образной кривой (рис. 7.17). Из графика видно, что при уменьшении тока возбуждения ниже номинальной величины ток в цепи статора возрастает (левая часть кривой), но при этом угол сдвига фаз положителен φ > 0, т. е. ток отстает от напряжения. При увеличении тока возбуждения свыше номинальной величины (правая часть кривой) рабочий ток / двигателя также увеличивается, но при этом угол сдвига фаз будет отрицательный!: φ Назад

  • Вперёд
  • голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector