Двигатель генератор схема пуск

Двигатель генератор схема пуск

Электротехника и электрооборудование — Электропривод по системе генератор-двигатель

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

§ 8.7. Электропривод по системе генератор-двигатель (Г-Д)
Для экономичного регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока в широких пределах и плавного их пуска применяется система генератор-двигатель (Г-Д). В электроприводе по системе Г-Д можно получить пределы регулирования скорости приводного электродвигателя до 20:1.

Рис. 8.11. Схема системы генератор-двигатель (Г-Д)
На рис. 8.11 приведена схема системы генератор-двигатель, в которой генератор постоянного тока Г, приводимый во вращение от асинхронного электродвигателя АД (или любого двигателя иного вида), электрически соединен с двигателем постоянного тока Д. Вал двигателя Д жестко соединен с валом рабочей машины, число оборотов которой подлежит регулированию. Как генератор, так и электродвигатель постоянного тока имеют независимое возбуждение от отдельного возбудителя В. Возбудитель представляет собой генератор постоянного тока с параллельным возбуждением, который насажен на один вал с электродвигателем переменного тока. Пуск приводного электродвигателя постоянного тока Д производится без пускового реостата повышением напряжения на зажимах генератора Г. К зажимам пускового приводного электродвигателя Д можно подвести направление любой малой величины увеличением сопротивления в цепи обмотки возбуждения ВГ генератора постоянного тока. С увеличением тока возбуждения генератора увеличивается напряжение на его зажимах, а следовательно, и на зажимах электродвигателя Д, вследствие чего его скорость возрастает. Таким образом, управляют пуском и регулируют скорости вращения двигателя Д только изменением тока возбуждения генератора, а при необходимых случаях и двигателя без реостатов. Этим упрощают управление и сокращают потери электроэнергии при пуске и регулировании системы Г-Д, а также создают высокую плавность пуска и торможения.

Весьма просто осуществляют и реверсирование (изменение направления вращения) приводного двигателя, для чего переключателем изменяют направление тока в обмотках генератора.
Механические характеристики системы Г-Д могут изменяться двумя способами: изменением подводимого к двигателю напряжения и изменением величины тока возбуждения двигателя, влияющего на магнитный поток Ф. Уменьшение подводимого напряжения уменьшает скорость вращения двигателя, а уменьшение магнитного потока Ф, наоборот, увеличивает скорость вращения двигателя. Механические характеристики при этом остаются жесткими.
Систему Г-Д применяют в строительстве для привода крупных экскаваторов и бурильных установок.
В тех случаях, когда система Г-Д не может создать усилий, достаточных для преодоления больших перегрузок, используют управление электроприводом по системе ТГ-Д (трехобмоточный генератор-двигатель), в которой генератор постоянного тока имеет три обмотки возбуждения: независимого возбуждения, параллельного возбуждения и последовательного возбуждения, а приводной электродвигатель — одну обмотку независимого возбуждения. При соответствующем подборе ампер-витков последовательной обмотки возбуждения генератора ее магнитный поток при перегрузке приводного электродвигателя выше допустимой становится равным и направленным противоположно суммарному потоку обмоток независимого и параллельного возбуждения. Это размагничивает генератор. Напряжение генератора и момент приводного электродвигателя снижаются до нуля и электродвигатель останавливается. Когда вращающий момент становится ниже максимально допустимого, электродвигатель снова начинает вращаться. Таким образом, защита рабочей машины и электропривода от разрушения и работа агрегата осуществляются автоматически.

Выбор схемы пуска асинхронных и синхронных двигателей

Выбор простой и надежной схемы пуска имеет большое значение для эксплуатации двигателей и синхронных компенсаторов. Наиболее распространенной в настоящее время является простейшая и вместе с тем наиболее надежная схема прямого пуска от полного напряжения сети, исключение составляют двигатели с очень тяжелыми условиями пуска или очень мощные двигатели и компенсаторы, вызывающие при пуске недопустимые снижения напряжения в сети.

В случаях, когда прямой пуск неприемлем, напряжение, подводимое к двигателю при пуске, снижается включением в цепь статора реактора или, в редких случаях, автотрансформатора. Конструкции всех асинхронных и синхронных двигателей предусматривают возможность асинхронного пуска. С этой целью у синхронных двигателей с частотой вращения до 1500 об/ мин на роторе в явно выраженных полюсах расположена пусковая обмотка в виде замкнутых стержней. Возможность асинхронного пуска турбодвигателей с частотой вращения 3000 об/мин обеспечивается прежде всего токами в бочке неявнополюсного ротора, а также медными клиньями, заложенными в пазы.

Выбор пускового реактора для синхронного двигателя и компенсатора принципиально не отличается от выбора реактора для асинхронного двигателя. Для синхронных двигателей большой мощности в ряде случаев целесообразно применение питания от отдельных трансформаторов (блок-трансформаторов) с мощностью блок-трансформатора, в большинстве случаев соответствующей мощности установленного двигателя. В этом случае за счет отказа от выключателя на стороне двигателя установка оказывается весьма простой. Только при частых тяжелых пусках может потребоваться увеличение мощности трансформатора по условию его нагрева.

Читать еще:  Что такое тип двигателя компрессор

Реакторный пуск и пуск при работе по схеме блока двигатель-трансформатор имеет неоспоримые преимущества перед пуском через автотрансформатор. Например, напряжение на двигателе или компенсаторе при пуске через постоянно включенные реактор и трансформатор по мере снижения пускового тока плавно возрастает, и в конце пуска это напряжение незначительно отличается от номинального.

Рис. Схемы прямого пуска синхронных электродвигателей с электромашинными возбудителями постоянного тока:
а — обмотка ротора глухо подключена к якорю возбудителя;
б — включена на разрядный резистор:
в — включена на якорь возбудителя через разрядный резистор.

Поэтому при реакторном пуске шунтирование реактора происходит практически без толчка (см., например, рис., б) в отличие от автотрансформаторного пуска, где приходится принимать специальные меры, усложняющие схему пуска, для ограничения толчка тока при переключении от пускового напряжения на полное напряжение сети.

Требования некоторых трансформаторных заводов об ограничении пускового тока, приводящие к завышению мощности блок-трансформатора, исходя из необходимости ограничения динамических усилий на обмотке, следует считать неоправданными. Согласно ГОСТ обмотка трансформатора должна выдерживать без повреждения токи короткого замыкания на выводах любой из его обмоток при номинальном напряжении на другой. Эти токи заведомо существенно больше токов при пуске двигателя, соизмеримого по мощности с трансформатором. Динамические усилия в трансформаторе, пропорциональные квадрату тока, получаются соответственно значительно меньшими гарантированных.

Практика применения схемы блоков трансформатор-двигатель вполне себя оправдала. При применении электромашинной системы возбуждения, как можно заключить из рассматриваемых выше процессов в этих системах при пуске двигателя (компенсатора), предпочтение следует отдавать схемам глухого подключения возбудителя к ротору двигателя (компенсатора), если это допустимо по условиям пуска. Сопротивление в цепи возбуждения возбудителя при этом должно быть подобрано таким образом, чтобы при номинальной угловой скорости напряжение на двигателе (компенсаторе), отключенном от сети, было равно напряжению сети или несколько больше.

Пуск двигателя (компенсатора) происходит следующим образом: включается главный выключатель, двигатель (компенсатор) разворачивается, возбуждается и втягивается в синхронизм плавно, без толчков и без вмешательства персонала или каких-либо элементов автоматики, дающих команду на возбуждение машины. Эта схема применима для двигателей и компенсаторов, как имеющих возбудитель на одном валу, так и питающихся от отдельно стоящего двигатель-генератора. В последнем случае пуск агрегата возбуждения должен осуществляться одновременно с пуском двигателя или компенсатора замыканием блок-контактов выключателя основного двигателя.

При прямом включении в сеть обмотки статора и глухоподключенном возбудителе схема пуска синхронной машины (рис. а) также проста, как и схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Проведенные испытания и накопленный опыт эксплуатации вместе с тем показывают, что область применения схемы пуска синхронных двигателей с постоянно подключенным возбудителем ограничивается практически двигателями относительно небольшой мощности, — как правило, не свыше 2000 кВт. Схема непригодна для двигателей, запускающихся с нагрузкой выше 0,4-0,6 номинальной мощности, из-за провала в кривой асинхронного момента в области малых скольжений и малоэффективна для двигателей, у которых контактор возбуждения оказывается необходимым для гашения поля или осуществления схемы ресинхронизации. Например, проведенные исследования показали неприемлимость данной схемы на синхронных двигателях СДМ-20-49-60, 2000 кВт, применяемых для привода шаровых углеразмольных мельниц Ш-50 и Ш-50А на энергоблоках 300 МВт мощных тепловых электростанций. Кривая вращающего момента при пуске этих мельниц имеет резко выраженный пульсирующий характер, в результате чего на вал воздействует знакопеременная нагрузка.

При включении двигателя с глухоподключенным к ротору возбудителем кривая вращающего момента имеет особо неблагоприятный характер, поэтому успешный пуск таких агрегатов оказался возможным только по схеме с включением обмотки ротора на якорь возбудителя через разрядный резистор (рис. в). При прямом пуске механические усилия в лобовых частях обмотки статора асинхронных и синхронных двигателей и компенсаторов возрастают, но, как правило, за счет падения напряжения в сети оказываются меньше тех усилий, которые получаются при близких коротких замыканиях.

Большинство электродвигателей допустимо переводить на прямой пуск без дополнительного усиления креплений лобовых частей обмоток. Однако в отдельных случаях (большие кратности пускового тока при малых снижениях напряжения сети, слабое закрепление лобовых частей обмоток статора) такое усиление может потребоваться. С этой целью можно рекомендовать установку дополнительных дистанционных распорок и взаимную перевязку соседних лобовых частей в местах ранее установленных и дополнительных распорок.

Из практики эксплуатации известны многочисленные случаи применения прямого пуска для асинхронных двигателей с фазным ротором, переделанных на короткозамкнутые или пускаемые без реостата в цепи ротора, а также для двигателей, ранее пускавшихся от автотрансформатора или через реактор. Опыт подтвердил целесообразность перевода этих двигателей на прямой пуск. Пуск без нагрузки двухскоростных электродвигателей следует всегда производить на меньшей угловой скорости. Если необходима работа на большей угловой скорости, то следует после пуска двигателя на меньшей угловой скорости переключить вращающийся двигатель на большую угловую скорость. При таком пуске суммарные потери за время пуска будут иметь минимальное значение.

Читать еще:  Двигатель ef12 технические характеристики

203. Специальные схемы пуска в ход и регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока большой мощности

Для пуска в ход двигателей постоянного тока большой мощности, а также для широкой регулировки скорости вращения двигателей применяют схему генератор-двигатель, сокращенно Г-Д (шахтные подъемники, прокатные станы, рулевое управление судов, бумагоделательные и ситцепечатные машины). Пуск и регулировка двигателя по схеме Г-Д (фиг. 412) заключаются в следующем. Рабочий двигатель 1 получает питание от генератора постоянного тока 2, приводимого во вращение синхронным или асинхронным двигателем 3. Возбуждение рабочего двигателя и самого генератора осуществляется от специального возбудителя 4г сидящего на одном валу с генератором. Для пуска рабочего двигателя необходимо включить первичный двигатель генератора. При достижении генератором нормальной скорости вращения выводят сопротивление реостата 5 в цепи возбуждения генератора. Напряжение генератора постепенно увеличивается до номинальной величины. Рабочий двигатель, на щетках якоря которого увеличивается напряжение, приходит во вращение. Изменяя сопротивление регулировочного реостата в цепи возбуждения генератора, можно менять скорость вращения рабочего двигателя.

Система Г-Д дает возможность осуществить плавный пуск н широкую регулировку скорости вращения двигателя (100: 1). В том случае, когда по условиям работы рабочий двигатель должен изменять направление вращения, в цепи возбуждения генератора устанавливают переключатель, который меняет направление тока в обмотке возбуждения, вследствие чего полярность щеток меняется и рабочий двигатель начинает вращаться в другую сторону.

При резких колебаниях нагрузки на валу двигателя (шахтные подъемники, прокатные станы) пуск двигателя осуществляется по схеме Г-Д с маховиком. Эта схема отличается от схемы Г-Д наличием тяжелого маховика на валу, соединяющем первичный двигатель с генератором. Для работы с маховиком первичный двигатель выбирается с падающей механической характеристикой, т. е. с увеличением нагрузки на валу скорость вращения двигателя должна уменьшаться. Увеличение нагрузки на валу рабочего двигателя вызовет увеличение тока, забираемого двигателем у генератора. Мощность, необходимая для вращения нагруженного генератора, увеличивается. При отсутствии маховика первичный двигатель всю дополнительную мощность будет брать из сети, вызывая резкие колебания тока. Колебания тока в сети будут уменьшены, если на валу первичного двигателя имеется маховик. При своем вращении тяжелый маховик имеет запас кинетической энергии. С увеличением нагрузки генератора скорость вращения первичного двигателя уменьшается и освободившаяся кинетическая энергия маховика дает возможность покрывать резкие колебания механической нагрузки на валу рабочего двигателя 1.

При уменьшении нагрузки рабочего двигателя первичный двигатель увеличивает скорость и маховик запасает кинетическую энергию.

Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей

Для обеспечения работы мощных электроприводов применяются синхронные электродвигатели. Они нашли применение в компрессорных установках, насосах, в системах, прокатных станах, вентиляторах. Применяются в металлургической, цементной, нефтегазовой и других отраслях промышленности, где необходимо использовать оборудование большой мощности. В этой статье мы решили рассказать читателям сайта Сам Электрик, как может выполняться пуск синхронных двигателей.

  • Преимущества и недостатки
  • Способы пуска
  • Запуск с помощью разгонного двигателя
  • Асинхронный запуск
  • Частотный пуск
  • Системы возбуждения

Преимущества и недостатки

Конструктивно синхронные двигатели сложнее асинхронных, но они имеют ряд преимуществ:

  • Работа синхронных электродвигателей в меньшей степени зависит от колебания напряжения питающей сети.
  • По сравнению с асинхронными, они имеют больший КПД и лучшие механические характеристики при меньших габаритах.
  • Скорость вращения не зависит от нагрузки. То есть колебания нагрузки в рабочем диапазоне не влияют на обороты.
  • Могут работать со значительными перегрузками на валу. Если возникают кратковременные пиковые перегрузки, повышением тока в обмотке возбуждения компенсируют эти перегрузки.
  • При оптимально подобранном режиме тока возбуждения, электродвигатели не потребляют и не отдают в сеть реактивную энергию, т.е. cosϕ равен единице. Двигатели, работая с перевозбуждением, способны вырабатывать реактивную энергию. Что позволяет их использовать не только в качестве двигателей, но и компенсаторов. Если необходима выработка реактивной энергии, на обмотку возбуждения подается повышенное напряжение.

При всех положительных качествах синхронных электродвигателей у них имеется существенный недостаток – сложность пуска в работу. Они не имеют пускового момента. Для запуска требуется специальное оборудование. Это долгое время ограничивало использование таких двигателей.

Способы пуска

Пуск синхронных электродвигателей можно осуществить тремя способами – с помощью дополнительного двигателя, асинхронный и частотный запуск. При выборе способа учитывается конструкция ротора.

Он выполняется с постоянными магнитами, с электромагнитным возбуждением или комбинированным. Наряду с обмоткой возбуждения на роторе смонтирована короткозамкнутая обмотка – беличья клетка. Её также называют демпфирующей обмоткой.

Запуск с помощью разгонного двигателя

Этот метод пуска редко применяется на практике, потому что его сложно реализовать технически. Требуется дополнительный электродвигатель, который механически соединен с ротором синхронного двигателя.

Читать еще:  Slrr как крутить двигатели

С помощью разгонного двигателя раскручивается ротор до значений близких к скорости вращения поля статора (к синхронной скорости). После чего на обмотку возбуждения ротора подают постоянное напряжение.

Контроль осуществляется по лампочкам, которые включены параллельно рубильнику, подающему напряжение на обмотки статора. Рубильник должен быть отключен.

В первоначальный момент лампы мигают, но при достижении номинальных оборотов они перестают гореть. В этот момент подают напряжение на обмотки статора. После чего синхронный электродвигатель может работать самостоятельно.

Затем дополнительный мотор отключается от сети, а в некоторых случаях его отсоединяют механически. В этом состоят особенности пуска с разгонным электродвигателем.

Асинхронный запуск

Метод асинхронного пуска на сегодня самый распространенный. Такой запуск стал возможен после изменения конструкции ротора. Его преимущество в том, что не нужен дополнительный разгонный двигатель, так как дополнительно к обмотке возбуждения в ротор вмонтировали короткозамкнутые стержни беличьей клетки, что дало возможность запускать его в асинхронном режиме. При таком условии этот способ пуска и получили широкое распространение.

Сразу же рекомендуем просмотреть видео по теме:

При подаче напряжения на обмотку статора происходит разгон двигателя в асинхронном режиме. После достижения оборотов близких к номинальным, включается обмотка возбуждения.

Электрическая машина входит в режим синхронизма. Но не все так просто. Во время пуска в обмотке возбуждения возникает напряжение, которое возрастает с ростом оборотов. Оно создает магнитный поток, который воздействует на токи статора.

При этом возникает тормозящий момент, который может приостановить разгон ротора. Для уменьшения вредного воздействия обмотки возбуждения подключают к разрядному или компенсационному резистору. На практике эти резисторы представляют собой большие тяжелые ящики, где в качестве резистивного элемента используются стальные спирали. Если этого не сделать, то из-за возрастающего напряжения может произойти пробой изоляции. Что повлечет выход оборудования из строя.

После достижения подсинхронной частоты вращения, от обмотки возбуждения отключаются резисторы, и на нее подается постоянное напряжение от генератора (в системе генератор-двигатель) или от тиристорного возбудителя (такие устройства называются ВТЕ, ТВУ и так далее, в зависимости от серии). В результате чего двигатель переходит в синхронный режим.

Недостатками этого метода являются большие пусковые токи, что вызывает значительную просадку напряжения питающей сети. Это может повлечь за собой остановку других синхронных машин, работающих на этой линии, в результате срабатывания защит по низкому напряжению. Для уменьшения этого воздействия цепи обмоток статора подключают к компенсационным устройствам, которые ограничивают пусковые токи.

  1. Добавочные резисторы или реакторы, которые ограничивают пусковые токи. После разгона они шунтируются, и на обмотки статора подается сетевое напряжение.
  2. Применение автотрансформаторов. С их помощью происходит понижение входного напряжения. При достижении скорости вращения 95-97% от рабочей, происходит переключение. Автотрансформаторы отключаются, а на обмотки подается напряжение сети переменного тока. В результате электродвигатель входит в режим синхронизации. Этот метод технически более сложный и дорогостоящий. А автотрансформаторы часто выходят из строя. Поэтому на практике этот метод редко применяют.

Частотный пуск

Частотный пуск синхронных двигателей применяется для запуска устройств большой мощности (от 1 до 10 МВт) с рабочим напряжением 6, 10 Кв, как в режиме легкого запуска (с вентиляторным характером нагрузки), так и с тяжелым пуском (приводов шаровых мельниц). Для этих целей выпускаются устройства мягкого частотного пуска.

Принцип работы аналогичен высоковольтным и низковольтным устройствам, работающим по схеме преобразователя частоты. Они обеспечивают пусковой момент до 100% от номинала, а также обеспечивают запуск нескольких двигателей от одного устройства. Пример схемы с устройством плавного пуска вы видите ниже, оно включается на время запуска двигателя, а затем выводится из схемы, после чего двигатель включается в сеть напрямую.

Системы возбуждения

До недавнего времени, для возбуждения применялся генератор независимого возбуждения. Он располагался на одном валу с синхронным электродвигателем. Такая схема еще применяется на некоторых предприятиях, но она устарела и теперь не применяется. Сейчас для регулировки возбуждения используются тиристорные возбудители ВТЕ.

  • оптимальный режим пуска синхронного двигателя;
  • поддержание заданного тока возбуждения в заданных пределах;
  • автоматическое регулирование напряжения возбуждения в зависимости от нагрузки;
  • ограничение максимального и минимального тока возбуждения;
  • мгновенное увеличение тока возбуждения при понижении питающего напряжения;
  • гашение поля ротора при отключении от питающей сети;
  • контроль состояния изоляции, с оповещением о неисправности;
  • обеспечивают проверку состояния обмотки возбуждения при неработающем электродвигателе;
  • работают с высоковольтным преобразователем частоты, обеспечивая асинхронный и синхронный запуск.

Эти устройства отличаются высокой надежностью. Основным недостатком является высокая цена.

В заключение отметим, что самый распространенный способ пуска синхронных двигателей — это асинхронный запуск. Практически не нашел применения пуск с помощью дополнительного электродвигателя. В то же время частотный запуск, который позволяет в автоматическом режиме решить проблемы пуска, довольно дорогостоящий.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector