Электромеханическая характеристика синхронного двигателя

Электромеханические свойства синхронных двигателей

Синхронные двигатели, как правило, исполняются с явнополюсным ротором, на котором размещается обмотка возбуждения. Питание обмотки возбуждения осуществляется через контактные кольца от источника постоянного напряжения, а трехфазная обмотка статора подключается к сети переменного тока, как показано на рис.3.46,a. Двухфазная модель такой машины представлена схемой на рис.3.46,б. Здесь обмотки фаз статора питаются симметричной двухфазной системой напряжений

Обмотка возбуждения размещена на оси d явнополюсного ротора и подключена к источнику постоянного напряжения ив. Уравнения электромеханической характеристики, записанные для реальных переменных в осях а, р, d, q, имеют вид

Особенностью рассматриваемого двигателя является синхронное вращение ротора с вращающимся полем статора. При работе в двигательном режиме ротор отстает от поля статора на угол qЭЛ=j0эл-jэл=w0эл·t-jэл, поэтому наиболее удобный для анализа вид уравнения механической характеристики имеют в осях d, q. Вначале преобразуем напряжения u1a, м1b к осям d, q с помощью формул прямого преобразования (2.15):

Подставив преобразованные выражения напряжений в (3.113) и дополнив эту систему уравнением электромагнитного момента, получим уравнения механической характеристики синхронного двигателя в осях d, q:

Схема синхронного двигателя в осях d, q представлена на рис.3.46,в. В соответствии с этой схемой записываем уравнения потокосцеплений, учитывая, что вследствие явнополюсности ротора

Уравнения (3.114) нелинейны в связи с наличием произведений переменных, поэтому для строгого анализа динамических режимов синхронного двигателя следует использовать цифровые или аналоговые вычислительные машины. Приближенное уравнение динамической механической характеристики может быть найдено с помощью угловой статической характеристики двигателя, для получения которой положим в (3.114) d/dt=0 и wэл=w0эл, пренебрежем активным сопротивлением статора R1»0, примем, что обмотка возбуждения получает питание от источника тока и во всех режимах iв=-Iв=const, при этом система (3.114) примет вид

Из первого и второго уравнений (3.116) определяются токи статора:

Подставляя выражения токов в третье уравнение (3.116) и учитывая, что L12dIB=Emах/w0эл, после преобразований получаем уравнение угловой характеристики двухфазного явнополюсного синхронного двигателя в виде

Произведем замену переменных двухфазной машины переменными трехфазной с помощью (2.37) и перейдем к эффективным значениям ЭДС и напряжения. В результате получим известное уравнение угловой характеристики трехфазного явнополюсного синхронного двигателя:

Уравнение (3.118) свидетельствует о том, что электромагнитный момент синхронного двигателя состоит из двух составляющих, первая из которых обусловлена взаимодействием вращающегося поля статора с полем возбужденного ротора, а вторая представляет собой реактивный момент, обусловленный явнополюсным исполнением ротора. Вследствие явнополюсности энергия магнитного поля максимальна при любом из двух возможных соосных с полем статора положений ротора, что и определяет зависимость реактивного момента от двойного угла qэл.

Примерный вид угловой характеристики М=f(qэл) показан на рис.3.47,а. Рассматривая ее, можно убедиться, что увеличение угла qэл вызывает рост электромагнитного момента вначале в зависимости, близкой к линейной. При qЭЛ> 45° темп нарастания момента быстро снижается, и после достижения максимума Мmах дальнейшее возрастание угла q влечет за собой уменьшение момента двигателя. Без учета явнополюсности ротора максимум момента наступает при qЭЛ=90°.

В номинальном режиме работы, когда двигатель развивает номинальный электромагнитный момент Мном, угол qэл обычно составляет qЭЛном=20¸30°. Этим обстоятельством определяется перегрузочная способность синхронного двигателя, которая лежит в пределах l=Мтaхном=2¸3. Рассмотрение рис.3.47,а,б позволяет заключить, что реактивный момент увеличивает крутизну рабочего участка угловой характеристики и несколько повышает перегрузочную способность двигателя.

Перегрузочная способность синхронного двигателя менее чувствительна к понижению напряжения сети, чем у асинхронного двигателя, что относится к числу его важных достоинств. Этот вывод следует непосредственно из (3.118), если учесть, что реактивный синхронный момент, зависящий от квадрата напряжения, мало влияет на перегрузочную способность, а основная составляющая момента зависит от напряжения U1 линейно, так как ЭДС машины Е определяется током возбуждения Iв.

Механизм образования синхронного момента виден на рис.3.46,в. На этом рисунке обозначены все токи, определяющие направление вектора потокосцепления статора связанного с осью вращающегося магнитного поля машины. Вектор определяется геометрической суммой потокосцеплений обмотки статора по оси d

и по оси q Y1q=L1qI1q. В соответствии с (3.117) на рисунке приведены зависимости токов I1d и I1q от угла qэл Рассматривая рисунок, можно установить, что при идеальном холостом ходе I1q=0 и вектор совпадает с осью ротора d. Под нагрузкой ось ротора d и составляющая вектора потокосцепления Y1d, которая в основном определяется током возбуждения, отстают от оси вращающегося магнитного поля, определяемой положением вектора на угол qЭЛ. Между постоянным магнитом, которым является возбужденный ротор, и вращающимся магнитным полем возникают силы взаимодействия. При малых углах qЭЛ эти силы при увеличении qЭЛ возрастают по закону, близкому к линейному. Нетрудно видеть, что рассмотренное электромагнитное взаимодействие вполне подобно механической упругой связи между полем ротора и результирующим полем машины. Поэтому по главным динамическим свойствам синхронный двигатель подобен упругим механическим системам.

Рабочий участок угловой характеристики М=f(qэл) можно с достаточной для многих задач инженерной практики точностью заменить линейной зависимостью М=kqэл, проходящей через точку номинального режима:

где сэм — коэффициент жесткости упругой электромагнитной связи двигателя.

Дифференцируя (3.119), получаем приближенное уравнение динамической характеристики:

Как было установлено в гл. 1, момент упругого взаимодействия М12 в двухмассовой линейной упругой системе

Дифференцирование этой зависимости дает уравнение, совпадающее по форме с (3.120), что еще раз подтверждает аналогию между электромагнитными взаимодействиями в синхронном двигателе и механическими в механической пружине. Этим определяется повышенная склонность синхронного двигателя к колебаниям, для устранения (или снижения) которой реальные синхронные двигатели снабжаются демпферной (пусковой) короткозамкнутой обмоткой. Эта обмотка выполняется в виде беличьей клетки на полюсах ротора и при возникновении колебаний скорости ротора, т. е. скольжения, создает асинхронный момент. Пренебрегая влиянием электромагнитной инерции на асинхронный момент, результирующий момент синхронной машины в динамических процессах можно приближенно представить в виде суммы синхронного Мсин и асинхронного моментов Мас:

где

С учетом (3.120) уравнение механической характеристики синхронного двигателя в операторной форме примет окончательный вид

Структурная схема электромеханического преобразования энергии, соответствующая (3.122), представлена на рис.3.48,а. При р=0 из (3.122) получаем уравнение статической механической характеристики w=w=const. Следовательно, в статическом виде изменения нагрузки на валу двигателя не приводят к изменениям скорости, так как модуль статической жесткости равен бесконечности. Это справедливо лишь в пределах перегрузочной способности двигателя, определяемой угловой характеристикой на рис.3.47,д. При возрастании нагрузки до значений, превышающих Мmax=lМНОМ, двигатель выпадает из синхронизма. Статическая механическая характеристика синхронного двигателя соответственно имеет вид, показанный на рис.3.47,б (прямая 1).

Читать еще:  Что применяют для системы охлаждения двигателя

В динамических режимах механическая характеристика синхронного двигателя, как следует из (3.122), не является абсолютно жесткой. В установившемся динамическом режиме вынужденных колебаний изменениям момента с амплитудой DМmах и соответствующим изменениям угла qэл по (3.122) соответствуют определенные амплитуды Dwmах колебаний скорости и динамическая механическая характеристика имеет вид эллипса (рис 3.47,б, кривая 2). Передаточная функция динамической жесткости определяется по рис.3.48,а:

Соответственно АФХ, АЧХ и ФЧХ динамической жесткости определяются соотношениями

Логарифмические частотные характеристики динамической жесткости представлены на рис.3.48,б. Низкочастотная асимптота ЛАЧХ динамической жесткости имеет наклон -20 дБ/дек, поэтому модуль жесткости характеристики синхронного двигателя при возрастании частоты быстро убывает, стремясь к значению, определяемому жесткостью рабочего участка асинхронной характеристики M=f(w), а фазовый сдвиг y(W) изменяется от –3p/2 до -p.

Частотные характеристики динамической жесткости свидетельствуют о том, что соответствующая статическим режимам абсолютно жесткая характеристика синхронного двигателя для анализа динамических процессов неприменима. Динамические механические характеристики, соответствующие даже сравнительно медленным изменениям момента двигателя, могут существенно отличаться от статических.

Важным достоинством синхронного двигателя является возможность регулирования реактивной мощности путем воздействия на ток возбуждения Iв. Выражение для тока 11d (3.117) свидетельствует о том, что при прочих равных условиях этот ток и его знак определяются током возбуждения Iв, которому пропорциональна при принятых для обобщенной машины допущениях ЭДС Еmax. Ток I1q не зависит от тока возбуждения, поэтому влияние возбуждения двигателя на условия преобразования энергии можно проанализировать с помощью векторных диаграмм, соответствующих системе (3.116) при qЭЛ=const, представленных на рис.3.49.

При относительно небольшом токе возбуждения Emax

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с) .

Электромеханическая характеристика синхронного двигателя

При идеальном холстом ходе I1q=0 и вектор (рис. 5.1в) совпадает с осью dэл=0). Под нагрузкой ось ротора d и составляющая Ψ1 d , которая в основном определяется током возбуждения I в , отстают от оси вращающегося магнитного поля на угол Θэл. Между постоянным магнитом, которым является возбужденный ротор, и вращающимся магнитным полем возникают силы взаимодействия. При малых углах Θэл эти силы изменяются по линейному закону. Это электромагнитное взаимодействие подобно механической упругой связи между полем ротора и результирующим полем машины. Поэтому по своим динамическим свойствам синхронный двигатель подобен упругим механическим системам.

Рабочий участок угловой характеристики M=fэл) можно с достаточной точностью для многих задач инженерной практики заменить линейной зависимостью M=kΘэл, проходящей через точку номинального режима:

(5.11)

Cэм – коэффициент жесткости упругой электромагнитной связи двигателя.

Продифференцировав выражение (5.11), получим:

(5.12)

Аналогия между электромагнитными взаимодействиями в синхронном двигателе и механической пружине поясняет повышенную склонность синхронного двигателя к колебаниям. Для снижения этой склонности реальные синхронные двигатели снабжаются демпферной или пусковой короткозамкнутой обмоткой, которая создает асинхронный момент.

Результирующий момент в асинхронной машине можно приближенно считать равным сумме синхронного Мсин и асинхронного Мас моментов:

(5.13)

;.

Уравнение механической характеристики с учетом пренебрежения влиянием электромагнитной инерции на асинхронный момент будет иметь вид:

(5.14)

(Из выражения (5.12) имеем

;

Подставив в выражение (5.13), окончательно получим (5.14).)

Структурная схема электромеханического преобразователя, соответствующая этому уравнению (рис. 5.3a):

Рис. 5.3. Передаточная функция динамической жесткости синхронного двигателя (а) и его ЛАЧХ (б).

При р=0 получаем уравнение статической механической характеристики ω=ω=const. В статическом режиме изменения нагрузки на валу двигателя не приводят к изменениям скорости, т.к. модуль статической жесткости равен бесконечности. При значениях нагрузки, превышающих MmaxMном, двигатель выпадает из синхронизма. Статическая механическая характеристика синхронного двигателя имеет вид прямой 1 (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Механические характеристики синхронного двигателя.

В динамических режимах механическая характеристика синхронного двигателя не является абсолютно жесткой. В режиме установившихся колебаний динамическая механическая характеристика имеет вид эллипса (кривая 2, рис. 5.4).

Передаточная функция динамической жесткости определяется выражением:

(5.15)

Следовательно АЧХ и ФЧХ динамической жесткости определяются выражениями:

; (5.16)

(5.17)

Используя выражения (5.16) и (5.17) на рис. 5.3б, построены АЧХ и ФЧХ динамической жесткости асинхронного двигателя.

Динамические механические характеристики, соответствующие даже сравнительно медленным изменениям момента двигателя, могут существенно отличаться от статических.

Важным достоинством синхронного двигателя является возможность регулирования реактивной мощности посредством изменения величины тока возбуждения Iв. При относительно небольшом токе возбуждения ток статора I1 отстает от приложенного напряжения на угол φ1 и из сети потребляется реактивная мощность. Увеличивая ток возбуждения можно добиться φ1=0, что соответствует потреблению из сети только активной мощности. Дальнейшее увеличение тока возбуждения Iв приводит к отдаче реактивной мощности в сеть (рис.5.1в).

Увеличение тока возбуждения, а значит и ЭДС Е приводит к увеличению момента машины, а при неизменном моменте — к уменьшению угла Θэл. Как следует из выражения для угловой характеристики синхронной машины, увеличение тока возбуждения приводит к увеличению перегрузочной способности синхронного двигателя. Поэтому форсирование возбуждения при бросках нагрузки позволяет повысить устойчивость работы двигателя в этих режимах.

4.2 Работа 9 Статические характеристики синхронного двигателя при питании от преобразователя

    Даниил Полозов 4 лет назад Просмотров:

1 4.2 Работа 9 Статические характеристики синхронного двигателя при питании от преобразователя частоты Цель работы Изучение режимов работы двигателя (двигательного, рекуперации), экспериментальное исследование статических (механических, электромеханических, регулировочных, U-образных) и динамических характеристик двигателя при питании от регулируемого преобразователя (при изменении амплитуды и частоты напряжения на статоре, при изменении тока обмотки возбуждения). 1 Порядок выполнения работы 1.1 Ознакомиться с электрооборудованием лабораторной установки. Изучить описание стенда. 1.2 Выполнить предварительный расчет механических характеристик и параметров системы, обеспечивающих работу в заданной точке. 1.3 Настроить систему электропривода для выполнения исследований. 1.4 При неизменном напряжении задания UВХ = const и токе возбуждения iв = const снять статические характеристики электропривода в двигательном и генераторном режимах при изменении момента на валу двигателя М ω, ICЕТИ, I1, UФ, P1, S1= f (М) Повторить п. 1.4 для трех значений тока возбуждения iв Повторить п. 1.4 для трех значений напряжения задания UВХ. 1.5 При неизменном напряжении задания UВХ = const и постоянстве момента на валу двигателя М = const снять U образные статические характеристики электропривода при изменении тока возбуждения iв I1, UФ, P1, S1= f (iв) для трех значений момента двигателя. 1.6 По результатам предыдущих пунктов рассчитать и построить энергетические характеристики электропривода: КПД электропривода; коэффициент мощности. 1.7 Собрать схему динамического торможения СД. Снять механические ω = f(m) и электромеханические ω = f (I 1 ) характеристики двигателя для двух значений тока возбуждения. Внимание! Не допускать превышение тока статора более 10 А. 95

Читать еще:  Pdf что за двигатель

2 1.8 Рассчитать энергетические диаграммы для двигательного режима и режима рекуперации. 1.9 Оформить отчет по проделанной работе. 2 Пояснения к работе 2.1 Принципиальная схема установки Схема подключений силовых цепей синхронного электропривода приведена на рисунке 23. Преобразователь частоты (модуль А7) представляет собой трёхфазный автономный инвертор с неуправляемым выпрямителем на входе. Преобразователь подключается к сети контактором КМ1. В стенде 2 для рассеивания электрической энергии в генераторном режиме исследуемой машины резисторы RQ1, RQ2, RQ3 собираются последовательно и подключаются к клеммам DC2, BR. В стенде 6 резисторы в стенде отсутствуют. Статорные обмотки двигателя собираются по схеме звезда (клеммы XS2, XS4, XS6 объединяются, модуль А15) и подключаются к преобразователю частоты UZ1 (клемма U, V, W, модуль А7, см. рисунок 23). Внимание! При подключении обмоток к преобразователю частоты строго соблюдать фазировку! Обмотка возбуждения LM1 подключается к возбудителю (двухзвенному преобразователю, работающему в режиме источника тока). Ток возбуждения задаётся потенциометром RP1 (модуль А13, см. рисунок 23). Нагрузочное устройство включается контактором КМ2. Управление преобразователем частоты осуществляется с установленной непосредственно на нем кнопочной панели. О работе с кнопочной панелью данного преобразователя частоты можно подробнее ознакомиться в приложении Е. 2.2 Предварительное домашнее задание По данным двигателя (см. приложение Л) рассчитать и построить угловую, механическую и электромеханическую характеристики синхронного двигателя при U С = 100 В. Падением напряжения в обмотках статора можно пренебречь. 2.3 Настройка системы электропривода Собрать схему силовых цепей синхронного электропривода (рисунок 23). Подключение схемы электропривода к источникам напряжения производится в следующей последовательности: включается вводной автоматический выключатель QF, расположенный на боковой стенке стенда; автоматическим выключателем QF1 выполняется подача напряжения на цепи управления стенда; контактором КМ2 включается нагрузочное устройство. 96

3 Рисунок 23 Схема соединений для исследования синхронного электродвигателя 97

4 2.3.2 Установив тумблер SA1 «Разрешение» (модуль А7) в нижнее положение, подать напряжение питание на силовые цепи преобразователя частоты UZ1 контактором КМ1 (кнопкой ПУСК модуля А3) Подать напряжение на силовые цепи возбудителя. Для этого переключатель «СЕТЬ» (модуль А13) перевести в верхнее положение; установить ток возбуждения потенциометром RP1 (модуль А13), ограничив его допустимым по нагреву током обмотки возбуждения при неподвижном роторе 9 А. Внимание! При прекращении лабораторных исследований или при перерыве на оформление экспериментальных данных обязательно снижать ток возбуждения до 1-2 А Проверить функционирование преобразователя частоты UZ1. Провести пробную автонастройку электропривода, для этого в параметр 5.12 записать значение 2 и разрешить работу привода тумблером SA1 и кнопкой разрешения работы. При успешном окончании автонастройки значение 2 в параметре 5.12 сбросится на нулевое и привод будет готов к работе. При появлении сообщения «tune2» изменить фазировку подключения фаз статора. Повторить автонастройку. При успешном окончании второй автонастройки привод будет готов к работе. При появлении сообщения об ошибке при автонастройке сообщить преподавателю. После окончания автонастройки запустить электропривод, изменяя заданное значение скорости вращения синхронного двигателя с кнопочной панели. 2.4 Исследование системы электропривода В настроенной системе электропривода при неизменной заданной скорости вращения, и токе возбуждения iв = const экспериментально снять и построить в функции момента на валу двигателя МВ = var следующие статические характеристики электропривода: скорости вращения синхронного двигателя n = f (М); тока, потребляемого электроприводом из сети, I C = f (М); тока фазы статора двигателя I Ф = f (М); напряжения (фазного) на статоре двигателя U Ф = f (М); активной мощности, потребляемой статором, P 1 = f (М); полной мощности, потребляемой статором, S 1 = f (М). Характеристики снимаются в двигательном и генераторном режимах. Внимание! При работе на стенде 6 ввиду отсутствия сливных сопротивлений характеристики снимать только до точки идеального холостого хода. Напряжение сети, токи и мощности, потребляемые из сети, регистрируются измерителем мощности (модуль А2). Для измерения напряжения, приложенного к двигателю, тока и мощности статора используются соответствующие параметры преобразователя частоты Повторить п для заданного преподавателем значения тока возбуждения. 98

5 2.4.3 Повторить п для заданного преподавателем значения скорости вращения В настроенной системе электропривода при неизменном статическом моменте нагрузки МС = сonst (величина задаётся преподавателем), и токе возбуждения iв = const экспериментально снять и построить в скорости на валу двигателя следующие статические характеристики электропривода: тока, потребляемого электроприводом из сети, I C = f (ω); тока фазы статора двигателя I Ф = f (ω); напряжения (фазного) на статоре двигателя U Ф = f (ω); активной мощности, потребляемой статором, P 1 = f (ω); полной мощности, потребляемой статором, S 1 = f (ω) В настроенной системе электропривода при моменте статической нагрузки МС = сonst (величина задаётся преподавателем) и сигнале задания скорости = сonst, изменяя только ток возбуждения iв = var, экспериментально снять и построить следующие статические характеристики электропривода: скорости вращения двигателя n = f (i В ); тока статора двигателя I С = f (i В ); напряжения на статоре двигателя U C = f (i В ); активной мощности, потребляемой статором, P 1 = f (i В ); полной мощности, потребляемой статором, S 1 = f (i В ) По результатам предыдущих пунктов рассчитать и построить энергетические характеристики электропривода: КПД электропривода; коэффициент мощности. 3 Содержание отчета 3.1 Привести функциональную схему лабораторной установки, силовые цепи выделить жирными линиями. 3.2 Представить предварительные расчеты. 3.3 Привести таблицы результатов экспериментов, расчетные формулы и результаты расчетов КПД и коэффициента мощности. 3.4 Представить статические характеристики рассмотренных систем на одном рисунке. Для анализа особенностей систем и их основных показателей необходимо одноименные зависимости систем размещать на одном рисунке, однако число кривых должно быть не более шести. 3.5 На основе экспериментальных данных рассчитать и построить энергетические диаграммы двигателя. 3.6 На основе экспериментальных данных (для каждой из исследованных схем) рассчитать и построить энергетические диаграммы двигателя при работе его в разных режимах. 99

6 3.7 Для каждой энергетической диаграммы необходимо указать режим работы двигателя, опытные значения этого режима (токи, момент, скорость и т.п.). Привести расчеты составляющих энергетических диаграмм: активную мощность, потребляемую из сети (отдаваемую в сеть); мощность потерь в обмотке статора; мощность потерь в добавочных сопротивлениях статора; мощность потерь в стали статора (определяется в точке синхронной скорости ω О и принимается постоянной при неизменном напряжении сети U 1 ); электромагнитную мощность; мощность потерь в роторе; мощность на валу двигателя; мощность механических потерь и потерь в стали ротора; КПД η; коэффициент мощности cos φ1. На графиках энергетических диаграмм их составляющие необходимо показать с соблюдением масштаба. 3.8 В выводах по работе оценить особенности СД по сравнению с другими типами двигателей. Контрольные вопросы 1 Какой характер момента на валу обеспечивает нагрузочное устройство? 2 Как изменится скорость двигателя, если при наличии момента на валу отключить преобразователь от сети? 3 Каковы предельные значения момента, тока статора и скорости вращения синхронного двигателя лабораторной установки? 4 По каким признакам можно оценить, что синхронный двигатель втянулся в синхронизм? 5 По каким приборам можно определить, что двигатель работает в режиме идеального холостого хода? 6 Как обеспечивается режим рекуперативного торможения синхронного двигателя? 7 Как зависит момент синхронного двигателя от напряжения питающей сети? 8 Как зависит момент синхронного двигателя от тока возбуждения двигателя? 9 Как зависит ток статора и cosφ двигателя от тока возбуждения при постоянной нагрузке на его валу? 10 Как в схеме лабораторного стенда снять неустойчивый участок пусковой механической характеристики двигателя? 100

Читать еще:  Электрическая схема автомобиля газ 3110 с двигателем 406

1.7 Снять статические характеристики п. 1.4 при номинальном напряжении UТП =UН =const, закороченном добавочном сопротивлении в цепи якоря RQ = 0

2.2 Работа 1 Статические характеристики двигателя независимого возбуждения Цель работы Изучение режимов работы двигателя (двигательного, рекуперации, торможения противовключением, динамического торможения),

Механические характеристики синхронных электромашин при пуске

Устройство синхронного электродвигателя таково, что он развивает вращающий момент только при условии вращения его ротора синхронно с магнитным полем статора. Для обеспечения разгона синхронного электродвигателя его ротор снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой.

В пазы полюсных наконечников укладывают стержни пусковой обмотки и замыкают ее накоротко короткозамыкающими кольцами. При этом при подключении статорной обмотки синхронной электрической машины в сеть она будет запускаться как обычный асинхронный электродвигатель с КЗ ротором. Пусковой момент будет создаваться взаимодействием магнитных потоков статора и короткозамкнутого ротора и, соответственно, электродвигатель будет разгонятся. Когда скорость ротора достигнет «подсинхронной», а это 95% — 98% синхронной, на обмотку возбуждения подают постоянный ток (ток возбуждения), после чего двигатель втягивается в синхронизм. Механическая характеристика синхронной машины при пуске будет иметь две характерные точки:

  • Пусковой момент Мпуск, который двигатель может развить при неподвижном состоянии (S = 1);
  • Входной или подсинхронный момент Мвх, который развивает синхронный электродвигатель при 95% синхронной скорости (S ≈ 0.05).

В зависимости от назначения, а также условий работы электропривода, требуются различные соотношения между данными моментами и различные их величины.

Чем больше будет сопротивление пусковой обмотки, тем будет больше критическое скольжение, которое влияет на максимум момента. Соответственно поменяется и величина пускового момента при S = 1, а также подсинхронного S = 0,05; величина последнего довольно существенна при вхождении в синхронизм. Чем будет больше подсинхронный момент, тем больше будет скорость, к которой сможет разогнаться синхронный электродвигатель а режиме асинхронного и, соответственно, ему будет легче втянутся в синхронизм. Механическая характеристика для асинхронного режима показана ниже:

Из данной фигуры мы можем увидеть, что увеличивая подсинхронный момент мы уменьшаем пусковой, и наоборот. Поэтому выбирая синхронный электродвигатель для конкретного механизма необходимо всегда согласовать пусковые характеристики электродвигателя и рабочего механизма Мс = φ(n).

При асинхронном пуске ток статора будет больше номинального в несколько раз Iпуск = 3÷5Iном. Чтоб снизить этот ток понижают напряжение на обмотках статора. Для этого используют пусковые реакторы или автотрансформаторы. При этом величина пускового тока будет снижена пропорционально напряжению на статоре, но при этом снизится пусковой и критический моменты пропорционально квадрату напряжения. Благодаря развитию современных технологий используют для пуска преобразователи частоты, но этот вид пуска мы рассмотрим в отдельной статье.

Также пусковые характеристики будут во многом зависеть от перегрузочной способности синхронной машины в нормальном режиме. Перегрузочная способность возрастет с увеличением воздушного зазора, однако такое увеличение приведет к увеличению потока рассеивания, что в свою очередь приведет к уменьшению моментов при асинхронном пуске. В связи с такой противоречивостью условий пуска и перегрузочной способности приходится принимать некоторые средние параметры, при которых характеристики двигателя в наибольшей степени отвечают всем поставленным требованиям.

В процессе пуска также непосредственное участие принимает и обмотка ротора. В начальной стадии пуска в ней индуктируется довольно значительная ЭДС, которая может привести к пробою изоляции (если оставить ее в разомкнутом виде). Поэтому обмотку ротора замыкают на активное сопротивление в 10 – 12 раз больше чем сопротивление самой обмотки. Замыкание роторной обмотки в процессе пуска накоротко не рекомендуется, так как из-за явления одноосного включения возможно значительное уменьшения пускового момента при половине синхронной скорости. Это может привести к устойчивой работе электродвигателя при пониженной скорости.

Физически данное явление можно объяснить так. Вращающееся поле статора будет индуктировать в обмотке ротора ЭДС частоты скольжения f2 = f1S. Данная ЭДС инициирует появления тока, который создаст пульсирующую МДС. Эту МДС, в свою очередь, можно разложить на две составляющие F1 и F2, которые вращаются относительно ротора в разные стороны, но с одинаковыми скоростями n2 = ±(n — n). То есть получается аналогичная картина режиму с введением в цепь ротора асинхронной машины несимметричных сопротивлений.

МДС F1 относительно статора будет вращаться со скоростью:

Данная МДС будет создавать дополнительный вращающий момент, который будет суммироваться с вращающим моментом от пусковой обмотки.

МДС F2 создаст обратно-синхронное поле, которое вращается со скоростью относительно статора:

При этом в статоре будет индуктироваться ЭДС частоты:

Данная ЭДС обусловит токи в статоре, которые замыкаясь через сеть будут взаимодействовать с обратно-синхронным полем ротора и создавать дополнительный момент, величина которого зависит от скорости вращения синхронной машины. При n = 0.5n частота тока в статоре f3 = 0 и дополнительный момент тоже будет равен нулю. При n 0.5n поток, создаваемый МДС F2 ротора, будет вращаться согласно с ротором, и вращающий момент будет отрицательным, то есть тормозным:

Просуммировав кривую 3, создаваемую МДС F2, с моментами создаваемыми МДС пусковой обмотки 1 и МДС F1 обмотки 2, получим результирующую механическую характеристику в пусковом режиме синхронного электродвигателя 4. Провал в характеристике 4 при скорости, близкой к 0,5n, может стать причиной «застревания» синхронного электродвигателя на промежуточной скорости. Данное явления может реализоваться в случае если Мсмин.

Влияние одноосного включения можно убрать путем включения в цепь обмотки возбуждения на время пуска добавочного сопротивления. При этом максимум момента от МДС F1 сместится в сторону большего скольжения, а момент от МДС F2 уменьшится по величине.

Пусковая характеристика синхронного электродвигателя (показанная выше) построена при упрощенном рассмотрении явлений. В действительности при пуске синхронного электродвигателя играют роль еще и моменты от вихревых токов в полюсных наконечниках, реактивный и гистерезисный моменты. Явнополюсное строение ротора изменяет его магнитное сопротивление в зависимости от его положения. Отсутствие стержней пусковой обмотки в междуполюсном пространстве приводит к несимметричности обмотки. Оба эти явления способствуют появлению пульсаций момента и, следовательно, периодических изменений скольжения. Точный учет всех факторов и получения максимально приближенной к реальной математической модели пусковой характеристики весьма сложная задача. При практических расчетах следует пользоваться пусковыми характеристиками приводимыми в каталогах.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector