Характеристики синхронного двигателя стд

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Возбуждение — синхронный двигатель

Какие варианты возбуждения синхронного двигателя применяются при его пуске. [46]

Питание обмоток возбуждения синхронных двигателей может осуществляться от тиристорных преобразователей или генераторов постоянного тока. Преимуществом тиристорных преобразователей для возбуждения синхронных двигателей по сравнению с электромашинными является их высокое быстродействие. [47]

Изменение тока возбуждения синхронного двигателя вызывает изменение общего тока статора. Часто для улучшения коэффициента мощности сети синхронные двигатели, присоединенные к ней, перевозбуждают. [48]

Изменяя ток возбуждения синхронного двигателя , нельзя изменить скорость ротора и, следовательно, сделать ее синхронной. [49]

Система форсировки возбуждения синхронного двигателя бурового насоса предусматривается для повышения устойчивости его работы при посадках напряжения. Контроль за напряжением на статоре осуществляется при помощи реле РФ, которое при напряжении менее 85 % от номинального отпускает якорь и закрывает свой контакт в цепи катушки контактора форсировки КФ. Последний своим замыкающим контактом закорачивает часть реостата ШР, в результате чего возрастает ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя. [50]

Важным вопросом является возбуждение синхронных двигателей . При глубоком снижении напряжения в сети до 0 7 — 0 8 номинального ток возбуждения должен быть увеличен до значения, равного 1 4 — 1 8 номинального тока возбуждения. В соответствии с ГОСТ допустимая длительность перегрузки возбудителя составляет 50 сек при двойном токе и соответственно 150 и 70 сек при токах 1 4 и 1 8 номинального. [51]

Основная энергия для возбуждения синхронного двигателя СД снимается с вала самого двигателя, на котором расположена вращающаяся часть возбудителя ВС. Энергия для питания обмотки возбуждения возбудителя ВС передается через блоки трансформатора собственных нужд БСН, согласующего преобразователя СПН и силового преобразователя БСП. Управление возбуждением синхронного двигателя СД осуществляется автоматическим АРВ или ручным РРВ регуляторами возбуждения. Переход с автоматического а на ручное р управление и наоборот осуществляется переключателем режимов ПР. Импульсы для обеспечения заданного режима возбуждения АРВ получает от шин двигателя и обмотки возбуждения двигателя через бесконтактный датчик тока БДТ. Блок схемы оперативного управления ОС ( оперативная схема) получает сведения через блок защиты возбудителя БЗВ и автоматический регулятор АРВ о работе двигателя и возбудителя. В случае неисправности в работе возбуждения схема ОС подает соответствующий импульс в систему автоматического регулирования АРВ. Если система АРВ не срабатывает, оператор, получив на пульте сигнал о неисправности АРВ и показания системы измерения СИ, переходит на систему ручного регулирования возбуждения РРВ. При неисправностях, вызывающих тяжелые последствия ( например, повреждение двигателя), схема оперативного управления ОС подает импульс на отключение масляного выключателя В. Схема бесщеточного возбудительного устройства рассчитана на выполнение всех функций защиты и управления работой возбудительного устройства и синхронного двигателя, аналогично тому, как эти функции выполняются тиристорными возбудительными устройствами. [52]

Обрывы в цепях возбуждения синхронных двигателей происходят очень редко. Поэтому защита от обрыва цепи возбуждения предусматривается только для некоторых мощных двигателей. Более вероятно появление обрывов в цепях возбуждения двигателей постоянного тока. [53]

При изменении тока возбуждения синхронных двигателей , так же как и генераторов, изменяется лишь реактивный ток / d, а активная мощность остается неизменной. Изменение тока / якорной обмотки от тока возбуждения / в имеет также ( / — образный характер. Для синхронных двигателей можно строить ( / — образные характеристики, аналогичные представленным на рис. ХП. [54]

При изменении тока возбуждения синхронных двигателей , так же как и генераторов, изменяется лишь реактивный ток /, а активная мощность остается неизменной. Изменение тока / якорной обмотки от тока возбуждения / в имеет также ( / — образный характер. Для синхронных двигателей можно строить ( / — образные характеристики, аналогичные представленным на рис. ХП. [55]

Для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя следует рекомендовать индивидуальную систему возбуждения, которая по сравнению с групповой более экономична. Индивидуальная система возбуждения осуществляется от вращающихся или статических ( полупроводниковых) преобразователей. [56]

Короткое замыкание обмотки возбуждения синхронного двигателя приводит к периодическому изменению магнитной индукции по окружности воздушного зазора. Возникающие при этом силы приводят к равнодействующей, вращающейся вместе с ротором и вызывающей периодические колебания ротора или статора с частотой вращения в радиальном направлении. [57]

Для контроля параметров возбуждения синхронных двигателей предусматривают установку амперметра и вольтметра в цепях возбуждения двигателя, а также фазометра для измерения коэффициента мощности. [58]

Для питания обмотки возбуждения синхронных двигателей типа СТД применяют тиристорные возбудители серии ВТЕ-320-6 с естественным воздушным охлаждением вентилей, номинальным постоянным током 320 А, номинальным постоянным напряжением 115 или 230 В. Возбудители подключают к сети через трансформатор. [60]

Что такое синхронный двигатель и где он используется

Синхронные электродвигатели (СД) не так распространены, как асинхронные с короткозамкнутым ротором. Но используются там, где нужен большой крутящий момент и в процессе работы будут происходить частые перегрузки. Также такой тип двигателей используются там, где нужна большая мощность, чтобы приводить в движение механизмы, благодаря высокому коэффициенту мощности и возможности улучшать коэффициент мощности сети, что существенно снизит затраты на электроэнергию и нагрузку на линии. Что такое синхронный двигатель, где он используется и какие у него плюсы минусы мы рассмотрим в этой статье.

  • Определение и принцип действия
  • Конструкция ротора
  • Пуск синхронного двигателя
  • Виды
  • Сфера применения
  • Преимущества и недостатки

Определение и принцип действия

Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.

Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.

Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).

Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:

f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.

Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.

Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.

Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.

Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.

Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.

Читать еще:  Большие обороты при пуске холодного двигателя

Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).

Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).

Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.

Конструкция ротора

Как и любой другой, синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:

  • Статор. В нём расположены обмотки. Его еще называют якорем.
  • Ротор. На нём устанавливают постоянные магниты или обмотку возбуждения. Его также называют индуктором, из-за его предназначения — создавать магнитное поле).

Для подачи тока в обмотку возбуждения на роторе устанавливают 2 кольца (так как возбуждение постоянным током, на одно из них подают «+», а на другое «—»). Щетки закреплены на щеткодержателе.

Роторы у синхронных электродвигателей переменного тока бывают двух типов, в зависимости от назначения:

  1. Явнополюсные. Четко видны полюса (катушки). Используют при малых скоростях и большом числе полюсов.
  2. Неявнополюсные – выглядит как круглая болванка, в прорези на которой уложены провода обмоток. Используют при больших скоростях вращения (3000, 1500 об/мин) и малом числе полюсов.

Пуск синхронного двигателя

Особенностью этого вида электрических машин является то, что его нельзя просто подключить к сети и ожидать его запуска. Кроме того, что для работы СД нужен не только источник тока возбуждения, у него и достаточно сложная схема пуска.

Запуск происходит как у асинхронного двигателя, а для создания пускового момента кроме обмотки возбуждения на роторе размещают и дополнительную короткозамкнутую обмотку «беличью клетку». Её еще называют «демпфирующей» обмоткой, потому что она повышает устойчивость при резких перегрузках.

Ток возбуждения в обмотке ротора при пуске отсутствует, а когда он разгоняется до подсинхронной скорости (на 3-5% меньше синхронной), подаётся ток возбуждения, после чего он и ток статора совершает колебания, двигатель входит в синхронизм и выходит на рабочий режим.

Для ограничения пусковых токов мощных машин иногда уменьшают напряжение на зажимах обмоток статора, подключив последовательно автотрансформатор или резисторы.

Пока синхронная машина запускается в асинхронном режиме к обмотке возбуждения подключаются резисторы, сопротивление которых превышает сопротивление самой обмотки в 5 — 10 раз. Это нужно чтобы пульсирующий магнитный поток, возникающий под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, не замедлял разгон, а также чтобы не повредить обмотки из-за индуцируемыми в ней ЭДС.

Видов таких машин очень много, выше была описана конструкция синхронного электродвигателя переменного тока с обмотками возбуждения, как самого распространенного на производстве. Есть и другие типы, такие как:

  • Синхронные двигатели с постоянными магнитами. Это различные электродвигатели, такие как PMSM – permanent magnet synchronous motor, BLDC – Brushless Direct Current и прочие. Отличия, между которыми, состоят в способе управления и форме тока (синусоидальная или трапецивиденая). Их еще называют бесколлекторными или бесщеточными двигателями. Используются в станках, радиоуправляемых моделях, электроинструменте и т.д. Они работают не напрямую от постоянного тока, а через специальный преобразователь.
  • Шаговые двигатели — синхронные бесщеточные двигатели, у которых ротор точно удерживает заданное положение, их используют для позиционирование рабочего инструмента в ЧПУ станках и для управления различными элементами автоматических систем (например, положение дроссельной заслонки в автомобиле). Состоят из статора, в этом случае на нём расположены обмотки возбуждения, и ротора, который выполнен из магнито-мягкого или магнито-твёрдого материала. Конструктивно очень похожи на предыдущие типы.
  • Реактивные.
  • Гистерезисные.
  • Реактивно-гистерезисные.

Последние три типа СД также не имеют щеток, они работают за счет особой конструкции ротора. У реактивных СД различают три их конструкции: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор. Объяснение принципа их работы достаточно сложно, и займет большой объём, поэтому мы опустим его. Такие электродвигатели на практике вы, скорее всего, встретите нечасто. В основном это маломощные машины, используемые в автоматике.

Сфера применения

Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.

При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время. Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий.

Преимущества и недостатки

Если говорить простыми словами, то у любой электрической машины есть свои плюсы и минусы. У синхронного двигателя положительными сторонами является:

  1. Работа с cosФи=1, благодаря возбуждению постоянным током, соответственно они не потребляют реактивной мощности из сети.
  2. При работе, с перевозбуждением отдают реактивную мощность в сеть, улучшая коэффициент мощности сети, падение напряжения и потери в ней и повышается КМ генераторов электростанциях.
  3. Максимальный момент, развиваемый на валу СД, пропорционален U, а у АД — U² (квадратичная зависимость от напряжения). Это значит, что у СД хорошая нагрузочная способность и устойчивость работы, которые сохраняются при просадке напряжения в сети.
  4. В следствие всего этого скорость вращения стабильна при перегрузках и просадках, в пределах перегрузочной способности, особенно при повышении тока возбуждения.

Однако существенным недостатком синхронного двигателя является то, что его конструкция сложнее, чем у асинхронных с КЗ-ротором, нужен возбудитель, без которого он не сможет работать. Всё это приводит к большей стоимости по сравнению с асинхронными машинами и сложностями в обслуживании и эксплуатации.

Пожалуй, на этом достоинства и недостатки синхронных электродвигателей заканчиваются. В этой статье мы постарались кратко изложить общие сведения о синхронных электродвигателях. Если у вас есть чем дополнить материал – пишите в комментариях.

Тиристорные возбудители серии ВТЕ-320

Тиристорные возбудители серии ВТЕ-320

Тиристорный возбудитель ВТЕ- 320 предназначен для питания обмотки возбуждения, управления и автоматического регулирования тока возбуждения синхронных электродвигателей при прямом (реакторном) пуске от сети или в составе частотно-регулируемых электроприводов.
Оборудование разработано для работы и защиты крупных синхронных электродвигателей типа СТД, СДГ и СДГМ и других двигателей с щеточным механизмом, мощностью до 12500кВт в синхронном, переходных и аварийных режимах.
Производится ЗАО «Электромаш» по техническим условиям ТУ 3416-048-55978767-16

Тиристорный возбудитель ВТЕ-320 обеспечивает:

  • Подачу возбуждения при остановленном электродвигателе в режиме опробования
  • Прямой пуск с подачей возбуждения, как в функции тока статора, так и в функции скольжения
  • Реакторный пуск с подачей возбуждения после включения шунтирующего выключателя
  • Пуск с высоковольтным устройством плавного пуска (асинхронный пуск)
  • Пуск с высоковольтным преобразователем частоты (синхронный пуск).


Конструкция Тиристорного возбудителя

Тиристорный возбудитель ВТЕ 320 состоит из двух конструктивных единиц: шкафа возбудителя и силового согласующего трансформатора, защищенного исполнения.
Шкаф возбудителя представляет собой металлический шкаф двухстороннего обслуживания, в составе которого входят: основной и форсировочный (для 11ЦЭ) тиристорные преобразователи, пусковое сопротивление с тиристорным ключом, микропроцессорный блок БУВ-5 и элементы управления и контроля. Установленные приборы измерения контролируют основные параметры системы управления, тока и напряжения возбуждения, тока статора двигателя и значение коэффициента реактивной мощности «cos φ».
Тиристорный возбудитель ВТЕ обладает естественной воздушной системой охлаждения, для чего в дверях, боковых панелей и крыше шкафа предусмотрены вентиляционные отверстия, что обеспечивает дополнительную гарантию безопасности.

Читать еще:  Bmw f20 температура двигателя

Система управления и контроля

Структурным элементом управления возбудителя является БУВ-5 – это специализированное микропроцессорное устройство предназначенное для управления тиристорными возбудителями синхронных электродвигателей с щёточной системой возбуждения. БУВ-5 управляет процессом подачи и стабилизации тока возбуждения, обеспечивает защиту обмотки возбуждения, тиристорного преобразователя и синхронного электродвигателя. Работа блока определяется алгоритмом программы и основывается на обработке данных поступающих от аналоговых и дискретных входов.
Возбудитель может управляться в двух режимах: местном и дистанционном. Местное управление осуществляется с передней панели возбудителя. Дистанционное управление осуществляется с персонального компьютера по протоколу RS-485/Modbus.
Система защиты, сигнализации и диагностики обеспечивает возможность определения режима работы возбудителя через светодиодную индикацию параметров. Одновременно доступны для индикации 17 параметров (для типа 11Ц и 11ЦЭ) 24 параметра (для типа 11ЦЭР). Все параметры возбудителя доступны для просмотра на ПК

КАК ЭТО РАБОТАЕТ
Через согласующий трансформатор тиристорного возбудителя синхронного электродвигателя подается трехфазное переменное напряжение. Выпрямление трехфазного переменного тока промышленной частоты в постоянный ток, обеспечивается при помощи тиристоров, включенных на вторичной стороне преобразовательного трансформатора. На обмотку статора подключается источник трехфазного переменного тока. В обмотку возбуждения ротора подается от регулятора возбуждения постоянный ток. Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля, созданного трехфазной обмоткой статора, и поля, созданного обмоткой возбуждения, возникает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение.

Питание возбудителя
Силовой согласующий трансформатор серии ТСЗВ выполняет преобразование электроэнергии в обычном и форсировочном режиме для питания обмотки возбуждения синхронного электродвигателя. Трансформаторы поставляются в защитных кожухах со степенью защиты в стандартном исполнении IР20. Схема и группа соединения У/У-0. Класс нагревостойкости изоляции для умеренного климата «F».

Для возбудителей типа 11ЦЭ и 11ЦЭР применяются трансформаторы ТСЗП-ВЭ с отпайками на вторичных обмотках, обеспечивающих по отдельности работу форсировочной и основной группы тиристоров.

Возможно использование трансформаторов других типов с аналогичными параметрами.
Питание управляющих оперативных цепей возбудителя типа 11ЦЭР осуществляется от двух источников питания

220 и =220В. В случае пропадания внешнего питания, работа системы управления возбудителя продолжается от бесперебойного источника питания.

Тиристорный возбудитель типа 11ЦЭР отличается от 11ЦЭ:
Системой резервирования, средствами отображения данных, и возможностью подключения к АСУ ТП.
Основной и резервный блоки управления БУВ-5.
Источник бесперебойного питания для питания системы управления
Сенсорный дисплей для отображения режимов работы возбудителя и редактирования установок параметров.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ
В возбудителе предусмотрены автоматический, ручной и аварийный режимы управления током возбуждения. При необходимости, в процессе работы допускается переключение с ручного на автоматический режим и обратно, при этом изменение режима работы происходит без бросков тока.

Ручной режим управления.
При работе в режиме ручного управления ток возбуждения поддерживается на уровне постоянного значения, при этом обеспечивается:

Прямой пуск синхронного электродвигателя с автоматической подачей возбуждения, как в функции тока статора, так и в функции скольжения Реакторный пуск с автоматической подачей возбуждения с функции тока статора
Стабилизация заданного тока возбуждения при значительных ударных нагрузках электродвигателя Стабилизация заданного тока возбуждения с точностью не ниже 5% при колебании напряжения питающей сети в пределах 70-110% от номинального и изменения температуры обмотки возбуждения
Ограничение напряжения возбуждения по минимуму (в пределах 0. 0,5 номинального значения) Ограничение тока возбуждения по максимуму (в пределах 0,80. 1,75 номинального значения)
Форсированное гашение поля ротора при отключении двигателя, перерывах питания электродвигателя и наличии дополнительного сигнала на гашение поля Форсировка по напряжению 1,75 номинального значения при номинальном напряжении сети, питающей возбудитель
Плавная регулировка тока возбуждения от 0,3 до 1,4 А номинального, с возможностью подстройки пределов регулирования Защита ротора от длительной перегрузки по току

Автоматический режим управления.
При работе в режиме автоматического управления вводится в работу автоматический регулятор возбуждения — АРВ. Значения тока возбуждения и регулятора возбуждения корректируется через кнопки управления на панели шкафа, а также дистанционно. Дополнительно в автоматическом управлении обеспечивается регулирование:

Что такое синхронный двигатель и как он работает?

В качестве устройства преобразования электрической энергии в механическую в промышленности и быту используется синхронный электродвигатель. В сравнении с другими типами электрических машин он получил меньшее распространение, но в отведенных сферах является незаменимым фаворитом. В чем особенность синхронных агрегатов и как их применяют на практике, мы рассмотрим в данной статье.

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).

Рис. 1. Устройство синхронного электродвигателя

  • Статор или якорь – выполняется из электротехнической стали монолитным или наборным из шихтованного железа. Предназначен для размещения рабочей обмотки, проводит силовые линии электромагнитного поля, формируемого протекающими токами.
  • Обмотка на статоре – изготавливается из медных проводников, в зависимости от типа статора синхронного электродвигателя может выполняться различными методами, способами намотки и расположения проводников. Применяется для подачи напряжения питания и формирования рабочего магнитного потока.
  • Ротор с обмоткой возбуждения – предназначен для взаимодействия с магнитным полем статора. В результате подачи напряжения на обмотку возбуждения в роторе электродвигателя создается собственное магнитное поле, задающее состояние вращающегося элемента.
  • Вал – используется для передачи вращательного усилия от электродвигателя к подключаемой к нему нагрузке. В большинстве случаев это основание, на котором крепиться шихтовка или полюса ротора, подшипники, кольца, пластины и другие вспомогательные элементы.
  • Контактные кольца – применяются для подачи питания на обмотки ротора, но устанавливаются не во всех моделях синхронных агрегатов. Питание производиться через специальный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
  • Корпус – предназначен для защиты от воздействия внешних факторов, обеспечивает синхронному двигателю достаточную прочность и герметичность, в зависимости от условий его эксплуатации.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

  • в точке 1 максимальная ЭДС EA формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз EB и EC равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
  • в точке 2 пика достигает ЭДС EB, а электродвижущие силы фаз EA и EC становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
  • в точке 3 максимум приходиться на ЭДС EC, а электродвижущие силы фаз EB и EA вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

Читать еще:  Главная проблема работы двигателя

Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

  • плохо переносят перегрузки;
  • имеют сложности пуска со значительным усилием;
  • меняют скорость вращения, в зависимости от нагруженности рабочего органа.

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.

Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

  • питающему напряжению;
  • частоте рабочего напряжения;
  • количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

  • С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
  • С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).

Рис. 6. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами

С реактивным ротором — конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

  • явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
  • неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту, p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

  • высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
  • более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
  • зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
  • на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
  • может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

  • сложную конструкцию;
  • более сложный пуск;
  • необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
  • такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
  • ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.

Видео версия

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector