Аварийные режимы работы синхронного двигателя

Способы пуска и схемы подключения синхронного двигателя

Синхронные электрические машины обладают рядом преимуществ в сравнении с другими типами агрегатов. Но в то же время, включать их напрямую в сеть под нагрузку нельзя. Поэтому в данной статье мы рассмотрим способы пуска и схемы подключения синхронного двигателя.

Способы пуска

За счет значительной инерции ротора он не способен сдвинуться под нагрузкой полем статора. В случае подачи рабочего напряжения не удастся получить устойчивую магнитную связь и вращение не начнется. Для решения этой задачи применяются способы запуска ротора до определенной скорости вращения. Как правило, это то число оборотов, которое приближается к значению в режиме синхронной работы.

Среди наиболее распространенных способов приведения синхронного двигателя в движение можно выделить:

  • Асинхронный пуск – этот способ обеспечивается путем введения в конструкцию ротора стальных элементов в форме беличьей клетки. При подаче напряжения в клетке наводится ЭДС и возникает магнитное взаимодействие. Основным недостатком данного способа являются большие пусковые токи, в разы превышающие номинальный режим синхронного двигателя. Поэтому в схеме запуска используются реакторы или автотрансформаторы для снижения негативного воздействия.
  • Частотный пуск – обеспечивается посредством частотных преобразователей. Которые снижают частоту питающего напряжения на рабочих обмотках. Это позволяет замедлить скорость вращения магнитного поля синхронного двигателя. Благодаря чему начинается вращение ротора.
  • Двигательный пуск – для начала движения вал синхронного агрегата подсоединяется к разгонному двигателю. На этапе старта вращение обеспечивается от приводной электрической машины. Как только основной двигатель выйдет на подсинхронную скорость, разгонный агрегат выводится из работы.

Для каждого из способов используются соответствующие схемы и оборудование, позволяющие оптимизировать режим работы. Поэтому далее рассмотрим несколько характерных примеров для каждого способа запуска.

Асинхронный пуск

В этом способе используются синхронные двигатели специального типа, но скорость нарастания тока и его величину в рабочих обмотках принудительно снижают. Для этого устанавливаются реакторы или автотрансформаторы.

Как видите на схеме, в цепь питания каждой фазной обмотки синхронного двигателя устанавливается реактор. При включении контактора К2 напряжение подается на обмотки ток в реакторе не может вырасти скачкообразно. Поэтому пуск электродвигателя получается более плавным, чем в случае прямого включения. При разгоне электрической машины до подсинхронной скорости шунтирующий выключатель К1 выводит индуктивный элемент из цепи и агрегат работает в штатном режиме.

В данной схеме происходит автоматическое снижение напряжения на рабочих обмотках синхронного двигателя за счет автотрансформатора. Регулятор Р3 плавно повышает разность потенциалов до установившейся величины, ток при этом пропорционально нарастает. После достижения номинального момента, выключатель К1 зашунтирует автотрансформатор. Этот способ позволяет снижать пусковые токи со значительно большим усилием, чем в случае применения реакторов.

Частотный пуск

Основой современного частотного пуска являются схемы на полупроводниковых элементах, как правило, тиристорных преобразователях. Такие устройства снижают частоту изменения кривой напряжения, но практически не нарушают действующее значение.

Такой способ запуска сокращает время на разгон синхронного двигателя и снижает значение токовой нагрузки в момент пуска. Однако, современная схема частотного пуска имеет куда более сложную реализацию:

Двигательный пуск

Способ двигательного запуска предусматривает одновременную установку на один вал и синхронного, и разгонного двигателя. Старт вращения обеспечивает асинхронный разгонный электродвигатель, который легко набирает обороты под нагрузкой. Синхронный агрегат включается в работу при достижении подсинхронной скорости вращения.

Однако существенным недостатком такого способа является длительный промежуток времени от старта до момента вхождения электрической машины в синхронизм.

Еще больше деталей смотрите в нашем видео ниже:

Источник

Аварийные режимы работы электродвигателей

Защита асинхронных электродвигателей

Читайте также:  Тюнинг 2141 с двигателем рено

Асинхронные двигатели трехфазного переменного тока напряжением до 500 в при мощностях от 0,05 до 350 — 400 кВт являются наиболее распространенным видом электродвигателей.

Надежная и бесперебойная работа электродвигателей обеспечивается в первую очередь надлежащим выбором их по номинальной мощности, режиму работы и форме исполнения. Не меньшее значение имеет также соблюдение необходимых требований и правил при составлении электрической схемы, выборе пускорегулирующей аппаратуры, проводов и кабелей, монтаже и эксплуатации электропривода.

Аварийные режимы работы электродвигателей

Даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов при их работе всегда остается вероятность появления режимов, аварийных или ненормальных для двигателя и другого электрооборудования.

К аварийным режимам относятся:

1) многофазные (трех- и двухфазные) и однофазные короткие замыкания в обмотках электродвигателя; многофазные короткие замыкания в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (в проводах и кабелях, на контактах коммутационных аппаратов, в ящиках сопротивлений); короткие замыкания фазы на корпус или нулевой провод внутри двигателя или во внешней цепи — в сетях с заземленной нейтралью; короткие замыкания в цепи управления; короткие замыкания между витками обмотки двигателя (витковые замыкания).

Короткие замыкания являются наиболее опасными аварийными режимами в электроустановках. В большинстве случаев они возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции. Токи короткого замыкания иногда достигают величин, в десятки и сотни раз превосходящих значения токов нормального режима, а их тепловое воздействие и динамические усилия, которым подвергаются токоведущие части, могут привести к повреждению всей электроустановки;

2) тепловые перегрузки электродвигателя из-за прохождения по его обмоткам повышенных токов: при перегрузках рабочего механизма по технологическим причинам, особо тяжелых условиях пуска двигателя под нагрузкой или его застопоривании, длительном понижении напряжения сети, выпадении одной из фаз внешней силовой цепи или обрыве провода в обмотке двигателя, механических повреждениях в двигателе или рабочем механизме, а также тепловые перегрузки при ухудшении условий охлаждения двигателя.

Тепловые перегрузки вызывают в первую очередь ускоренное старение и разрушение изоляции двигателя, что приводит к коротким замыканиям, т. е. к серьезной аварии и преждевременному выходу двигателя из строя.

Дата добавления: 2016-06-02 ; просмотров: 4083 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Особенности, устройство и принцип работы синхронного двигателя простым языком

Электродвигатели прочно закрепились в качестве важнейших составляющих большинства приборов, ежедневно используемых человеком. Одним из видов электрических машин для вращения рабочего органа является синхронный электродвигатель. Особенности устройства и принцип работы синхронного двигателя, мы рассмотрим далее.

Устройство

Конструктивно любой синхронный агрегат представляет собой статор и ротор, объединенные в одном корпусе. Статорная обмотка наматывается в пазы неподвижного магнитопровода, собранного из ферромагнитного материала. Конструкция ротора может включать в себя обмотку, смонтированную на железном каркасе, или постоянный магнит, установленный на валу. Задача и одного, и второго – создать магнитный поток, взаимодействующий с электромагнитным полем статора.

Принцип работы

На основании п.53 ГОСТ 27471-87 понятие синхронного двигателя подразумевает бесконтактную машину, работающую на переменном токе. У которой в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора к частоте тока в обмотках якоря не зависит от величины нагрузки при номинальной работе.

С практической стороны это выглядит следующим образом:

  • на обмотки статора, также называемого якорем, подается трехфазное напряжение;
  • по мере нарастания амплитуды синусоиды в одной фазе, будет пропорционально увеличиваться ток и электромагнитное поле, создаваемое вокруг обмотки;
  • в виду того, что синусоида нарастает во всех трех фазах двигателя поочередно, пик максимального электромагнитного поля будет смещаться от одной обмотки к другой по часовой стрелке;
  • магнитное поле ротора (индуктора) поочередно притягивается собственными полюсами к противоположному по знаку вектору поля статора.
Читайте также:  При торможении двигателем расход масла

В результате такого взаимодействия возникает поступательное вращение вала синхронного двигателя вокруг своей оси. Так как в индукторе постоянно присутствуют сформированные независимым источником силовые линии, частота его вращения полностью соответствует частоте напряжения, подаваемого в обмотки якоря. Возникает синхронизм в двигателе.

Типы синхронных двигателей

В целом синхронные двигатели подразделяются на несколько категорий, в зависимости от их конструктивных особенностей.

Так, для получения потока возбуждения используют:

  • обмотку на роторе – для обеспечения электромагнитного взаимодействия на обмотку подается питание от стороннего источника;
  • магнитный ротор – вспомогательное магнитное поле ротора создается постоянными магнитами, установленными на нем;
  • реактивный ротор – форма магнитопровода индуктора выполнена таким образом, что силовые линии якоря преломляются до получения синхронного вращения.

В зависимости от конструкции ротора, выделяют явнополюсный и неявнополюсный синхронный двигатель.

По режиму работы могут использоваться в качестве электродвигателя, генератора или синхронного компенсатора.

Режимы работы

На практике, каждая электрическая машина может применяться в различных режимах работы:

  • Режим двигателя – агрегат функционирует по принципу преобразования электрической энергии в механическую. Напряжение подается на выводы якоря и преобразуется во вращательное усилие на роторе.
  • Генераторный режим – в этом случае вал двигателя вращается за счет турбины или другого объекта, а с выводов якоря снимается сгенерированное напряжение.
  • Синхронный компенсатор – электродвигатель включается в распределительную сеть на холостом ходу. При этом повышается коэффициент мощности системы за счет потребления реактивной мощности.

P.S. Больше других деталей о синхронном двигателе , а также о том чем он отличается от асинхронного двигателя смотрите в видео:

Источник

Аварийные режимы работы синхронного двигателя

Асинхронный режим синхронных двигателей

Имеются два вида асинхронного режима синхронных двигателей. Первый — без возбуждения, при замкнутой накоротко или на гасительное сопротивление обмоткой возбуждения. Этот режим имеет место при асинхронном пуске на интервале времени [0,] (рис.2.9) и отличается от режима обычного асинхронного двигателя тем, что в обмотке возбуждения, которая является однофазной, протекает переменный ток (рис.2.9). Частота и величина этого тока при пуске уменьшаются с уменьшением скольжения. Возникающий при этом дополнительный момент на валу не велик и мало влияет на пусковую механическую характеристику, за счет которой осуществляется асинхронный пуск.

В момент времени (рис.2.9) включается ток возбуждения, быстро нарастает и какое-то короткое время от до момента втягивания в синхронизм имеет место асинхронный режим возбужденного двигателя (второй вид). Такой режим возникает также при выпадении двигателя, допускающего несинхронное АПВ, из синхронизма, вызванного провалом напряжения (рис.2.12 ).

При асинхронном ходе возбужденного синхронного двигателя со скольжением вращающимся полем ротора в обмотке статора наводится э.д.с. , частота которой . Так как обмотка статора замкнута на питающую сеть, эквивалентное сопротивление которой , то двигатель генерирует в сеть ток:

В результате этого на ротор действует тормозящий момент, который затрудняет вхождение двигателя в синхронизм.

При взаимодействии возбужденного ротора, вращающегося со скоростью (вектор на рис.2.12 ), и вращающегося со скоростью поля статора (вектор ) возникает значительный пульсирующий момент , который имеет частоту и который вызывает колебания ротора (рис.2.13).

Рис. 2.13. Асинхронный и пульсирующий моменты при

асинхронном ходе возбужденного синхронного двигателя.

В точке , и , оси внешнего магнита и ротора на рис.2.1 совпадают. Совпадают также вектора и на рис.2.12 . Так как ротор (вектор ) вращается медленнее поля статора со скольжением s , то начиная с момент, обусловленный упругой силой притяжения разноименных полюсов, ускоряет ротор. При этом несколько уменьшается скольжение и соответственно . В точке пульсирующий момент меняет знак и начинает тормозить ротор, скорость движения которого начинает уменьшатся, скольжение и увеличиваются, достигая максимума в точке . Если среднее значение асинхронного момента равно моменту сопротивления механизма, то имеет место установившийся асинхронный ход, сопровождающийся качаниями ротора под действием . Указанные качания ротора вызывают пульсации с частотой тока и мощности, потребляемых из сети, которые могут вызвать колебания напряжения.

Читайте также:  Тех характеристики двигателя от стиральной машины

У большинства синхронных двигателей пусковая обмотка двигателя не рассчитана по нагреву на длительную работу, поэтому они обязательно оснащаются защитой от асинхронного хода с выдержкой времени, превышающей время пуска двигателя (7. 10 сек.).

Защита синхронных двигателей напряжением выше 1000 В

Высоковольтные (6 или 10 кВ) синхронные и асинхронные двигатели оснащаются защитами от следующих аварийных и ненормальных режимов [7]:

от многофазных коротких замыканий на линейных выводах двигателя и в обмотке статора;

от однофазных замыканий на землю (сети 10(6) кВ имеют изолированную нейтраль) на линейных выводах и в обмотке статора;

от потери электропитания и понижения напряжения;

от асинхронного хода (только синхронные).

Защита от междуфазных коротких замыканий для двигателей мощностью до 4000 кВт выполняется в виде двухрелейной токовой отсечки без выдержки времени с реле, включенными на фазные токи. Если токовая отсечка не проходит по коэффициенту чувствительности а также для двигателей мощностью 4000 кВт и более применяется продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени.

Для двигателей с реакторным пуском в зону указанных защит включается и пусковой реактор.

Защита от однофазных замыканий на землю в обмотках статора при токе однофазного замыкания 5 А и более должна действовать на отключение двигателя. Эта защита выполняется в виде токовой защиты нулевой последовательности с реле типа РТЗ-51 или ЗЗП-1 (направленная токовая защита нулевой последовательности). Указанные реле подключаются к трансформаторам тока нулевой последовательности. Рекомендуется предусматривать данную защиту и для меньших значений тока однофазного замыкания на землю, если обеспечивается ее действие при реальных значениях тока однофазного замыкания на выводах двигателя.

При токе однофазного замыкания на землю меньше 5 А допускается не устанавливать для двигателей отдельную защиту от однофазных замыканий на землю в обмотке статора. При этом для выявления такого замыкания должны использоваться устройства защиты и сигнализации, предусмотренные в распределительном пункте, от которого запитаны двигатели.

Специальная защита от двойных замыканий на землю (одно в обмотках статора, а другое в сети) с действием на отключение двигателя устанавливается, если отсутствует защита от однофазных замыканий на землю.

Защита от перегрузки устанавливается в случаях, когда возможна перегрузка двигателя по технологическим причинам или когда имеются тяжелые по нагреву двигателя условия пуска или самозапуска. Если имеется постоянный персонал, обслуживающий механизм, то данная защита действует на сигнал. Если отсутствует возможность своевременной разгрузки механизма или не предусмотрен постоянный обслуживающий персонал, то данная защита должна действовать на отключение двигателя.

Защита от потери питания и понижения напряжения предусматривается для всех двигателей, для которых не предусмотрен самозапуск. Эта защита выполняется групповой, т.е. общей для всех двигателей, присоединенных к одной секции сборных шин распредустройства.

Защита синхронных двигателей от асинхронного хода с выдержкой времени устанавливается на всех синхронных двигателях и действует либо на отключение двигателя либо на включение устройств, обеспечивающих ресинхронизацию (самозапуск) двигателя.

Содержание

Читать: Аннотация
Читать: Введение
Читать: 1. асинхронные электродвигатели
Читать: 1.1. эквивалентная схема и векторные диаграммы асинхронного двигателя
Читать: 1.2. вращающий момент и механическая характеристика ад
Читать: 1.3. потери в асинхронных двигателях
Читать: Синхронные электродвигатели
Читать: Принцип работы и векторные диаграммы
Читать: Активная мощность синхронного двигателя
Читать: 2.4. потери в синхронных двигателях
Читать: 2.5. рабочие характеристики синхронного двигателя
Читать: 2.6. пуск синхронных двигателей
Читать: Самозапуск синхронных двигателей
Читать: Асинхронный режим синхронных двигателей
Читать: Литература

Источник

Adblock
detector