Какие существуют способы пуска синхронного двигателя

Какие существуют способы пуска синхронного двигателя

2.6. пуск синхронных двигателей

Важнейшей особенностью синхронных двигателей, усложняющей вопросы их пуска и самозапуска, является то, что при относительно небольшой разнице (более 5\%) скоростей вращения поля статора (внешнего магнита на рис.2.1) и ротора, упругой силы притяжения (жесткости воображаемой пружины) не хватает, чтобы ускорить ротор до синхронной скорости. При этом, указанная упругая сила с частотой, определяемой разностью скоростей вращения поля статора и ротора, то «зацепляется», то «рвется», вызывая вибрацию ротора. Поэтому разгон ротора за счет синхронного момента возможен лишь при скольжении ротора . Отсюда ясно, что возможны два принципиально различных способа пуска синхронных двигателей.

Первый — частотный, когда сначала включается ток возбуждения, на статор подается от преобразователя частоты пониженное напряжение низкой частоты (зацепляется воображаемая пружина), а затем частота и величина напряжения на статоре плавно увеличиваются до номинальной, плавно разгоняя ротор до номинальной скорости. Этот вид пуска для синхронных двигателей общепромышленного назначения используется крайне редко из-за значительной стоимости преобразователя частоты.

Второй — асинхронный. Для его реализации явнополюсные двигатели оснащаются пусковой короткозамкнутой обмоткой, аналогичной обмотке ротора асинхронных двигателей. В неявнополюсных двигателях роль пусковой обмотки играет сплошное тело стального ротора. Этот способ пуска является самым массовым. Он состоит из двух этапов (рис.2.9). Сначала () обмотка возбуждения закорачивается наглухо или на гасительный резистор во избежание ее повреждения, далее на статор подается напряжение сети и ротор раскручивается асинхронным моментом на интервале времени [0,t1] аналогично рис.1.18.

Рис.2.9. Асинхронный пуск синхронного двигателя

При достижении ротором подсинхронной скорости в момент времени t1 включается возбуждение (зацепляется воображаемая пружина на рис.2.1) и ротор окончательно ускоряется за счет синхронного момента до номинальной скорости . При этом за счет упругости воображаемой пружины и инерционности ротора возможны его колебания, которые быстро затухают.

— переменный ток в закороченной наглухо или на гасительный резистор обмотке возбуждения. Частота его и величина по мере разгона ротора уменьшаются;

— постоянный ток, поступающий в обмотку возбуждения от возбудителя;

— пусковой ток статора достигающий при величины .

Для явнополюсных двигателей при пуске без нагрузки на валу возможно иногда втягивание в синхронизм до включения возбуждения за счет реактивного синхронного момента (второе слагаемое в выражении (2.4) или кривая 2 на рис.2.4 ).

Необходимо отметить, что многие синхронные двигатели могут запустится только без нагрузки или с малой нагрузкой со стороны технологического агрегата. Только при этом условии для таких двигателей возможно достижение подсинхронной скорости, то есть кривая в момент времени t1 пройдет выше точки А на рис.2.9.

Большинство современных синхронных двигателей допускают прямой пуск — включение на полное напряжение сети. Исключение составляют некоторые типы турбодвигателей, для которых по условию нагрева поверхности ротора не допускается прямой пуск. Для таких двигателей используют асинхронный реакторный пуск, когда в начале первой стадии пуска в цепь питания двигателя подключают реактор, снижающий напряжение на зажимах двигателя до допустимой величины.

Большой пусковой ток при асинхронном пуске вызывает увеличение потерь напряжения в сети — провал напряжения, который оказывает мешающее воздействие на работу других электроприемников. В ПУЭ нормируется допустимая величина таких провалов:

при редких пусках (1 раз в смену или реже) ;

при частых пусках (более 1 раза в смену) .

Если при прямом пуске не выполняются эти требования, то для ограничения провалов напряжения применяют реакторный пуск.

На рис.2.10 приведены расчетная и эквивалентная схемы для расчета допустимости прямого асинхронного пуска синхронного двигателя.

Пусковой ток (максимальное значение): ,

где — эквивалентное сопротивление системы;

— расчетное сопротивление двигателя при пуске;

— сверхпереходные индуктивные сопротивления синхронного двигателя по продольной и поперечной осям соответственно, которые указываются в паспортных данных.

Рис.2.10. Расчетная и эквивалентная схемы прямого пуска синхронных двигателей

Читайте также:  Сколько клапонов в двигателе

Напряжение на шинах при максимуме тока :

Если принять , то из полученного соотношения следует, что:

для редких пусков ;

При невыполнении полученных условий прямой пуск не допустим и требуется ограничить величину с помощью пускового реактора (рис.2.11).

Реакторный пуск производится следующим образом. Сначала включается выключатель QF1, пусковой ток двигателя протекает через реактор, который ограничивает его до нужной величины, что особенно важно в начале интервала [0,t1] (рис.2.9). В конце этого интервала, когда уменьшается в несколько раз относительно своего максимального значения, включается выключатель QF2, отключается QF1, реактор выводится из работы и ротор разгоняется до подсинхронной скорости. Если момент сопротивления при пуске незначителен, ротор двигателя может достигнуть подсинхронной скорости и втянуться в синхронизм до вывода реактора из работы.

Необходимое сопротивление реактора можно определить следующим образом:

Откуда: для редких пусков , ;

для частых пусков , .

Рис.2.11. Расчетная и эквивалентная схемы реакторного пуска

Если двигатель пускается с нагрузкой на валу, например, с моментом сопротивления при равном , то необходима проверка на достаточность пускового момента двигателя , который снижается за счет реактора. Так как асинхронный момент пропорционален квадрату напряжения (1.7), то эта проверка состоит в следующем:

где 1,3 — коэффициент запаса, учитывающий нестабильность и возможное отклонение напряжения в сети от номинального.

При невыполнении этого условия, что встречается довольно редко в условиях слабой сети (больших ) и мощного двигателя (малое ), то необходимо либо усилить сеть, либо использовать автотрансформаторный пуск.

Пуск двигателей с неявновыраженными полюсами (турбодвигателей) имеет следующие специфические особенности, обусловленные тем, что роль пусковой обмотки играет тело сплошного цилиндрического ротора.

В начале пуска частота токов, индуктируемых в теле ротора, равна частоте напряжения в сети. За счет поверхностного эффекта эти токи протекают в поверхностном слое небольшой глубины. Активное сопротивление ротора (рис.1.1) максимально, индуктивное минимально и асинхронный момент максимален (1.8). Потери в теле ротора при этом большие и быстро нагревают поверхность ротора. Тепло с поверхности ротора посредством теплопередачи отводится в глубину ротора и температура нагрева поверхности ротора определяется интенсивностью этого теплоотвода. Если этот теплоотвод идет медленно, что характерно для двигателей, имеющих ротор относительно небольшого диаметра и небольшую массу, то поверхность ротора может нагреться выше допустимой температуры и прямой пуск не допустим. Для турбодвигателей, имеющих ротор относительно более массивный, указанный теплоотвод идет более интенсивно, температура поверхности ротора не высока и прямой пуск допустим.

Выбор пускового реактора для неявнополюсных синхронных двигателей, не допускающих по вышеуказанным причинам прямого пуска, производится из условия:

где — допустимое по условию нагрева поверхности ротора напряжение при пуске, которое указывается в паспорте двигателя. Как правило это напряжение составляет .

Если подставить это значение в выражение (2.12), и учесть, что , то получим следующее соотношение:

После выбора реактора следует проверить его на достаточность пускового момента для раскручивания механизма по условию (2.11) и на допустимость по провалу напряжения по условию (2.9).

Если пуск двигателя по каким либо причинам затягивается (снижено напряжение, увеличился момент сопротивления), то для предотвращения опасного перегрева пусковой обмотки явнополюсного или ротора неявнополюсного все синхронные двигатели оснащаются защитой от асинхронного хода с выдержкой времени 8. 10 секунд.

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

Типовые схемы пуска синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью (компрессоров, насосов и т.д.). В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы.

Читайте также:  Как заглушить двигатель зил бычок

Достоинства синхронных электродвигателей

Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.

1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии , который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности ( cos фи) равным единице.Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то с и нхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.

2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.

4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

Способы пуска синхронного электродвигателя

Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через реактор или автотрансформатор.

Пуск синхронного двигателя осуществляется как пуск асинхронного. Собственный пусковой момент синхронной машины мал, а у неявнополюсной равен нулю. Для создания асинхронного момента ротор снабжается пусковой беличьей клеткой, стержни которой закладываются в пазы полюсной системы. (В явнополюсном двигателе стержни между полюсами, естественно, отсутствуют.) Эта же клетка способствует повышению динамической устойчивости двигателя при набросах нагрузки.

За счет асинхронного момента двигатель трогается и разгоняется. Ток возбуждения в обмотке ротора при разгоне отсутствует. Машина пускается невозбужденной, так как наличие возбужденных полюсов осложнило бы процесс разгона, создавая тормозной момент, аналогичный моменту асинхронного двигателя при динамическом торможении.

При достижении так называемой подсинхронной скорости, отличающейся от синхронной на 3 — 5%, подается ток в обмотку возбуждения и двигатель после нескольких колебаний около положения равновесия втягивается в синхронизм. Явнополюсные двигатели за счет реактивного момента при малых моментах на валу иногда втягиваются в синхронизм без подачи тока в обмотку возбуждения.

В синхронных двигателях трудно одновременно обеспечить необходимые значения пускового момента и входного момента под которым понимают асинхронный момент, развиваемый при достижении скоростью 95% синхронной. В соответствии с характером зависимости статического момента от скорости, т.е. в соответствии с типом механизма, для которого предназначен двигатель, на электромашиностроительных заводах приходится варьировать параметры пусковой клетки.

Иногда для ограничения токов при пуске мощных двигателей уменьшают напряжение на зажимах статора, включая последовательно обмотки автотрансформатора или резисторы. Следует иметь в виду, что при пуске синхронного двигателя цепь обмотки возбуждения замыкается на большое сопротивление, превышающее сопротивление самой обмотки в 5 — 10 раз.

В противном случае под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, возникает пульсирующий магнитный поток, обратная составляющая которого, взаимодействуя с токами статора, создает тормозной момент. Этот момент достигает максимального значения при скорости, несколько превышающей половину номинальной, и под его влиянием двигатель может приостановить разгон на этой скорости. Оставлять на время пуска цепь возбуждения разорванной опасно, так как возможно повреждение изоляции обмотки индуцируемыми в ней ЭДС.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя

Схема возбуждения синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем довольно проста и может применяться в том случае, если пусковые токи не вызывают падения напряжения в сети больше допустимого и статистический момент нагрузки Мс

Асинхронный пуск синхронного двигателя производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной.

В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ (цепь питания контактора на схеме не показана), обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.

Читайте также:  Схемы реверсирования двигателей постоянного и переменного тока

Слабым местом большинства электроприводов с синхронными двигателям, значительно усложняющим эксплуатацию и повышающим затраты, многие годы являлся электромашинный возбудитель. В настоящее время широкое распространение для возбуждения синхронных двигателей находят тиристорные возбудители . Они поставляются в комплектном виде.

Тиристорные возбудители синхронных электродвигателей более надежны и имеют более высокий к.п.д. по сравнению с электромашинными возбудителями. С их помощью легко решаются вопросы оптимального регулирования тока возбуждения для поддержания постоянства cos фи, напряжения на шинах, от которых питается синхронный двигатель, а также ограничение токов ротора и статора синхронного двигателя в аварийных режимах.

Тиристорными возбудителями комплектуется большинство выпускаемых крупных синхронных электродвигателей. Они выполняют обычно следующие функции:

  • пуск синхронного двигателя с включенным в цепь обмотки возбуждения пусковым резистором,
  • бесконтакное отключение пускового резистора после окончания пуска синхронного двигателя и защиту его от перегрева,
  • автоматическую подачу возбуждения в нужный момент пуска синхронного электродвигателя,
  • автоматическое и ручное регулирование тока возбуждения
  • необходимую форсировку возбуждения при глубоких посадках напряжения на статоре и резких набросах нагрузки на валу синхронного двигателя,
  • быстрое гашение поля синхронного двигателя при необходимости снижения тока возбуждения и отключениях электродвигателя,
  • защиту ротора синхронного двигателя от длительной перегрузки по току и коротких замыканий.

Если пуск синхронного электродвигателя производится на пониженное напряжение, то при «легком» пуске возбуждение подается до включения обмотки статора на полное напряжение, а при «тяжелом» пуске подача возбуждения происходит при полном напряжении в цепи статора. Возможно подключение обмотки возбуждения двигателя к якорю возбудителя последовательно с разрядным сопротивлением.

Процесс подачи возбуждения синхронному двигателю автоматизируется двумя способами: в функции скорости и в функции тока.

Система возбуждения и устройство управления синхронных двигателей должны обеспечивать:

  • пуск, синхронизацию и остановку двигателя (с автоматической подачей возбуждения в конце пуска);
  • форсировку возбуждения кратностью не менее 1,4 при снижении напряжения сети до 0,8U н ;
  • возможность компенсации двигателем реактивной мощности, потребляемой (отдаваемой) смежными электроприемниками в пределах тепловых возможностей двигателя;
  • отключение двигателя при повреждениях в системе возбуждения;
  • стабилизацию тока возбуждения с точностью 5% установленного значения при изменении напряжения сети от 0,8 до 1,1;
  • регулирование возбуждения по отклонению напряжения статора с зоной нечувствительности 8%;
  • при изменении питающего напряжения статора синхронного двигателя от 8 до 20% ток изменяется от установленного значения до 1,4 I н , увеличение тока возбуждения для обеспечения максимальной перегружаемости двигателя.

На схеме, приведенной на рисунке, подача возбуждения синхронному двигателю осуществляется с помощью электромагнитного реле постоянного тока КТ (реле времени с гильзой). Катушка реле включается на разрядное сопротивление Rразр через диод VD. При подключении обмотки статора к сети в обмотке возбуждения двигателя наводится ЭДС. По катушке реле КТ проходит выпрямленный ток, амплитуда и частота импульсов которого зависят от скольжения.

При пуске скольжение S = 1. По мере разгона двигателя оно уменьшается и интервалы между выпрямленными полуволнами тока возрастают; магнитный поток постепенно снижается по кривой Ф(t).

При скорости, близкой к синхронной, магнитный поток реле успевает достигнуть значения потока отпадания реле Фот в момент, когда через реле КТ ток не проходит. Реле теряет питание и своим контактом создает цепь питания контактора КМ (на схеме цепь питания контактора КМ не показана).

Рассмотрим контроль подачи возбуждения в функции тока с помощью реле тока. При пусковом токе срабатывает реле тока КА и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2.

График изменения тока и магнитного потока в реле времени КТ

При скорости, близкой к синхронной, реле КА отпадает и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Контактор КМ2 срабатывает, замыкает свой контакт в цепи возбуждения машины и шунтирует резистор Rразр.

Источник

Adblock
detector